气体绝缘设备局部放电下SF_(6)分解产物扩散特性研究

气体绝缘设备(GIS)局部放电产生的分解产物在气室内的扩散过程会影响其浓度分布,从而影响故障诊断的准确性。为了研究局部放电下SF_(6)分解产物扩散特性,建立了SF_(6)分解产物检测系统,得到了CO_(2)、CF_(4)和C_(2)F_(6)等分解产物随放电时间和缺陷位置的扩散规律。同时构建了气室三维传质模型,对比研究了分解产物在缺陷位置影响下的扩散特性。结果表明,放电缺陷位置会影响分解产物含量的空间分布。当有机绝缘材料参与放电时,CF_(4)含量随放电时间增长而增加,CF_(4)可以作为设备内部沿面放电的判断依据。C_(2)F_(6)含量随放电时间增长而增加,随扩散距离延长而减少,且产生量很大,C_(2)F_(6)可以作为设备内部局部放电的判断依据。

GIS中局部放电与气体分解产物关系的试验

SF6分解气体检测法,因其不受电磁噪声和振动干扰,同时也适用于过热故障的检测等优点,成为对GIS设备进行局部放电检测诊断的重要手段,应用前景广阔。为填补现有文献中关于GIS设备局部放电与SF6分解产物关系的研究空白,在实验室建立了一套能够检测SF6分解气体产物的GIS局部放电研究平台,利用长期加压法研究了局部放电类型、放电严重程度以及气体压强对SF6气体分解产物体积分数的影响以及分解产物体积分数随时间的变化趋势。研究结果表明:在尖刺放电、悬浮放电、沿面放电3种类型中,GIS设备中均产生SOF2+SO2气体与HF气体,上述两种分解气体可作为检测GIS设备局部放电的特征气体;随着局部放电严重程度的加重,SOF2+SO2气体与HF气体体积分数增大,SF6气体分析法比较适用于检测较为严重的放电缺陷;随着SF6气体压强的增大,局部放电产生的SOF2+SO2气体和HF气体的产气速率有下降的趋势。

局部放电中的SF_6分解产物及其影响因素研究

通过在110 kV GIS(气体全封闭组合电器)设备中模拟局部放电故障,研究了在局部放电作用下电极材料、放电强度、气体湿度和吸附剂对SF6分解产物中SO2+SOF2和HF体积分数的影响及其变化规律。结果表明,电极材料、放电强度和吸附剂对SF6分解产物的生成有较大影响,而气体湿度对分解产物的生成影响不大。研究结果为通过SF6分解产物判断设备故障提供了理论基础。

一起110 kV GIS PT气室放电缺陷的检测与分析

通过对普测过程中发现的一起110 kV GIS PT气室放电缺陷进行SF6气体分解物和特高频局部放电检测,发现该气室内出现了多种SF6气体分解物且体积分数较高,特高频检测其放电幅值超过-20 dBm,停运解体发现是由于PT气室内C相侧屏蔽板与铁心夹件之间的连接螺栓松动,导致接触不良发生悬浮电位放电,通过分析明确了缺陷产生的原因,提出将原侧屏蔽板与铁心夹件之间采用绝缘垫块连接,侧屏蔽板与底屏蔽板通过单独的接地线连接,并与铁屑夹件可靠连接的整改措施。

SF_6分解组分的红外光谱定量测定

SF6发生局部放电时会生成一定的稳定特征分解组分,利用这些特征组分可以监测GIS内部绝缘状态。分别采用SF6气体与高纯氮气作为红外检测背景气体获取SF6分解组分的光谱图进行了比较,选取SF6作为红外检测背景气体。测量了SOF2、SO2F2、SO2、CO标准气体的红外吸收光谱图,选取了其最优吸收峰,计算了最优峰处的吸光系数。对局部放电试验装置进行了放电量标定,在5个局部放电量下进行多组红外检测,结果表明存在临界放电量,不同放电时间和放电量下各组分产气率不同。SOF2、SO2F2的产气率随放电量及放电时间变化较有规律,可以用产气率反演局部放电程度;SO2和CO产气率变化复杂,但其变化趋势同样可以用于表征内部绝缘状态。

