不同气压下SF_6的局部放电分解特性

为了获取不同气压下SF6的局部放电(PD)分解特性及其变化规律,在搭建的试验研究平台上,开展了不同气压下SF6的PD分解特性实验。实验中,采用气相色谱仪和气质联用仪对分解生成的特征组分进行了定量测定。根据实验结果,分析了特征组分的变化规律及气压变化造成的影响。实验结果表明:随着气压的增加,特征组分CO2、SO2、SOF2的生成速率会明显减小,且SOF2的变化最为显著,但特征组分SO2F2的生成速率仅略微降低,进而对诊断故障的特征比值φ(SOF2+SO2)/φ(SO2F2)有较大的影响。为此,提出一种影响不明显的特征比值φ(SO2F2+SOF2+SO2)/φ(CO2)作为故障诊断的新特征量。     

GIS设备局部过热故障程度与SF_6分解的关联特性

为了获取不同过热温度下的SF_6分解组分特征信息,文中通过实验研究了故障温度为260~500℃之间的SF_6局部过热分解特性,通过对实验数据处理分析研究了不同过热故障严重程度与分解组分特征信息之间的关联特性。研究表明:随着过热温度的增加,总分解量CT、硫化物分解量CT_1、碳化物分解量CT_2都有增长趋势;各组分有效产气速率R_(RMS)都与过热温度具有极强的关联性,分解组分产气速率越高,表明SF_6电气设备过热故障越严重;特征比值C_(SO_2F_2+SOF_4)/lgC_(SOF_2+SO_2)及其有效值TCR_(RMS_1)(TCR_1)可作为衡量POF严重程度的特征指标,该比值越大,表明故障越严重;CT_2/lgCT_1或及其有效值TCR_(RMS_2)(TCR_2)可作为表征POF是否涉及到含碳金属构建劣化程度,该比值越大,表明金属劣化越严重。     

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。     

SF_6局部过热分解的Reax FF力场构建及优化

局部过热性故障会导致SF_6等绝缘材料逐步劣化,如果缺乏有效的监测手段,它就像绝缘肿瘤一样威胁着SF_6气体绝缘装备及电网的安全运行。为了研究SF_6气体绝缘介质在局部过热性故障作用下发生分解的物理化学过程,构建出一种可以描述SF_6成键的Reax FF力场。采用对SF_6、SF_5、SF_4分子体系进行密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)计算的方法,利用各分子在不同振动模式下的势能面扫描数据创建训练集,并结合蒙特卡洛方法对该力场进行优化。经产物结构、能量平衡模拟和反应活化能验证,结果表明:该力场可以准确地描述SF_6、SF_5、SF_4、SF_3、SF_2的成键机制。在此基础上,进行了SF_6过热分解的分子动力学仿真研究,初步得到SF_6在过热状态下发生分解的基元反应过程,并构建反应网络,为下一步系统研究SF_6在局部过热性故障作用下的分解机制奠定了基础。     

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。     

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。     

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。     

电压形式对SF_6分解特性的影响研究

为了研究电压形式对SF_6气体放电分解特性的影响,搭建了SF_6气体分解实验平台,对比研究了SOF_2、SO_2F_2、SO_2等3种含氟含硫气体在正负极性直流及交流电压下的生成情况。结果表明:正极性电压下的平均局部放电量和最大放电量明显大于负极性电压;电荷分布随电压极性变化,正极性电压下的SF_6分解率高于负极性电压;受到峰值电压、极性反转、电荷分布等的影响,交流电压下的SF_6分解率高于正极性直流电压。     

基于SF_6分解特性的局部放电故障程度评估

如何对直流SF6气体绝缘设备(gas-insulated equipment, GIE)内部局部放电(partial discharge,PD)严重程度进行科学的评估是目前还未解决的问题。由于GIE内部绝缘材料的分解情况与设备内部绝缘状态直接相关,提出利用SF6PD分解特性对GIE内部PD程度进行评估,具体为:建立出自由金属微粒缺陷模型,并将由该缺陷引起的PD划分为3个等级,在每个等级下各选2个电压开展SF6分解实验;基于最大相关最小冗余(minimumredundancymaximumcorrelation,m RMR)原则对SF6分解组分进行特征选择,并分别运用反向传播神经网络和支持向量机分类器诊断PD严重程度,提取出最能有效表征PD程度的SF6分解组分含量的比值集合,对PD状态进行评估。研究表明,SF6分解组分含量与PD严重程度之间存在一定的关联关系,C(CO2)/CT1、C(CF4)/C(SO2)、C(CO2)/C(SOF2)和C(CF4)/C(CO2)能够有效地诊断PD严重程度。     

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。     

GIS内部缺陷局部放电下SF_6分解特性研究

为研究金属突出物缺陷下的局部放电(PD)与SF_6气体分解组分的关系,研究了110 k V GIS内部金属突出物缺陷下的局部放电,对比分析了两种不同放电量下SF_6的分解情况。选择SO_2F_2、SOF_2、CO_2、SO_2 4种组分作为特征气体,选择c(CO_2)/c(SO_2)、c(SOF_2)/c(SO_2F_2)、c(SOF_2+SO_2F_2)/c(SO_2+CO_2)3组比值来表征金属突出物缺陷下的放电特点。结果表明:GIS中各分解组分变化规律不同于理想试验罐体中得出的数据规律;在GIS中放电量较小的情况下,可以通过SOF_2、SO_2F_2的浓度变化来判断PD强弱;SF6分解特征组分比值c(SOF_2)/c(SO_2F_2)和c(SOF_2+SO_2F_2)/c(SO_2+CO_2)均可以判断GIS内PD的强度;而c(CO_2)/c(SO_2)分散性较大,不宜作为判断GIS内PD强度的特征量。     

