H_2O对尖端放电缺陷下SF_6分解产物含量的影响

为了研究现场工况GIS(气体绝缘金属封闭开关)运行过程中水分对尖端放电缺陷下SF_6气体分解产物的影响,在252 k V真型GIS故障仿真实验平台基础上构建了SF_6气体分解产物检测系统,通过短时连续局部放电实验,得到GIS腔室内部在尖端放电缺陷下CO,CO_2,CF_4,C_2F_6等SF_6分解产物随微水含量的变化规律。结果表明:在现场工况尖端放电缺陷短时连续监测下,随着放电时间的增加,在高微水情况下φ(CO_2)明显高于低微水情况,而φ(C_2F_6)受水分影响较小,整体增加范围在700×10~(-6)～1 000×10~(-6),可以用这2种产物来表征GIS内部尖端放电缺陷的产生;φ(CO)与φ(CF_4)在不同微水含量条件下,随放电时间的增加波动较大,并无明显变化规律,可以作为尖端放电缺陷的辅助判据。     

基于特征气体COS和CS_2的GIS内环氧树脂固体介质绝缘状态监测

为了提高化学诊断法用于GIS内盆式绝缘子等环氧树脂固体介质绝缘状态判断的准确性,在小型模拟平台上设置沿面放电及相关验证试验,研究了典型放电缺陷下SF6分解产物的变化规律。试验发现COS是一种重要的表征GIS内涉及环氧树脂固体介质绝缘放电的特征气体,且COS产生所需的放电程度强于CS_2;用B3P86/6-31G(d,p)量子化学计算方法对COS产生机理进行了理论计算研究,得出了环氧树脂固体介质放电条件下COS的生成机理和能量条件,固体绝缘放电时由盆式绝缘子等环氧树脂介质表面被炭化提供碳源,通过中间体HCS与O2、CS_2与OH两个主要反应途径生成COS。试验与理论计算结果表明:CS_2在判断放电是否涉及环氧树脂固体绝缘上具有很高灵敏度,CS_2出现表示环氧树脂绝缘已出现放电;COS产生标志着环氧树脂介质放电程度严重,应缩短分解产物检测周期,加强对相关GIS气室的绝缘监测。     

基于紫外差分吸收光谱法的SF_6分解组分CS_2定量检测

SF_6作为电气绝缘设备中最常用的绝缘气体,对它的分解组分的检测与研究是相关设备故障诊断和在线监测的重要内容。CS_2作为一种常见的固体绝缘缺陷下的SF_6特征分解产物,在紫外190~210nm波段具有很强的吸收特性。基于紫外差分吸收光谱技术,搭建针对CS_2的紫外光谱检测平台。首先通过实验获得不同浓度CS_2的紫外吸收光谱,再利用基线扣除、小波处理等手段提取吸收光谱中的有效信号,消除了光谱中的高低频噪声,通过快速傅里叶变换(FFT)将光谱信息转换到频域,建立气体浓度与光谱频域特征值之间的线性关系。研究表明,该方法对CS_2检测重复性好,在10~200nL/L范围内的线性拟合度高(R_2=0.999 6),检出下限为2.584nL/L/m,为SF6绝缘设备分解组分中痕量CS_2的在线监测提供了技术支持。     

SF_6分解固体产物对于直流沿面闪络电压的影响

特高压直流穿墙套管对接结构处生成的SF_6分解固体产物有可能会附着在绝缘材料表面。探究SF_6分解固体产物对于直流沿面闪络电压影响对于特高压直流穿墙套管内部绝缘状况的评估具有重要意义。文中测量了SF_6分解固体产物的电气参数,并且和环氧浸渍纸复合绝缘材料的电气参数进行比较。比较结果表明两者之间电气参数存在较大差距,SF_6分解固体产物的确有可能对环氧浸渍纸复合绝缘材料直流沿面闪络电压产生影响。借助直流沿面闪络实验平台,将SF_6分解固体产物直接附着于环氧浸渍纸复合绝缘材料表面,观察沿面闪络电压的变化。实验结果表明,SF_6放电固体产物附着在环氧浸渍纸复合绝缘材料表面的确会引起环氧浸渍纸复合绝缘材料沿面闪络电压下降。其下降程度和固体产物种类、气体压强、电极距离、附着方式等因素密切相关。     

