基于檢測技術(shù)的開關(guān)設(shè)備中sm

基于檢測技術(shù)的開關(guān)設(shè)備中sm

0開關(guān)設(shè)備sf6氣體分解產(chǎn)品檢測工藝必要性隨著能源工業(yè)的發(fā)展，f6開關(guān)設(shè)備逐漸取代了傳統(tǒng)的充油設(shè)備，在能源系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性和運行中發(fā)揮了重要作用。由于設(shè)備在設(shè)計、制造、安裝和運行維護等方面可能存在缺陷,設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電甚至電弧放電,嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全,因此及時檢測出SF6開關(guān)設(shè)備內(nèi)部缺陷,對保障設(shè)備和電網(wǎng)的安全運行具有重要意義。在SF6開關(guān)設(shè)備故障診斷的早期階段,傳統(tǒng)的電氣試驗方法難以檢測到設(shè)備的內(nèi)部絕緣缺陷。現(xiàn)場運行經(jīng)驗已表明,通過檢測SF6氣體分解產(chǎn)物,可及時、有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)的潛伏性故障,進行設(shè)備故障定位。近年來,我國電力運行單位已大量開展開關(guān)設(shè)備SF6氣體分解產(chǎn)物檢測工作,福建、廣東、陜西和安徽等省電力公司及其科研機構(gòu)對所屬電網(wǎng)的全封閉式組合電器(gasinsulatedswitchgear,GIS)、斷路器等SF6開關(guān)設(shè)備進行了普測[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20],取得了一定的成果,為設(shè)備維護積累了大量的運行數(shù)據(jù),進而對設(shè)備的狀態(tài)檢修提供技術(shù)指導(dǎo)。但目前SF6氣體檢測分析方法在開關(guān)設(shè)備方面的應(yīng)用仍處于起步階段,有關(guān)設(shè)備故障的SF6分解產(chǎn)物特征氣體等問題尚未明確,難以全面實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)評估和檢修,因而需進行更深入的研究,以實現(xiàn)通過檢測SF6氣體分解產(chǎn)物而確定開關(guān)設(shè)備狀態(tài)的目的。本文通過分析SF6氣體分解產(chǎn)物檢測理論,給出了現(xiàn)有規(guī)程關(guān)于設(shè)備運行的SF6氣體分解產(chǎn)物的規(guī)定值,對運行中設(shè)備、故障設(shè)備和型式試驗后設(shè)備的氣體分解產(chǎn)物進行檢測和結(jié)果分析,以確定開關(guān)設(shè)備在不同狀態(tài)下的SF6分解產(chǎn)物組分及其含量,進而得到可表征設(shè)備故障的SF6分解產(chǎn)物特征氣體,并對SF6氣體檢測方法在開關(guān)設(shè)備故障診斷等方面的應(yīng)用前景進行展望。1f2+sof2氣體分解產(chǎn)物SF6氣體在正常條件下化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定,被廣泛用作開關(guān)設(shè)備的絕緣和滅弧介質(zhì)。SF6開關(guān)設(shè)備由于內(nèi)部絕緣缺陷導(dǎo)致金屬對地放電及氣體中的導(dǎo)電顆粒雜質(zhì)引起對地放電時,釋放能量較大,表現(xiàn)為電暈、火花或電弧放電。故障區(qū)域的SF6氣體、金屬觸頭和固體絕緣材料分解,產(chǎn)生大量的金屬氟化物、SO2、SOF2、H2S、HF等。在電弧作用下,SF6的穩(wěn)定生成物主要是SOF2和SO2,在火花放電中,還可檢測到SO2F2、S2F10和S2OF10等,穩(wěn)定分解物含量的順序為SOF2>SOF4>SiF4>SO2F2>SO2,電暈放電的主要產(chǎn)物為SO2和HF,SO2F2/SOF2比值比火花放電的比值高。