SF_6分解产物的红外光谱特性与放电趋势

SF6分解组分与GIS的绝缘缺陷密切相关,通过气体组分的监测可对GIS内绝缘状态做出评估。为此,利用傅立叶变换红外吸收光谱法(FTIR)和气相色谱法(GC)对SF6局部放电分解组分进行了检测分析,每12 h检测一次,共放电96 h。成功检测到了SOF2、SO2F2、SO2、SOF4、SF4等气体,且在不同的时段检测到了不同的组分种类和体积分数变化趋势,FTIR可检测的组分种类比GC多。利用各吸收峰的吸光度值做初步的定量分析,发现不同的放电时间有不同的气体组分和产气率,该方法能够实现GIS的在线监测。

微水微氧对PD下SF_6分解特征组分比值的影响规律

当SF6气体绝缘设备(gas insulated switchgear,GIS)内部存在绝缘缺陷时,往往会诱发不同形式的局部放电(partial discharge,PD),并导致SF6气体发生分解,然而其分解组分含量不仅与PD类型有关,还会受到放电气室内存在的微水微氧影响,如果选用分解特征组分含量或比值来识别PD类型,需对微水微氧的影响程度进行校正,以确保识别PD的准确率。为此,在分析PD使SF6分解机制的基础上,结合化学反应动力学理论,推导出适用于描述微水微氧含量对3组特征组分比值(即c(SO2F2)/c(SOF2)、c(CF4)/c(CO2)和c(CF4+CO2)/c(SO2F2+SOF2))影响规律的通用幂函数表达式,在建立的模拟针板PD下SF6分解实验平台上进行了大量实验,获得了不同微水微氧含量下4种稳定特征组分CF4、CO2、SO2F2、SOF2含量和3组特征组分比值的实验数据,利用最小二乘回归法确定出幂函数表达式中3个未知常数,最后用模型计算值与实测数据进行比较,结果表明理论预测能较好地反映微水微氧含量对3组特征组分比值影响的变化规律。

2种局部放电类型下SF_6分解组分检测及特性分析

为研究不同绝缘缺陷引起的局部放电下SF6气体的分解特性,探索识别不同绝缘缺陷的分解气体特征量,笔者在研制的SF6气体分解试验平台上,模拟了金属突出物和绝缘子金属污染物2种典型绝缘缺陷引起的局部放电下SF6气体的分解,检测了2种缺陷下CF4、SO2F2、SOF23种分解气体的含量随时间的变化规律,并研究了2种缺陷下SOF2/SO2F2、SO2F2/CF4、SOF2/CF43组组分含量比值的特性。结果表明,2种局部放电下SF6分解生成的主要稳定衍生物中均能检测到SOF2、SO2F2和CF4,但2种缺陷下这些组分的变化规律具有显著的差异,同时研究表明,2种绝缘缺陷下SOF2/SO2F2、SO2F2/CF4、SOF2/CF43组组分含量比值具有明显的不同,因此,可以将SF6分解气体的含量比值作为识别2种绝缘缺陷类型的特征量。

高低温冷阱富集分离SF_6典型分解产物实验研究

气体绝缘开关设备(GIS)中SF6在局部放电的情况下会产生分解产物,其含量通常远低于SF6的含量,用气相色谱法很难进行有效的检测。为提高这些分解产物的含量,根据SF6与SO2F2、SOF2及SF4不同的熔点和沸点,以质量为2 g的硅胶作为吸附剂,设计了1套高低温冷阱实验方案,利用此方案实验研究了SO2F2、SOF2及SF4的低温吸附与高温解吸附情况。研究结果表明:SO2F2、SOF2、SF4的最佳吸附温度分别为-50℃、-50℃、-40℃,最佳解吸附温度均为30℃;对应的吸附质量分别为956.24μg、3 266.72μg、1 361.40μg,解吸附质量分别为637.69μg、49.40μg、552.14μg。同时,研究了同等条件下对SF6气体的吸附与解吸附情况,得出从SF6中分离SO2F2、SOF2及SF4并将它们从低含量富集到高含量是可行的。

