吸附剂对局部过热性故障下SF_6分解特征组分的吸附特性

吸附剂不仅会吸附气室内的微量水分而影响SF6气体绝缘介质的过热分解过程,而且会对SF6过热分解特征组分产生不同程度的吸附作用,使利用SF6故障分解原理诊断气体绝缘装备内部绝缘故障变得更加复杂。因此,通过大量试验研究了吸附剂对SF6局部过热分解特性的影响规律,获得了SF6分解组分的产气规律以及电极材料和吸附剂所含元素的化学形态。研究表明:没有吸附剂时,SOF2、SO2、SO2F2、CS2、CO25种组分体积分数有:φSO2φSOF2φCO2φSO2F2φCS2;随着吸附剂用量的增加,5种组分的体积分数增长曲线不断变缓,变缓的程度有:SO2SOF2SO2F2CO2CS2;通过X射线光电子能谱分析发现,实验后的不锈钢发热电极中有FeF3、Fe2O3和FeS存在,实验后的吸附剂含有极少量的吸附态SO2,吸附剂中F的存在形式主要为MgF2。     

SF_6局部过热状态下涉及有机绝缘材料的分解产物生成特性

在局部过热性故障下,有机绝缘材料不仅会过热裂解并参与SF6分解组分的生成过程,而且会被HF和H2S等SF6分解组分腐蚀,致使SF6气体绝缘装备的主要绝缘介质SF6和有机绝缘材料的绝缘性能劣化,威胁装备的安全稳定运行。为此,开展了涉及有机绝缘材料的SF6过热分解实验,对分解组分检测方法进行改进,首次检测到CS2这一重要分解组分,获得了涉及有机绝缘材料时SF6局部过热分解特性以及有机绝缘材料所含元素种类和相对含量。研究表明:CS2、CO2、CF4、H2S、SO2F2、SOF2、SO2这7种分解组分生成反应以及反应的难易程度不同,致使各组分的初始生成温度、体积分数大小及增长规律不尽相同,各组分体积分数有φSO2φSOF2φCO2φCF4φSO2F2φCS2φH2S;不同局部过热温度下的有机绝缘材料裂解程度不同,HF、H2S对其腐蚀的强弱存在差异,致使其C、O、F、S元素的相对含量随局部过热温度升高呈现不同的变化规律。     

两种吸附剂对SF6分解特征组分吸附的实验与分析

研究吸附剂对在局部放电下SF6分解组分的影响是探究利用分解组分诊断 SF6电气设备内部早期绝缘缺陷的重要内容。为此,在建立的特定吸附实验研究平台上,选用SF6电气设备中最常用的活性氧化铝和kdhF-03型分子筛吸附剂,对局部放电(partial discharge,PD)下产生的4种SF6稳定分解特征组分(CF4、CO2、SO2F2和SOF2)进行吸收特性研究,利用气相色谱仪和质谱联用仪定时检测气室内气体残余量,结合吸附量和等温吸附线对吸附机制和作用过程进行了深入分析。结果表明：两种吸附剂几乎不吸附 CF4,对CO2略有吸附,但对SO2F2和SOF2有较强的吸附能力,吸附量由多到少依次为SOF2>SO2F2>CO2>CF4。因此,在利用特征组分含量及变化规律辨识 SF6气体绝缘设备的绝缘缺陷时,必须考虑吸附剂的影响。实验也发现选用SOF2+SO2整体作为辨识 SF6设备内部绝缘缺陷的一种特征组分更有效。     

SF_6电气设备的监督与故障诊断

SF6电气设备在电网中的应用越来越广泛,这些设备运行状态的好坏直接关系着电网的安全。根据SF6的化学性质与分解机理,利用SF6气体分解产物可以判断设备故障、推测可能存在缺陷。通过对SF6电气设备的日常监督,统计分析了SF6气体分解产物中特征组分(二氧化硫SO2、氟化亚硫酰SOF2以及硫化氢H2S)的生成情况,并以此为基础总结出了SF6电气设备放电故障诊断标准,提出了不同电压等级SF6电气设备分解产物检测周期。     

SF_6气体过热性分解模拟实验装置的研制

为系统研究SF6过热性分解机理及其分解特性,从而完善SF6分解理论和气体绝缘设备过热性故障的诊断方法,建立了过热性故障模拟实验系统。介绍了该实验系统的结构、功能、主要部件的设计参数和实验方法,并通过仿真与实验验证了该实验系统及实验方法的合理性。结果表明:建立的实验系统能够有效控制模拟过热性故障缺陷模型的温度,提出的实验方法能有效产生局部高温效应并使SF6发生分解,生成CO2、SOF2、SO2F2、H2S和SO2等主要分解物质,并初步获取了4个不同故障温度下主要分解物质的生成规律,为最终建立气体绝缘设备热性故障的诊断理论和方法奠定了实验基础。     