開關(guān)設(shè)備發(fā)生氣隙局部放電故障的能量較小,放電量約為11500pC,通常會使SF6氣體分解產(chǎn)生微量的SO2、HF和H2S等組分。因?qū)щ姉U的連接接觸不良,導(dǎo)體接觸電阻增大,導(dǎo)致故障點溫度過高,當(dāng)溫度超過500℃,設(shè)備內(nèi)的SF6氣體發(fā)生分解,溫度達(dá)到600℃時,金屬導(dǎo)電桿開始熔化,并引起支撐絕緣子材料分解。試驗表明,固體絕緣材料在高氣壓、溫度高于190℃時會與SF6氣體發(fā)生反應(yīng),溫度更高時絕緣材料甚至直接分解。此類故障主要生成SO2、HF、H2S和氟化硫酰等分解產(chǎn)物,設(shè)備發(fā)生內(nèi)部故障時,SF6氣體分解產(chǎn)物還有CF4、SF4和SOF2等物質(zhì),由于氣室中存在水分和氧氣,這些物質(zhì)會再次反應(yīng)生成穩(wěn)定的SO2和HF等。因此,在放電和熱分解過程中,在水分的作用下,SF6氣體分解產(chǎn)物主要為SO2、SOF2、HF和SO2F2,當(dāng)故障涉及固體絕緣材料時,還會產(chǎn)生CF4、H2S、CO和CO2。此外,實驗室研究結(jié)果表明,在裸金屬局部放電或電暈放電情形下,產(chǎn)生少量H2S,當(dāng)故障電流大于8kA(電極為Cu材料)時,能檢測到較大含量的H2S組分,可見,H2S含量與裸金屬放電能量有關(guān)。GB8905—1996《六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢測守則》推薦便攜式氣相色譜儀、氣體檢測管和電化學(xué)傳感器檢測儀器為SF6氣體分解產(chǎn)物的現(xiàn)場分析有效設(shè)備。IEC60480-2004規(guī)定,重復(fù)使用的SF6氣體中雜質(zhì)最大允許含量為50μL/L,其中SO2+SOF2為12μL/L,HF為25μL/L。本文在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程指導(dǎo)下,對開關(guān)設(shè)備在不同狀態(tài)下的SF6氣體分解產(chǎn)物進行檢測和分析。2hp檢測啟動設(shè)備中的sm6氣體2.1氣體分解產(chǎn)物的檢測基于SF6氣體分解產(chǎn)物檢測理論,對運行中設(shè)備、故障設(shè)備和型式試驗后設(shè)備進行了SF6分解產(chǎn)物SO2、H2S和HF等組分的檢測,分析設(shè)備內(nèi)部絕緣狀況,統(tǒng)計設(shè)備運行狀態(tài)與氣體分解產(chǎn)物的關(guān)系。2.2氣體檢測結(jié)果為掌握SF6開關(guān)設(shè)備運行狀態(tài),中國電力科學(xué)研究院和各網(wǎng)、省電力公司及其研究機構(gòu)等應(yīng)用SF6氣體檢測方法,對110kV及以上電壓等級的運行設(shè)備已逐步開展SF6氣體分解產(chǎn)物普測工作,取得了一定的應(yīng)用效果,為及時消除設(shè)備運行隱患和潛伏性故障提供了依據(jù)和指導(dǎo)。以某換流站的運行中交流開關(guān)設(shè)備的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測為例,用氣體檢測管先粗測氣體分解產(chǎn)物SO2、H2S和HF組分的含量,均未檢測到H2S和HF組分,SO2組分含量較小,進而采用具備電化學(xué)傳感器的便攜式檢測儀器確定SO2+SOF2氣體組分的總含量,檢測結(jié)果如表1所示。分析表1的檢測結(jié)果可知,正常運行設(shè)備氣室含有的SO2氣體組分較小(≤1μL/L),且未檢測到H2S和HF氣體組分。斷路器或隔離開關(guān)等氣體絕緣設(shè)備進行正常的分合操作時,滅弧室會產(chǎn)生一定的SF6氣體分解產(chǎn)物,如SO2、SOF2和H2S等,由于設(shè)備內(nèi)裝有吸附劑(主要用于吸附SO2和H2S),經(jīng)過一段時間后,大部分氣體分解產(chǎn)物被吸附,使SF6氣體絕緣強度及時恢復(fù),確保設(shè)備的安全運行。