H_2O对局部放电下SF_6分解生成特征组分的影响

为建立基于SF6分解特征组分原理的电气设备在线监测与故障诊断理论和方法,用针-板放电模型模拟了金属突出物绝缘缺陷产生局部放电(PD),使含不同微量H2O的SF6/H2O混合气体发生分解,定量测定了CF4、CO2、SO2F2和SOF2 4种特征分解组分的体积分数,得到了各特征组分体积分数、相对产气速率和能量特征比值φ(SOF)2/φ(SO2F2)随微量H2O体积分数φ(H2O)的变化规律,初步了研究φ(H2O)对各特征组分生成规律的影响机制。结果显示,φ(H2O)的增加会抑制CF4的生成,而对CO2的绝对产量和相对产气率的影响均无明显规律;SO2F2和SOF2的累积体积分数均与φ(H2O)正相关,并大致呈线性增长趋势;此外,在放电初期,SO2F2与SOF2的相对产气率均大致随着φ(H2O)的增大而减小,但在放电稳定期,却独立于φ(H2O)且趋于相同;φ(H2O)对特征组分产量比值φ(SOF)2/φ(SO2F2)也有显著的影响。实验结果为提出准确的基于SF6分解特征组分原理的在线监测与故障诊断方法提供参考。     

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。     

气体绝缘开关内部固体绝缘件缺陷产气特性

为了研究固体绝缘件是否参与放电、加压时间、电极材料等因素对SF6分解气体组分及产气速率的影响,采用脉冲电流法测量GIS设备内不同绝缘缺陷在相同累积局部放电量下240 h内产气特性变化规律,分析了不同绝缘缺陷分解产物φ(SOF2+SO2)/φ(SO2F2)、φ(CO2+CO)/φ(CF4)和φ(CF4+CO+CO2)/φ(SOF2+SO2+SO2F2)3组组分体积分数比值的数值特征。研究结果表明:电极材料影响到CO2、CO的生成量,相同缺陷类型时,铁电极CO2、CO产气量大于铜电极材料;当放电涉及到固体绝缘时,无论电极材料是铁丝或是铜丝,其φ(SOF2+SO2)/φ(SO2F2)的值均高于母线电晕放电缺陷;φ(CO2+CO)/φ(CF4)的范围一般均在2~5之间;φ(CF4+CO+CO2)/φ(SOF2+SO2+SO2F2)的值均低于母线电晕放电缺陷。     

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.     

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。     

针-板缺陷开关柜局部放电与空气分解组分的关联特性

空气开关柜在配电网中扮演着重要的作用,针对开关柜的局部放电监测,提出通过检测空气放电分解组分的方法进行非电法局部放电(PD)监测。在研制的空气局部放电试验平台上,放入针-板缺陷模型产生PD使空气发生分解产生特征气体,通过调节施加在针-板缺陷模型上的电压控制PD强度,利用烟气分析仪分析气体组分及其体积分数的同时,采用脉冲电流法检测放电量,探索气体分解组分、体积分数、产气速率与放电量的关联特性。实验数据结果表明:针-板缺陷模型产生的PD放电可使空气发生分解,生成CO、NO_2等特征气体,其气体的体积分数随着放电时间延长不断增加,放电前期气体体积分数随着放电量呈现线性增长趋势,随着参与反应的物质不断减少,放电后期呈现饱和现象,且NO_2的饱和程度低于CO。CO和NO_2的产气速率由于气体浓度的饱和也呈现与放电量的线性饱和关系。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于红外检测法针板缺陷下的SF_6分解情况研究

利用自行设计的GIS缺陷模拟装置研究针板缺陷下的SF6分解情况,脉冲电流法配合PDcheck绝缘状态在线诊断系统监测局部放电电流。对样气进行红外检测,提取典型分解产物特征,并对比分析不同充装气压、施加电压下的SF6分解情况。典型分解产物为SOF4、SO2F2、CO2,其体积分数均随加压时间延长呈增大趋势。其中SOF4饱和时间较短,SO2F2体积分数一直呈近线形增长,而CO2在加压一段时间后呈近线形增长。不同气压下的分解情况有其共通性,不同处在于,低气压相同加压时间下SOF4和SO2F2的体积分数较高气压下高,但CO2体积分数较低,可能与绝缘材料参与反应速率较慢有关。SO2F2反应气体分解灵敏度较其他两种产物高。对比不同试验条件下PRPD(局部放电相位分布)谱图,发现其图形特征有明显区别。     

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。     

基于SF6电气设备故障判断的脉冲氦离子化色谱检测法

为了有效地诊断SF6电气设备内部运行情况,介绍一种新型的SF6电气设备故障气体检测方法.该方法利用脉冲氦离子化色谱,一次进样可以检测SF6、O2、N2、H2S、SC2、SOF2、SO2F2、S2OF10、CF4、C3 F8、CO2及CO等组分,克服了其他检测方法灵敏度不高、响应非线性、检测组分少等缺点,是目前较具前景的SF6电气设备故障气体检测方法.     