SF_6局部过热分解特征组分的微量O_2作用机制

在局部过热故障下,微量O_2直接参与SF6的分解过程,在利用特征组分诊断SF6气体绝缘设备过热性故障时必须考虑O_2的影响。为此,在已有的SF6局部过热分解模拟实验平台上,通过控制纯净SF6气体中的微量O_2体积分数进行SF6过热分解实验,得到了不同微量O_2体积分数对SF6主要过热分解特征产物的影响规律。研究表明:SOF4和SO_2F2的产气量均与O_2体积分数正相关,微量O_2可将SOF4转化为SO_2F2,使SO_2F2的产气量随着O_2体积分数的增加而呈指数增长。微量O_2与SF6初级分解产物的直接反应使得SO_2成为主要产物,F原子和O原子竞争中间分解产物,导致SO_2饱和,而SOF2的绝对产气量则出现先增后减的情况。微量O_2不仅影响了各分解产物的产气量,也使得SO_2和SO_2F2演变为SF6过热分解的主要产物,且微量O_2对SO_2F2的促进作用更显著。     

吸附剂对局部放电下SF_6分解特征组分的吸附研究

为了保障SF6绝缘气体的纯度,需要在SF6气体绝缘设备气室中配置一定量的吸附剂,一方面用于控制气室内的水分含量,另一方面用于吸附因各种原因产生的杂质气体。因而,吸附剂的存在会对局部放电下使SF6发生分解而产生的特征组分进行吸附,使得特征组分含量和变化规律发生改变。在利用特征组分诊断气体绝缘设备内部故障时,必须考虑这一重要影响因素。为此,该文在搭建的SF6气体局部放电分解试验平台上,利用针–板电极产生局部放电(partial discharge,PD)使SF6发生分解,采用气质联用仪定量测定放电室内特征组分的变化,获取不同吸附剂用量梯度下吸附特征组分的规律与特性。研究表明,无论有无放置吸附剂,在气室内都能检测到SOF4、SO2F2、SOF2和SO2等主要稳定特征组分,且随着吸附剂用量的增加,对特征组分的吸附率各不相同。     

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。     

SF6电气设备故障特征气体快速检测方法

对SF6电气设备故障部位快速诊断方法进行了研究.在分析了SF6电气设备发生放电故障时分解气体的组分及其检测手段的基础上,提出了SF6电气设备故障特征气体的判断依据:在SF6电气设备的分解气体测试中,当SO2和SOF2的体积分数大于10 μL/L, H2S 的体积分数大于5 μL/L, HF的体积分数大于25 μL/L时,均可判断设备存在故障的可能性.通过4例实际应用分析,说明该方法行之有效.     

气隙缺陷下不同局部放电强度的SF6分解特性

为掌握SF6绝缘气体在气隙绝缘缺陷下产生不同强度局部放电引起的分解特性,作者用构建的气隙绝缘缺陷物理模型在SF6分解实验平台上,分别对不同外施电压大小下的SF6进行了96 h局部放电分解实验,采用气相色谱法对分解组分进行定量检测与分析,结果表明,SF6在局部放电下均会产生CF4、CO2、SO2F2和SOF2这4种稳定的分解组分,CF4含量最少,SO2F2含量少于SOF2。局部放电强弱对4种组分含量变化及增长率的影响有所不同,且CF4/CO2、SOF2/SO2F2和(SOF2+SO2F2)/(CO2+CF4)3组分解组分比值也与局部放电强弱有着一定的关系,可以利用CF4、SO2F2和SOF2的含量变化与增长速率以及组分比值范围作为判断局部放电强弱的特征量。     

模拟电气设备过热故障时SF6气体分解产物的体积分数及其特征

对于运行中的电气设备,判断其设备内部运行状态相对困难.通过分析检测SF6气体的分解产物是判断SF6气体绝缘设备内部运行情况的一个强有力手段.笔者模拟了SF6电气设备不同温度和湿度的过热情况下所产生的分解产物类型及其体积分数.为确定电气设备故障类型提供数据支持.通过模拟试验得出.SF6在350℃时即开始产生较显著的分解产...     