2.3正常操作時檢誤若SF6開關(guān)設(shè)備發(fā)生故障,產(chǎn)生的SF6氣體分解產(chǎn)物組分復(fù)雜,其中SO2、SOF2等組分含量較高,往往超出了電化學(xué)傳感器檢測儀器的量程范圍,可先用氣體檢測管對故障氣體進行定性檢測,初步界定故障氣體的成分及其含量,進一步用便攜式氣相色譜儀精確分析氣體中的空氣、CF4、CO2、SO2等組分含量。1)某換流站完成江復(fù)線年度檢修后,500kV交流場GIS設(shè)備5152斷路器各項試驗合格,操作5152斷路器進行合環(huán)運行時,51521隔離開關(guān)合閘正常,對51522隔離開關(guān)進行合閘操作時,三江II線和江復(fù)線的線路保護動作,造成三江II線和江復(fù)線停運。根據(jù)事故現(xiàn)象,初步判斷5152斷路器發(fā)生了故障,采用檢測管和便攜式氣相色譜儀對相關(guān)氣室進行了分解產(chǎn)物檢測,結(jié)果列于表2,其中A相氣室的CF4和SO2含量嚴(yán)重超標(biāo),推斷該設(shè)備內(nèi)部發(fā)生電弧放電故障。對故障GIS斷路器進行了開蓋檢查,發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部散落著合閘電阻碎塊及大量的白色粉末分解物,5152A相斷路器確實發(fā)生了嚴(yán)重的電弧放電現(xiàn)象,其合閘電阻已被損壞,驗證了SF6氣體分解產(chǎn)物的檢測結(jié)果。2)某變電站在正常操作時,先后2次發(fā)生500kVI母的母差保護動作,初步診斷5032B相和5051B相斷路器出現(xiàn)絕緣性放電故障。用氣體檢測管對5051斷路器氣室進行了SO2、HF和H2S組分檢測,如表3所示,5051B相斷路器SF6氣體分解產(chǎn)物也嚴(yán)重超出IEC60480—2004規(guī)定的設(shè)備正常運行的規(guī)定值。對該設(shè)備進行現(xiàn)場解體檢修,發(fā)現(xiàn)5032B相罐體內(nèi)端部均壓罩與外殼間發(fā)生擊穿,放電痕跡位于罐體的下部,5051B相第4串合閘電阻炸碎,殘塊散落在罐體底部,合閘電阻端部均壓罩存在明顯的電弧放電痕跡,5051A、C相斷路器未見異常,解體所呈現(xiàn)的故障現(xiàn)象與分解產(chǎn)物檢測結(jié)果相符。2.4開關(guān)設(shè)備裝置對開關(guān)設(shè)備進行型式試驗,主要目的是檢驗設(shè)備操動機構(gòu)及其輔助設(shè)備的動作性能,考核開關(guān)設(shè)備的極限狀態(tài)。國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(西安高壓電器研究所)和機械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心(沈陽)是進行開關(guān)型式試驗的兩個大功率試驗站,型式試驗項目有10%額定短路開斷電流(T10)、30%額定短路開斷電流(T30)、60%額定短路開斷電流(T60)、對稱條件下100%額定短路開斷電流(T100s)、非對稱條件下100%額定短路開斷電流(T100a)(修改為中文,或者給出相關(guān)的參考文獻(xiàn))試驗和關(guān)合試驗、電壽命試驗、近區(qū)故障和切空載架空長線試驗等方式。開關(guān)設(shè)備進行型式試驗后,氣室中會產(chǎn)生大量SF6氣體分解產(chǎn)物,一般用氣體檢測管和氣相色譜儀對型式試驗前后設(shè)備的氣體成分進行檢測分析。以在2大試驗站進行的斷路器試驗為例,對型式試驗后開關(guān)設(shè)備的SF6分解產(chǎn)物進行了現(xiàn)場檢測和實驗室分析。1實際氣體密度檢測在西安高壓電器研究所對LW25-252kV型斷路器進行100%額定短路開斷電流20次電壽命試驗后,采用便攜式色譜儀和氣體檢測管對試品的氣體成分進行了檢測,結(jié)果如表4所示。