涉及绝缘材料的悬浮电位缺陷下的SF6分解特性

为了探究SF6气体在悬浮电位缺陷下的分解特性，构建了SF6分解实验平台及悬浮电位缺陷模型，分别在不同外施电压以及气压下进行了放电分解实验。结果表明，该缺陷类型下的主要典型分解产物包括S02F2、SOF2、C02、S024种，其产气速率由高到低依次为：CO2、SOF2、SO2F2和SO2，且其体积分数妒的变化规律受到放电量及其充装气压的影响。φ（SOF2＋S02）／φ（S02F2）和φ（SOF2＋S02＋S02F2）／φ（C02）随加压时间表现出较好的稳定性。因此，可以利用几种典型产物的体积分数变化规律及浓度比值作为判断局部放电强度及缺陷类型的特征量。

氯化镍掺杂的碳纳米管对SF_6放电分解产物的气敏响应

检测和分析六氟化硫(SF6)气体放电分解产物对于气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备的安全运行有着重要意义。分析碳纳米管的气敏响应机制及掺杂对其气敏性能的改善,研制了一种氯化镍掺杂的多壁碳纳米管传感器,将NiCl2 6H2O和浓酸处理过的碳纳米管悬浊液超声掺杂,然后涂布在以印刷电路板为基底的叉指电极上,干燥后作为气敏膜。测试了传感器对SF6放电分解产物的气敏响应,结果表现出良好的灵敏度和快速响应特性,同时也测试了传感器对SOF2、SO2F2和SO2这3种SF6典型分解产物标气的气敏响应,并分析了它们之间的气敏性差异。分析认为,NiCl2掺杂对碳纳米管气敏性能的提高主要体现在:1)增加了碳纳米管的结构缺陷;2)Ni2和气体分子反应进而诱导了碳纳米管气敏膜的势垒发生变化;3)Ni2颗粒自身成为了局部催化活性中心。

220 kV SF_6+CF_4断路器异响缺陷的诊断试验及其解体分析

借助超声波和分解气体等局部放电的带电检测手段,可以实现电气设备的故障诊断和状态评价。为探究同一间隔两台断路器相继出现异响缺陷的原因,文中利用电气试验、带电检测和设备拆解的方法,对比了异响相和该间隔正常运行相之间的差异;借助能谱检测手段测试了异响断路器弧触头和喷口所附着固体分解产物的元素成分。综合各项诊断试验的结果,判定安装或运输不当是造成断路器灭弧室悬浮电位缺陷的原因。基于缺陷成因,明确了柱式断路器局部放电超声波带电检测和固体分解产物元素能谱分析等方法的可行性,并提出了相关建议。

环保型气体绝缘介质C5F10O过热分解产物的生成过程分析

C5F10O气体绝缘介质具有优异的环保性能和绝缘性能,在C5F10O气体工程化应用时,不可避免地面临设备内部经常出现的局部过热性故障,在局部过热性故障的长期作用下,C5F10O自身是否还能继续保持稳定是决定其能否工程应用的一个重要因素。本文在已有的气体绝缘介质局部过热实验平台上进行C5F10O过热实验,通过GC-MS确定C5F10O在局部过热性故障状态下的分解产物,并根据质谱图确定其分子结构式,结合密度泛函理论计算和分析C5F10O的分解途径和各个分解产物的生成途径。结果表明:C5F10O/He混合气体在局部高温550℃下主要生成了CO、CO2、CF4、C2F6、C3F8、C4F10、C2F4、C3F6、C3F7H等化合物,其中CO和碳氟化合物主要来自于C5F10O的裂解和重组,CO2主要由羰基CO·与氧气反应生成,C3F7H主要由七氟丙烷和水反应生成。

气体绝缘开关设备内部故障下的SF_6气体分解产物特性研究

气体绝缘开关设备长期运行出现电弧、局部放电和过热等内部故障,产生多种SF_6气体分解产物,影响设备安全运行,因此,有必要研究设备故障下的SF_6气体分解产物特性,及时判断设备故障类型。从理论上分析开关设备在电弧放电、局部放电和异常发热情形下的SF_6气体分解机理,并开展电弧、局部放电和过热下的分解产物试验研究,对不同故障下的分解产物分布进行统计,提出以特征组分含量比值为特征参量,得到各故障模式下的特征参量范围,建立分解产物与设备故障的关系,为运行开关设备内部故障类型判断提供依据。