一种新型碳纳米管气体传感器的响应特性研究

基于碳纳米管(CNTs)气体传感器的SF6气体分解产物检测技术,是诊断GIS绝缘缺陷引起的局部放电的有效手段。开展传感器对SF6分解气体响应特性的研究,对于将该技术应用于GIS局部放电的监测具有重要意义。笔者测量了CNTs气体传感器对4种标准气体(HF、SO2F2、SOF2/S2OF10、SO2)的响应,并建立了由GIS模拟罐体、基于脉冲电流法的局放仪和CNTs气体传感器构成的实验系统,测量了CNTs气体传感器对局部放电形成的SF6分解气体的响应,研究了传感器在多次测量中的重复性以及其响应随局放的变化规律。结果表明,在SO2F2和SOF2/S2OF10气体环境中传感器响应特性明显,且对SO2F2更加灵敏;SO2和HF则基本不引起传感器的电导变化。传感器能够成功检测到针板电极模型引起的局部放电,传感器的电导值随着放电时间的增加而逐渐增加,其响应也随着局部放电能量的增加近似呈线性增加的趋势,最终传感器响应出现饱和趋势。传感器的测量具有重复性,两次测量相差低于0.5%。SF6气体分解产物的气相色谱及红外光谱分析证实了上述结果的合理性。文中使用的标准气体浓度较低,因此关于SO2和HF无法引起传感器响应的结果仍需要利用高浓度标准气体进一步验证。     

锐钛矿型(101)晶面吸附SF_6局部放电分解组分的气敏机理分析

气体绝缘组合开关(GIS)内部的局部放电会导致绝缘气体SF_6分解,生成多种特征气体。通过检测特征气体的成分和浓度能够及早发现GIS设备内部潜伏性绝缘缺陷,在设备绝缘状况恶化前提前预警,避免突发性故障发生。作为气敏传感领域的研究热点,TiO_2纳米管在GIS故障气体监测领域应用前景广阔。该文从微观层面上研究TiO_2纳米管气体传感器的气敏机理。利用Materials Studio软件仿真计算了锐钛矿型TiO_2(101)晶面的完美晶面、缺陷晶面以及Pt掺杂晶面对特征气体SO_2、SOF_2、SO_2F_2的吸附参数,理论分析了气体分子与晶面的作用过程,建立起晶面导电性能与气体分子吸附的联系。此外,通过气敏实验研究了本征及Pt掺杂TiO_2纳米管传感器对SO_2、SOF_2、SO_2F_2的气敏响应,并基于仿真结果解释实验现象,完善了TiO_2纳米管的气敏机理,为制备GIS设备局部放电监测的气敏传感器奠定了基础。     

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。     

两种常见局部放电缺陷模型的SF6气体分解组份对比分析

为了探讨GIS内不同绝缘缺陷与对应SF6气体分解组份之间的联系,在自建的SF6气体分解试验平台上,构建了两种常见的局部放电缺陷模型,并借助气相色谱仪,对气体组份进行96h的放电跟踪监测。结果显示,两种绝缘缺陷在局部放电发生时,都伴随有SF6气体的分解,检测到的主要分解产物均有SOF2,且其体积分数都随时间的延续而呈现出饱和增长的趋势,但两种缺陷下SOF2的产气特性存在明显差异,使SF6气体分解组份具有不同特征,可以对此两种缺陷进行辨别。     

广东省220kV及以上GISSF6分解产物分析

六氟化硫(SF6)气体在电弧、电火花和电晕放电的作用下会发生分解,产生二氧化硫(SO2)、四氟化碳(CF4)等分解产物。检测SF6分解产物(色谱法、电化学法)是诊断SF6气体绝缘设备内部运行情况的一个强有力手段。为此,总结了广东省74个220kV和500kV全封闭组合电器(GIS)变电站共3770个气室中SF6分解产物的体积分数,为SF6GIS潜伏性故障及其故障类型判断累积经验。结果显示:SF6GIS中二氧化碳(CO2)、CF4、氟化亚硫酰(SOF2)、氟化硫酰(SO2F2)、十氟化二硫酰(S2OF10)、SO2和硫化氢(H2S)都呈偏正态分布,CO2、CF4、SOF2、SO2F2、S2OF10的体积分数均低于1000×10-6,SO2的体积分数均<3×10-6,H2S的体积分数均<1×10-6。500kVGIS设备中SF6分解产物体积分数低于220kVGIS设备;运行时间越长,设备中SF6分解产物的体积分数越高。