电弧作用下SF_6分解固体产物的实验研究

SF_6气体绝缘电气设备发生电弧性放电故障后,设备内部故障处会产生大量的SF_6分解固体产物。为了研究查明SF_6分解固体产物对于SF_6绝缘电气设备工作运行的影响,开展电弧作用下SF_6分解固体产物的实验研究是必要的。文中研究了SF_6气体在不同金属电极、不同压强情况下SF_6分解固体产物的生成特性,明确了SF_6气体在不同金属电极反应生成的固体产物的组成成分,定量分析了SF_6分解固体产物质量和放电能量的关系。     

开断电弧下混合绝缘气体(SF_6+CF_4)分解特性试验研究

在高纬度低温地区,由于SF_6气体出现液化,可能导致SF_6开关设备发生绝缘击穿或开断失败等事故,由此该类地区大多采用混合气体(SF_6+CF_4)开关设备。气体分解产物检测是目前设备故障定位和缺陷诊断的重要手段。为此试验以40.5 k V混合气体断路器为试品,开展混合气体(SF_6+CF_4)不同燃弧能量下的气体分解产物试验,通过与纯SF_6气体的比较分析,探讨混合气体(SF_6+CF_4)的分解特性。研究表明:开断电弧下,SF_6+CF_4混合气体的主要分解产物为CO、CO_2、SO_2、SOF_2;分解产物各组分含量均随着燃弧能量的增加而增加;在相同的燃弧能量下,SF_6+CF_4混合气体比纯SF_6气体产生更多的碳氧化合物(CO+CO_2),而硫化物(SOF_2+SO_2)的生产量较少。     

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SF_6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SF_6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SF_6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。CO_2、CF_4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,C_2F_6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。     

SF_(6)分解组分混合气体中CS_(2)的紫外光谱定量分析北大核心CSCD

基于SF_(6)分解组分检测法的气体绝缘电气设备在线监测及故障诊断技术具有很强的现场抗干扰能力及良好的应用前景。利用紫外光谱技术可以对SF_(6)分解组分中的CS_(2)进行有效检测,但是CS_(2)所处的紫外光谱吸收波段与SF_(6)分解组分中的H;S相重叠,可能存在一定的重叠干扰影响。因此,文中搭建了紫外光谱检测平台,通过配制微量CS_(2)与H;S混合气体模拟真实气体绝缘电气设备中分解组分,对SF_(6)分解组分混合气体中CS_(2)定量检测准确性的问题进行了研究。结果表明:混合气体中不同体积分数的H;S对CS_(2)的定量检测影响较小,在采用Meyer小波及傅里叶变换对光谱进行处理后,CS_(2)定量检测误差最大仅为1.4 ppb(1 ppb=1×10^(-9)),误差百分比不超过5%,说明了利用紫外光谱技术进行真实气体绝缘设备中CS_(2)定量检测的可靠性。     

负极性直流局部放电下SF6分解特性

为了获取和掌握不同类型负极性直流局部放电(PD)下SF_6气体绝缘介质的分解特性,利用SF_6直流PD分解实验平台,对自制的4种典型绝缘缺陷模型(金属突出物、自由导电微粒、绝缘子表面污秽和绝缘子气隙)进行PD实验。结果表明:4种绝缘缺陷引起的负极性直流PD均会使SF_6分解生成CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2等5种稳定组分,SF_6分解组分的含量、有效产气速率和含量比值与PD类型之间均存在一定关联;在4种缺陷下,以c(SOF_2+SO_2)/c(SO_2F_2)、ln(c(CO_2)/c(CF_4))和c(SOF_2+SO_2F_2+SO_2)/c(CF_4+CO_2)作为特征量,区别较为明显,且特征比值曲线没有出现任何交叉,因此适合识别不同类型的绝缘缺陷。     