针-板缺陷模型下局部放电量与SF6分解组分的关联特性

为了定量判断气体绝缘组合开关电器(GIS)内金属突出物缺陷所产生局部放电(PD)的严重程度,在自建的SF6放电分解实验平台上,用针-板缺陷模型产生PD使SF6发生放电分解形成特征组分,分别在不同电压等级下进行96h实验,采用气相色谱法对分解组分进行定量测定,同时用50Ω无感电阻检测PD量大小,深入研究了PD量与SF6气体分解组分之间的关联特性,结果表明,针-板缺陷PD下SF6分解可产生CF4、CO2、SO2F2、SOF2等组分,SO2F2和SOF2的体积分数及产气速率与每秒平均放电量Qsec关联性良好,SO2F2和SOF2的体积分数及产气均方速率随Qsec增大而增加,而(SOF2+SO2F2)与(CO2+CF4)的体积分数比值随Qsec近似呈线性增长,CF4与CO2以及SOF2与SO2F2的体积分数比值可作为较大Qsec的辅助判据,因此,可以通过SF6气体组分定量分析来判断GIS设备内部PD的程度。     

利用SF6分解物检测判断设备绝缘故障的研究

文中介绍了SF6气体绝缘设备内部绝缘材料的分解产物及设备内部特征气体含量与SF.电气设备故障性质、故障部位的对应关系,提出通过检测分解物总量及SO2、H2S特征气体含量,可检测设备早期故障,判断SF6设备受污染程度、潜伏性故障和内部故障位置.     

以SF_6为背景气体的SF_6气体分解特征组分标准物质研制

利用SF6分解组分对GIS绝缘状态进行诊断,必须解决SF6分解特征组分的定性和定量检测的关键技术难题,这直接关系到对设备故障性质和程度判断的准确性。文中采用称量法,研究以SF6为背景气的气体标准物质的制备过程与方法,成功研制了CO2/SF6、CF4/SF6、SOF2/SF6、SO2F2/SF64种标准气体物质,解决了SF6分解特征组分标准气体物质的存储问题,考察了4种气体标准物质的一致性、压力稳定性以及长期稳定性。结果表明:CO2/SF6、CF4/SF6、SOF2/SF6和SO2F2/SF6的标准不确定度均小于0.2%,4种标准气体物质一致性、6个月的长期稳定性和均匀性良好,标准气体扩展不确定度都小于3%,可用于SF6分解特征组分的定量分析。     

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。     

CF_4检测在气体灭弧室绝缘故障诊断中的应用

SF6气体分解产物检测在电气设备故障分析中的应用比较广泛,而由于新气中含有一定量的CF4,所以分析重点集中于H2S、SO2、SOF2、SO2F2、HF几种特征气体。笔者将SF6气体分解产物检测技术应用于一起500 kV气体断路器的故障诊断,气体检测结果和解体检查表明断路器喷口发生非正常的电弧烧蚀,在经历较长一段时间后,仅体现在SF6气体中CF4体积分数的显著增加。从而表明,对于SF6气体绝缘电气设备应该定期进行检测气体分解物,对CF4体积分数的增加也应引起足够的重视,注重数据的横向和纵向的分析比较。     

羧基碳纳米管吸附SF6放电分解组分的仿真计算

通过SF6分解气体组分及组分含量检测,可以判断气体绝缘电器组合(gas insulated switchgear,GIS)内局部放电(partial discharge,PD)类型及发展程度,对GIS的故障诊断具有重要意义。提出利用羧基修饰碳纳米管(SWNT-COOH)提高碳管的灵敏度和选择性来检测GIS中的SF6分解组分。根据第一性原理,采用Materials Studio分子动力学仿真软件对羧基修饰的单壁碳纳米管吸附SF64种主要分解组分SO2、SO2F2、SOF2和CF4进行了详细的理论计算,分析吸附过程中吸附能、电荷转移量、作用距离、前线轨道和电子态密度的变化情况,结果显示SWNT-COOH对于4种气体检测的选择灵敏度为SO2>SOF2>SO2F2>CF4,可以利用羧基修饰碳纳米管制备气体传感器检测SF6局部放电分解组分。     

通过检测SO_2发现SF_6电气设备故障

通过几例SF6电气设备故障的分析和检出,说明检测SO2能够诊断SF6电气设备故障。SO2是SF6主要分解物SOF2的水解产物,是稳定气体,在分解物中一般含量较高,当故障涉及到固体绝缘材料时,SO2含量更高。检测SO2方法很多,用检测管简易方便,有足够的灵敏度。     

通过检测SO2发现SF6电气设备故障

通过几例SF6电气设备故障的分析和检出,说明检测SO2能够诊断SF6电气设备故障。SO2是SF6主要分解物SOF2的水解产物,是稳定气体,在分解物中一般含量较高,当故障涉及到固体绝缘材料时,SO2含量更高,检测SO2方法很多,用检测管简易方便,有足够的灵敏度。     

SF_6气体中杂质含量分析在GIS故障分析判断中的应用

笔者以SF6气体分解机理为基础,分析了不同故障情况下SF6气体中的特征杂质气体。得出:电弧和热分解的主要产物是SOF2;在热分解条件下,如能够检测出SO2,则可能存在金属性过热故障;CF4、CO和CO2的体积分数异常增加,故障则可能涉及到固体绝缘材料;设备存在内部潜伏性故障的特征气体是HF。通过检测SF6气体中杂质气体的体积分数可对GIS的故障进行分析判断。