分析表4中的結(jié)果可知,型式試驗后設(shè)備SF6氣體的空氣、CF4、SO2和HF含量都較高,其中空氣中的氧來源主要有:固體絕緣部件(環(huán)氧樹脂),SF6氣體中的水分(影響較小),弧觸頭燒損也會產(chǎn)生約幾百μL/L的含氧量。在機械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心(沈陽)對40.5kV/40kA型斷路器進行型式試驗,其中A相未經(jīng)試驗,B相進行4次異相接地條件下的T60短路開斷試驗,開斷電流為34.8kA,C相的試驗為T100s下的電壽命20次,現(xiàn)場檢測結(jié)果見表5。由表5可見,與未試驗設(shè)備相比,型式試驗后的設(shè)備氣室產(chǎn)生了大量的SO2和HF組分,嚴(yán)重超出IEC60480—2004的規(guī)定值,未檢測到H2S組分,未經(jīng)試驗的A相斷路器的SF6氣體分解產(chǎn)物含量滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的要求。2氣體組分的分析對SF6氣體進行實驗室分析的儀器為色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,可精確定量地分析型式試驗后設(shè)備的現(xiàn)場取樣氣體,檢測了CF4、SO2、SO2F2、SOF4和S2OF10等分解產(chǎn)物組分,分析結(jié)果列于表6,同時也給出了某換流站故障設(shè)備5152A相斷路器氣體的實驗室測試數(shù)據(jù),稍小于表2中的結(jié)果。表6中的結(jié)果已表明,型式試驗后設(shè)備的SO2含量和雜質(zhì)總量都嚴(yán)重超標(biāo),已造成開關(guān)設(shè)備絕緣不可恢復(fù)。3試驗結(jié)果的分析3.1fpse檢測裝置在設(shè)備故障診斷方面的應(yīng)用建議通過對大量的運行中設(shè)備、故障設(shè)備和型式試驗后設(shè)備進行SF6氣體分解產(chǎn)物檢測,并統(tǒng)計分析檢測結(jié)果,確定SF6開關(guān)設(shè)備的故障特征氣體,展望SF6氣體分解產(chǎn)物檢測方法在設(shè)備故障診斷方面的應(yīng)用前景。3.2調(diào)節(jié)裝置狀態(tài)間sf6氣體分解產(chǎn)物的表征基于大量的實驗室和現(xiàn)場實測結(jié)果,分析設(shè)備在不同狀態(tài)下的SF6氣體分解產(chǎn)物,確定SF6氣體成分與開關(guān)狀態(tài)相關(guān)的特征參數(shù),指出表征設(shè)備故障的SF6氣體分解產(chǎn)物特征組分。1氣體發(fā)生熱分解在放電作用下,SF6氣體的分解生成物主要是SO2、SOF2、HF和H2S等,SF6氣體發(fā)生熱分解的產(chǎn)物有SOF2、SO2F2和SO2等組分。因此,在放電和熱分解過程中,在水分作用下,氣體分解產(chǎn)物為SOF2、SO2、HF和SO2F2,當(dāng)設(shè)備故障涉及固體絕緣材料時,還會產(chǎn)生CF4、H2S和CO等。2hf4氟化物檢測能力分析由SF6氣體分解機制可知,SF6開關(guān)設(shè)備出現(xiàn)內(nèi)部故障,分解產(chǎn)物主要是SOF2組分,水解生成SO2。SOF2的化學(xué)性質(zhì)雖比較穩(wěn)定,但現(xiàn)有分析手段難以準(zhǔn)確檢測該物質(zhì)濃度。HF是強酸性物質(zhì),性質(zhì)活撥,易與其他物質(zhì)(設(shè)備本體材料、絕緣材料、密封材料、吸附材料等)反應(yīng)生成更穩(wěn)定的氟化物,因此其含量會隨著時間延長而減少。SiF4雖然性質(zhì)穩(wěn)定,但其含量與設(shè)備的內(nèi)部材料有較大關(guān)系,分析方法較復(fù)雜,也不適合現(xiàn)場檢測。H2S氣體較穩(wěn)定,可有效揭示設(shè)備內(nèi)部絕緣材料的潛伏性故障。3氣體組分檢測在水分等雜質(zhì)影響下,由于HF具有強酸腐蝕性,會與內(nèi)部金屬再發(fā)生反應(yīng),使得設(shè)備故障后的HF含量小甚至檢測不到。