模拟SF_6环网柜气室局部放电分解特性研究

为了检测SF_6气体绝缘环网柜气室内部的局部放电故障,文中采用组分分析法研究SF_6局放放电的分解产物。通过针—板电极模拟SF_6气体绝缘环网柜气室金属突出物缺陷,实验研究了不同放电量的局部放电SF_6分解产物以及分解特性。通过施加4种电压等级来产生不同的放电强度,采集样气并用色谱质谱(GC/MS)检测分解组分。结果表明:在模拟气室中局部放电会使SF_6气体绝缘介质分解生成CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2等4种稳定组分。在相同放电强度下,这4种分解组分的体积分数随着时间不断增加,并呈现饱和的趋势;在相同放电时间内,4种分解组分体积分数随放电量增大而增加,并呈现不同的规律。根据以上研究建立了分解组分产气均方根速率与放电量之间的对应关系,即可根据SF_6气体分解特征组分的产气速率推断出气室中放电量的范围,为组分分析法应用于SF_6气体绝缘环网柜提供了依据。     

不同气压下两种缺陷的SF_6负极性直流局部放电分解特性

为了探究不同气压下自由金属微粒与金属突出物在引起负极性直流局部放电(PD)导致SF_6特征组分的差异,在搭建SF_6直流局部放电分解实验平台的基础上,开展了不同气压下SF_6 PD分解特性实验研究,获取了SF_6分解特征组分随压强的变化规律。研究表明:在2种缺陷下,SF_6会发生分解生成SO_2F_2、SOF_2、CO_2、SO_2 4种稳定的分解产物,金属突出物缺陷下各分解组分生成量浓度随着气压的增加而逐渐减少,并呈现不同的变化趋势。自由金属微粒缺陷下,SOF_2、CO_2和SO_2随着气压的增加几乎不变,SO_2F_2随着气压的增加而快速减少。有效量浓度比值c(SO_2F_2)/c(SOF_2+SO_2)随气压的增加逐渐减少,在对GIS进行故障诊断时,需要对气压造成的影响进行校正;c(CO_2)/c(SO_2F_2+SOF_2+SO_2)随气压逐渐增加,并在0.3 MPa后达到稳定,对气压处于0.3~0.4 MPa的气体绝缘设备进行故障诊断时,可以不考虑气压对c(CO_2)/c(SO_2F_2+SOF_2+SO_2)的影响。     

国内文摘与专利

正基于SF_6分解产物融合判断的GIS绝缘劣化趋势划分/王先培;肖伟;胡明字;等/高电压技术,2016(6)为实现用SF_6气体分解产物来诊断和砰估气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)绝缘状态,必须寻找出恰当的特征参量,建立气体分解组分与GIS绝缘劣化的判断法则。为此构建了SF_6气体放电分解平台,做针-板缺陷下长期持续性放电分解实验以模拟GIS绝缘劣化全过程。选取SO_2F_2、SOF_2、SO_2、     

基于SF_6分解组分的负极性直流局部放电故障诊断

为了利用SF_6局部放电(PD)分解特性开展直流气体绝缘设备(GIE)故障诊断研究,以直流GIE中最为常见的4种绝缘缺陷为例,研究了缺陷从起始放电发展至临近击穿整个过程的PD特性,选择q_v、n_v和Δt_v作为表征PD状态的特征量,并将PD严重程度划分为3个等级;在每种缺陷的3个PD等级下开展了大量SF_6分解实验,获取了SF_6分解特性。实验结果表明,SF_6分解生成了CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2 5种稳定组分,其中SOF_2是最主要的分解产物,且含硫组分的生成量高于含碳组分的生成量;构建了由21个浓度比值组成的特征集合,运用最大相关最小冗余准则进行特征量选择,并基于BP神经网络和支持向量机进行了故障诊断,准确率超过88%。     

