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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

局部放电下SF6分解组分检测与绝缘缺陷编码识别

用SF6分解气体组分含量大小来识别全封闭式组合电器内的绝缘缺陷,须先建立分解气体组分与绝缘缺陷之间的关联法则。利用建立的SF6绝缘气体局部放电分解试验平不同类型绝缘缺陷产生的局部放电下,SF6的分解特性存在台,对4种典型绝缘缺陷进行了大量局部放电试验,发现在明显差异,其组分含量及变化率有特定的规律,为此提出用气体组分含量编码树识别绝缘缺陷的思路和方法,并对SOF2/SO2F2、CF4/CO2和(SOF2+SO2F2)/(CO2+CF4)3组气体组分含量比值范围进行了编码,建立了相应的比值编码树,得到了识别4种绝缘缺陷类型的编码组合,并针对组分含量编码处于交叉无法确定的情况,给出了最终确定编码依据的辅助方法。     

微氧对SF6局部放电分解特征组份的影响

由于O2影响了SF6气体分解组分的最终生成物及体积分数,所以通过检测气体绝缘设备内部气体分解组分的体积分数及其变化规律来进行故障诊断时,要考虑这一重要因素.为此利用已搭建好的SF6气体局部放电分解实验装置,在相同的实验条件下,针对含不同O2体积分数的SF6/O2混合气体进行96 h局部放电分解实验,结合气相色谱分析技术,研究O2对SF6局部放电分解组份的影响.实验结果表明:无论是否注入O2,均会产生CF4、CO2、SOF2和SOF2;O2增加会抑制CF4的产生,对CO2的产生影响不大;O2增加对SO2F2和SOF2的产生有促进作用,但对SOF2的促进作用强于SO2F2;在同一个放电时间下,随着O2体积分数的增长SO2F2与SOF2的体积分数比(SO2F2)/(SOF2)逐渐减小并趋于稳定,无论是否注入O2,随着放电时间的增长,这一比值也逐渐减小并趋于稳定.     

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。     

羟基修饰单壁碳纳米管对SF6局部放电分解组分气敏特性的研究

为了从混合气体组分中检测出气体绝缘组合电器(GIS)中的SF6气体在局部放电作用下分解产生的特征气体组分,将纳米气敏传感技术用于SF6分解特征组分的检测。在分析现有的SF6分解气体特征组分检测方法不足的基础上,研制了羟基修饰的单壁碳纳米管(SWNT-OH)气敏传感器,并对SOF2、SO2F2、SO2和CF4等4种SF6分解组分进行了气敏实验。得到的实验结果表明:在测试的4种主要分解组分中,SWNT-OH气敏传感器对SO2电阻变化率最大,响应时间最短;SWNT-OH气敏传感器的电阻变化率与SO2的体积分数之间满足一定的线性关系;且传感器在空气中可以自恢复,恢复时间短,并在一定程度上满足稳定性的要求。SWNT-OH气敏传感器对SO2表现出了较好的气敏传感性能,在SF6分解特征组分检测方面有着较好的应用前景。     

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。     

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。     

电极材料对SF_6局放分解特征组分生成的影响

金属材料的化学活性会直接影响SF6在局部放电作用下的分解过程,掌握其影响规律是建立基于SF6分解特性的故障诊断方法必须解决的关键问题之一。为此,利用铝、铜和不锈钢3种金属材质的针电极与不锈钢板电极构成常见的金属突出物绝缘缺陷模型,在建立的SF6放电分解试验平台上进行了96 h局部放电分解试验,采用气相色谱法测定了CF4、CO2、SO2F2和SOF2主要分解特征组分。结果包括:金属电极材料对CO2的生成几乎没有影响,但对SO2F2和SOF2的生成速率有较大影响。分析认为主要原因在于化学活性越强的金属材料与SF6分解产生的低氟硫化物及氟原子发生反应的速率越高,产生的SF2和SF4越多,进而促使生成更多的SO2F2和SOF2。因此,在利用SF6分解特性对气体绝缘设备进行绝缘状态监测及故障诊断时,必须综合考虑故障点金属材料的差异对其造成的影响。     

羧基修饰石墨烯吸附SF6分解组分的DFT计算

为研制高灵敏度SF6气体分解组分检测传感器,利用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)方法,采用分子模拟软件对SF6主要放电分解组分(SO2,SOF2,SO2F2,CF4)在羧基修饰石墨烯表面的吸附特性进行了模拟计算,从微观角度研究了羧基修饰石墨烯检测SF6气体放电分解组分的气敏机理。理论计算了单分子吸附过程中表征吸附性能特征参量的吸附能、吸附距离、净电荷转移量、分子前线轨道以及态密度。结果表明:羧基的修饰能够有效提高石墨烯的吸附性能,且羧基石墨烯效果更好,对4种分子吸附效果强弱依次为SO2>SOF2>SO2F2>CF4,其中SO2在羧基石墨表面发生较为强烈的化学吸附效应。     

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。     

微水微氧对PD下SF6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。     

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。     

SF6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。     

气体绝缘组合电器SF_6分解产物检测中典型影响因素研究

化学诊断法是一种有效的SF6电气设备绝缘状态监测手段,但该方法在推广应用的过程中也受到一些因素的干扰,如吸附剂对局部放电特征气体的吸附作用、气室内水分含量差异对分解产物变化规律的影响、检测容器吸附等因素的干扰。为此,通过设置多组试验,系统研究了上述因素对主要SF6分解产物变化规律的影响,为提高化学诊断法用于设备绝缘监测的准确度奠定了基础。     

SF6分解物稳定性分析及其检测技术探讨

指出SF6气体由于放电或过热分解生成多种分解物,其中有些组分不稳定活性强,对检测造成很多困难,必须借助多种测试方法才能对分解气体进行分析.介绍了试验利用气相色谱法、气一质联用、红外光谱法对SO2F2、SOF2和SF4分解物标准气体进行的测试比较,结果显示分解物稳定性SO2F2(SO2)＞SOF2＞SF4;验证了气相色谱...