GC-FTIR技术在六氟化硫气体分解产物分析中的应用

对六氟化硫气体分解产物的组成及其浓度进行及时地分析和测定与六氟化硫设备安全运行密切相关。应用气相色谱——傅里叶变换红外光谱联用技术,将六氟化硫分解气体通过气相色谱技术进行组分分离,再经红外光谱仪对分离组分进行定性分析,对谱图进行多次的差谱处理,检索相关谱图并确定气体的成分,生成了红外频谱官能团吸收强度气相色谱保留时间的三维图谱。通过单一气体分析和现场实测表明,该技术能够对分解气体组分进行定性和定量分析,利用气体组分浓度判断设备的故障情况和实际故障情况十分吻合,证明该方法可用于气体绝缘组合电器故障诊断。

SF_6电力设备局部放电与分解气体组分关系的研究进展

介绍了SF6放电分解气体的基本原理,对目前几种检测SF6分解气体的方法进行对比分析,综述了不同缺陷条件下局部放电与SF6分解气体组分的关系。

一起GIS支柱绝缘子内部击穿故障的定位与分析

介绍某变电站GIS(气体绝缘全封闭组合电器)支柱绝缘子内部击穿故障的发生过程,结合故障电流分布与SF6分解产物检测精确定位了故障气室;通过对支柱绝缘子的故障解体,分析了该内部故障发生的可能原因,探讨了绝缘子内部局部缺陷、绝缘子与金属嵌件交界面缝隙等因素与其局部放电、电树枝引发、击穿放电的交互影响规律。最后结合SF6分解产物检测结果,分析了GIS SF6各分解产物产生的影响因素及其所表征的绝缘状况,为现场GIS故障和潜伏性故障的分解物检测提供参考。

252 kV GIS盆式绝缘子沿面缺陷下SF6分解产物变化规律研究

为了模拟运行工况GIS绝缘子沿面缺陷下的潜伏性和突发性故障,分析实际运行设备中SF6气体的分解特性,搭建了252 kV真型GIS故障仿真实验平台,并在此基础上构建了SF6气体分解产物检测系统。对盆式绝缘子发生局部放电和闪络情况下SF6分解产物的连续变化进行监测。结果表明:在GIS盆式绝缘子沿面缺陷的短时连续监测过程中,并未发现含硫分解产物的产生。CO2、CF4含量在局部放电时均未有明显变化,且在发生多次闪络击穿后,两者的含量增加了7~10倍,可将其作为绝缘子沿面突发性故障的判断依据。在局部放电产生后,C2F6含量明显增加,但受放电强度的影响较小,而停止放电后其含量迅速降低,可以将其作为绝缘子沿面潜伏性故障的判断依据。CO含量在放电过程中变化较大,没有明显规律,可以将其作为绝缘子沿面放电缺陷的辅助判据。

GIS局部放电模拟实验装置研制

GIS设备中局部放电能引起SF6绝缘气体的分解,SF6分解产物与局部放电之间的内在相互关系是目前国内外研究的难点。为此,本文设计了一套用于SF6气体分解产物研究的GIS局部放电模拟实验装置,重点介绍了装置的结构和主要部件的计算参数,并利用该装置开展了一系列初步试验研究。该装置的研制,为深入开展局部放电与SF6分解产物之间相互关系的研究、判断放电状态、检测放电量等,提供了综合试验平台和基础研究手段。

GIS在局部放电下的SF_6气体分解产物实验研究

笔者使用自行设计126 kV交流工频电源和GIS局部放电实体实验平台以及气体分析检测系统,模拟对地放电故障状态,对局部放电引起的SF6分解物特征组份气体进行定性定量分析,用脉冲电流法对局部放电强度进行监视,得到局部放电引起SF6气体分解物特征组份及变化规律。研究表明:局部放电致使SF6气体发生分解,特征组分为SOF2、SO2、S2OF10,SOF2、SO2与局放持续时间、局放强度呈现正相关性,吸附剂对于SF6分解物检测有影响。