SF_6负极性直流局部放电分解特性与组分特征提取

为了研究SF_6在不同类型负极性直流局部放电(partial discharge,PD)下的分解特性,进而建立SF_6分解特性与缺陷类型之间的关联特性。在自建的SF_6负极性直流PD分解实验平台上,通过系列实验研究得到了SF_6在4种不同典型绝缘缺陷引起的负极性直流PD下的分解数据。研究表明:4种典型绝缘缺陷PD下SF_6均会发生分解,生成CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2这5种稳定组分,且4种缺陷下组分体积分数以及由分解组分构造而成的特征比值(简称特征组分比值)随放电时间均具有各自不同的变化规律,可以用于缺陷类型表征。为了验证这两类特征参量对缺陷类型表征的有效性,使用谱聚类算法分别对两类特征量进行聚类处理,结果表明,两类特征参量均能对缺陷类型进行有效反映,且特征组分比值参量更加适合用于缺陷类型识别。     

GIS中盆式绝缘子沿面放电的新特征气体CS_2

盆式绝缘子沿面放电是气体绝缘组合电器(GIS)的主要绝缘故障形式。为监测盆式绝缘子的绝缘状况,研究GIS内环氧树脂固体绝缘介质发生沿面放电情况下SF6特征分解产物的变化规律,在小型模拟平台上试验发现,CS2是盆式绝缘子沿面放电时SF6气体生成的产物,并在110 k V GIS母线段实体绝缘子沿面放电试验中得到验证。用B3P86量子化学理论计算方法,得出了SF6在盆式绝缘子沿面放电条件下CS2的产生途径和能量条件。试验与理论计算结果表明,盆式绝缘子等固体绝缘介质发生沿面放电时GIS的内部发生复杂的化学反应,会有多种途径生成CS2,且由盆式绝缘子等环氧树脂介质表面炭化后提供碳源。CS2是一种可用于GIS中盆式绝缘子沿面放电故障诊断的特征气体。将CS2作为特征气体应用于生产实际检测,成功发现多起运行中的GIS涉及盆式绝缘子沿面放电导致绝缘损坏的潜伏性缺陷。     

GIS典型放电条件下SF_(6)气体分解产物与故障能量和故障类型对应关系研究

通过研究在GIS内部金属突出物、自由导电微粒、绝缘子表面污秽和绝缘子外气隙四种典型局部放电故障模型下SF_(6)气体分解产物与故障能量、故障类型三者间的关系。提出利用SO_(2)F_(2)、SOF_(2)、SO_(2)、CF_(4)、CO_(2)5种SF_(6)气体分解的典型特征故障气体的种类、比值判断GIS故障类型的方法,提出利用有效产气速率R_(RMS)与每秒平均放电量Q_(SEC)关系来判断放电程度及故障类型的方法。4种故障缺陷模型下,SOF_(2)都是检测到的主要分解产物。在相同放电电压下,4种故障缺陷模型中生成的气体总量顺序是,金属突出物>绝缘子表面污秽>自由导电颗粒>绝缘子外气隙,产生气体总量大小与施加电压大小成正比。相同故障能量下,金属突出物各特征气体产生的速率最快。CO_(2)和CF_(4)气体的占比大小可以反应故障是否涉及固体绝缘介质。     