同時,HF雖是設(shè)備內(nèi)部故障的特征組分,但因其腐蝕性較強,可能造成檢測傳感器被深度污染,縮短傳感器的使用壽命。根據(jù)SF6設(shè)備在不同狀態(tài)下產(chǎn)生的氣體分解產(chǎn)物及不同組分的穩(wěn)定性、適應(yīng)性等,推薦現(xiàn)場檢測以SO2和H2S組分為主。目前,現(xiàn)場主要用氣體檢測管和電化學(xué)傳感器方法檢測SO2、H2S、HF組分的含量。檢測管對氣體的選擇性較好,量程范圍寬,可初步確定氣體組分含量的范圍。電化學(xué)傳感器具有較好的敏感性和選擇性,操作簡單,適合現(xiàn)場檢測應(yīng)用。因此在現(xiàn)場檢測過程中,將SO2、H2S、HF氣體組分作為判斷被測設(shè)備是否存在運行隱患或故障的特征分解產(chǎn)物,且根據(jù)H2S含量還可分析故障是否涉及固體絕緣。這3種組分不僅檢測方便,可快速準(zhǔn)確地診斷設(shè)備內(nèi)部缺陷,且應(yīng)以SO2和H2S為主測對象,HF為輔測對象。3.3設(shè)備故障診斷SF6氣體檢測分析方法將化學(xué)分析法與物理診斷有機結(jié)合,應(yīng)用于SF6開關(guān)設(shè)備的故障診斷和狀態(tài)評估,具有靈敏度高、準(zhǔn)確性好等優(yōu)勢,將成為設(shè)備運行監(jiān)測和故障診斷的有效手段。按照SF6氣體檢測理論,考慮電力系統(tǒng)中設(shè)備運行的實際情況,確定了開關(guān)設(shè)備在不同狀態(tài)下的檢測方案,對設(shè)備的SF6氣體分解產(chǎn)物進行了系統(tǒng)全面的檢測,并取得了良好的應(yīng)用效果。1發(fā)展中開關(guān)設(shè)備fps嚴(yán)重滯后于現(xiàn)場運行采用氣體檢測管、傳感器等現(xiàn)場檢測儀器對運行設(shè)備中SF6氣體的SO2、H2S、HF等主要成分含量進行檢測和紀(jì)錄,可直接、真實地反映開關(guān)設(shè)備的現(xiàn)場運行狀態(tài)。在2006年期間,中國電力科學(xué)研究院聯(lián)合福建和湖北電力試驗研究院,對電壓等級為126~550kV的運行中開關(guān)設(shè)備進行了SF6氣體普測研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn):大量已正常運行二三十年的開關(guān)設(shè)備中SF6氣體雜質(zhì)含量較少,SO2為痕量,其含量一般≤1μL/L,設(shè)備解體后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部幾乎無損傷,滅弧室、觸頭等關(guān)鍵部位都完好無損。若開關(guān)內(nèi)部出現(xiàn)異常,如輕度的放電或發(fā)熱,都會體現(xiàn)為SF6氣體分解產(chǎn)物組分及其含量的變化。2fm水電站裝置氣體成分檢測sf6若設(shè)備發(fā)生故障引起事故,應(yīng)在最短的時間到達(dá)事故現(xiàn)場,利用現(xiàn)場檢測儀器對設(shè)備的SF6氣體進行測量和分析,與設(shè)備正常運行時相比,SO2或H2S的含量顯著增加,可有效確定故障設(shè)備,或進行設(shè)備故障定位。通過對幾次典型事故進行的SF6氣體檢測和分析,結(jié)果表明故障設(shè)備內(nèi)部的SF6氣體成分發(fā)生了劇烈變化,SO2、H2S或CF4的含量會顯著上升,甚至超出了現(xiàn)有規(guī)程給出的規(guī)定值。但由于故障類型及其程度不同,各氣體組分的含量存在較大差異,還難以確定不同故障所對應(yīng)的氣體組分及其含量,有待進一步的深入研究,包括模擬試驗和實測數(shù)據(jù)的支持。3開關(guān)設(shè)備狀態(tài)的測定開關(guān)設(shè)備在型式試驗中不安裝吸附劑,從而能更直觀地檢測到試驗后設(shè)備中SF6氣體組分變化,排除了吸附劑的影響,獲得無吸附劑下氣體分解產(chǎn)物的發(fā)展趨勢,掌握并判斷SF6開關(guān)設(shè)備最