金属材料对SF_6火花放电分解产物生成特性的影响

针对不同金属材料影响下的SF_6火花放电分解特性的系统研究尚不多见,揭示金属材料对SF_6火花放电分解特性的影响机理,有助于诊断和评估气体绝缘设备内部火花放电故障涉及何种金属构件。为此开展了不锈钢、铝和铜3种金属材料对SF_6火花放电分解特性影响的大量试验,利用气相色谱质谱联用仪对SF_6火花放电分解气体进行定量分析,获取不同金属材料下分解气体生成量与火花放电次数的关联特性,并对固体产物进行X射线光电子能谱分析,获得固体产物元素含量和金属存在形式。研究结果表明:不同金属材料下,CF_4、SOF_2和SOF_4的生成量均随火花放电次数的增加呈"线性"上升趋势,而SO_2F_2和SO_2呈"指数"上升趋势;金属材料对CF_4生成量的影响程度为FeCuAl,对含硫气体分解产物生成量的影响程度为AlCuFe;固体产物中的3种金属元素与钨元素的摩尔比的大小关系为r(Al/W)r(Cu/W)r(Fe/W),表明火花放电作用下,相比于Cu和Fe,Al与SF_6反应程度最大。     

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。     

基于SAW-RFID的SF_6分解特性研究

为提高分解特征组分在故障诊断中的准确性,需对影响分解特征组分的SF_6气体湿度进行在线监测。现有湿度在线监测技术存在耗气量大、实现困难且复杂成本高等不足,提出了一种基于声表面波射频识别(SAW-RFID)的SF_6气体湿度在线监测方法。首先对该SAW-RFID湿度传感器芯片进行了中心频率测试和性能测试,再利用该湿度传感器监测用针-板放电模型模拟金属突出物绝缘缺陷所产生的局部放电(PD)下SF_6气体的湿度,在不同湿度下定量测定了SO_2F_2和SOF_2的累积体积分数。实验结果表明,SAW-RFID湿度传感器的性能满足要求,精度高、误差小;SO_2F_2与SOF_2的累积体积分数随湿度增加变大,与放电时间呈正相关;相对产气速率在前期与湿度负相关,在后期与湿度无关且趋同。     

气压对SF6正极性直流局部放电分解特性的影响及作用机制

为了研究不同GIS内部气压对SF_6正极性直流PD分解组分的影响,本文对SF_6正极性直流局部放电分解组分的影响机制进行了分析,搭建了正极性直流PD实验平台,研究不同气压下SF_6正极性直流PD分解组分的含量及生成速率。结果表明:在不同的气压条件下,4种特征分解组分(CF_4、SO_2F_2、SOF_2和SO_2)的生成量和生成速率存在明显的差异,其中SO_2F_2和SOF_2的含量最大,SO_2含量较少,CF_4含量最少。在保持气室体积和外部温度不变的情况下,SF_6初级分解产物SF_5、SF_4、SF_2等的生成量与气压大小成反比,使得在5组实验气压下,气压值越大,4种特征分解组分的生成量越少。     

SF_6分解特性及分解产物检测方法研究进展

SF6气体绝缘设备在电网中得到广泛应用,SF6气体分解产物检测技术已成为设备状态检测的有效手段。结合国内外研究成果,回顾了SF6气体分解机理研究的发展过程及研究现状,分析了缺陷类型、放电能量、电极材料、水分含量、氧气含量和吸附剂等影响SF6气体分解的因素,并介绍了检测管法、核磁共振法、红外吸收光谱法、化学传感器法、气相色谱法及气–质联用法、光声光谱法等多种检测SF6分解产物组分的方法。最后,对SF6分解产物组分分析的研究前景进行了展望。     

金属材料对SF_6正极性直流局放分解的影响特性

为了理清金属材料对SF_6直流局部放电分解的影响特性及其作用机制,文中采用铝、铜和18/8不锈钢3种金属材质的针—板电极进行SF_6正极性直流PD分解实验,并结合气相色谱质谱(GC/MS)定量检测方法获取了金属材料对CF_4、CO_2、SOF_2、SO_2F_2、SO_2 5种主要特征分解组分的影响特性。结果表明:金属材料对CO_2的生成没有显著影响,但对其他4种特征组分的生成有较大影响。金属材料抗卤化能力差异和钝化膜存在与否,可能是导致SF_6在不同金属电极正极性直流PD分解特性差异的主要原因。因此,在利用SF_6特征分解组分对直流气体绝缘设备进行状态监测和故障诊断时,需综合考虑故障点金属材料不同带来的影响。     

温度、气压对C4F7N/CO2混合气体局部过热分解特性的影响机制

C4F7N气体被认为是最具潜力替代SF6气体的环保型气体绝缘介质.目前,国内外对C4F7N-CO2混合气体热稳定性及分解特性的相关研究较少.文中试验研究了C4F7N-CO2混合气体在不同温度、气压条件下的热分解特性.研究发现,0.15 MPa下5％C4F7N-95％CO2混合气体的热分解起始温度为350℃,首先生成C3...