气体绝缘输电线路用C_3F_7CN/CO_2混合气体与环氧树脂相容性试验

气体绝缘输电线路(GIL)中气体与固体绝缘材料的相容性表现为:两种材料长期接触后导致的绝缘性能变化以及气体成分和固体材料的改变。作为目前有潜力替代SF_6的环保绝缘气体,C_3F_7CN/CO_2混合气体与GIL内使用的环氧树脂材料之间的相容性亟待研究,因相容性不良可能引发设备的绝缘故障。该文提出C_3F_7CN/CO_2气体与环氧树脂相容性的评价方法,搭建气固相容性试验平台,在不同温度下进行C_3F_7CN/CO_2与环氧树脂的热加速试验,并设置惰性气体He和SF_6作为对照试验组。比较试验前后环氧树脂的介质损耗、沿面闪络电压、表面形貌与气体成分,发现不同试验组中的环氧树脂沿面绝缘性能均未下降;仅当试验温度为160℃时,C_3F_7CN/CO_2中检测出少量的C_3F_6和C_3F_7CN三聚体,推测此条件下环氧树脂与C_3F_7CN发生了化学反应,但并未对环氧树脂的绝缘性能产生影响。试验结果表明,在GIL正常运行条件下,C_3F_7CN/CO_2与环氧树脂具有较好相容性,与SF_6与环氧树脂的相容性相当。     

气压对SF_6局部过热分解的影响特性

为获取气压对SF_6局部过热分解的影响特性,通过实验研究了故障温度为400℃、气压为0.2~0.5 MPa的SF_6局部过热分解特性,并结合粒子反应碰撞理论分析了气体压强对SF_6分解特征组分生成过程的影响作用机制及影响规律。研究结果表明:随着气压的增加,单位体积内的各种分子的有效碰撞频次增加,进而提高了生成CO_2、SO_2F_2、SOF_2、H_2S和SO_2的化学反应的速率,使得各特征分解组分的摩尔浓度均随着气压的升高而增长;气压的升高对不同分解组分有不同程度的促进作用,其中对SO_2F_2生成的促进作用最为显著;气压对特征组分的有效产气速率的影响规律明显,同时,SO_2F_2/SOF_2和SO_2F_2/(SO_2+SOF_2)两组有效特征组分比值均与气压呈正线性相关。以上研究结果可为将来采用SF_6气体组分分析法(DCA)对SF_6气体绝缘装备进行绝缘状态监测提供支撑。     

气体绝缘开关设备内部固体绝缘件缺陷诊断技术

一直以来,SF6气体分解产物检测方法被认为是考核SF6高压开关设备绝缘性能、发现绝缘缺陷、预防绝缘击穿事故的有效手段之一,但目前对于SF6高压开关设备内固体绝缘件缺陷引起设备故障的诊断方法不明,相关标准、理论依据的研究明显缺乏。因此,通过脉冲电流法测量不同缺陷模型在相同局部放电量下240 h内产气特性变化规律,揭示了是否固体绝缘件参与放电、加压时间、电极材料等因素所引起SF6分解气体组分及含量的差异;基于ID3算法,选取c(SOF2+SO2)/c(SO2F2)、c(CO2+CO)/c(CF4)和c(CF4+CO+CO2)/c(SOF2+SO2+SO2F2)3组组分含量比值构建SF6高压开关设备故障识别决策树,实现了GIS设备内固体绝缘件缺陷的有效诊断。     

环保型气体绝缘介质C5F10O过热分解产物的生成过程分析

C_5F_(10)O气体绝缘介质具有优异的环保性能和绝缘性能,在C_5F_(10)O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,C_5F_(10)O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C_5F_(10)O过热实验,通过GC-MS确定C_5F_(10)O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C_5F_(10)O的分解途径和各个分解产物的生成途径。结果表明:C_5F_(10)O/He混合气体在局部高温550℃下主要生成了CO、CO_2、CF_4、C_2F_6、C_3F_8、C_4F_(10)、C_2F_4、C_3F_6、C_3F_7H等化合物,其中CO和碳氟化合物主要来自于C_5F_(10)O的裂解和重组,CO_2主要由羰基CO·与氧气反应生成,C_3F_7H主要由七氟丙烷和水反应生成。