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。     

GIS设备中SF6气体分解影响因素分析

通过研究影响SF6气体分解的因素，掌握SF6气体分解机理，对于设备维护和安全运行具有重要指导意义。结合国内外的文献资料，分析了不同放电故障下影响因素（放电能量、水分、氧气、SF6气压、电极与绝缘材料和吸附剂）与SF6气体分解产物生成量的关系，初步总结了相关因素与气体分解产物的定性定量关系，为掌握SF6气体分解机理奠定基础。     

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。     

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。     

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。     

气体分解产物和局部放电测试技术在SF_6电气设备状态诊断中的应用

主要介绍了SF6气体分解产物、局部放电测试这2种检测技术在SF6电气设备状态诊断中的几起成功应用的案例。这些案例各有特点:SF6气体分解产物异常但不存在局部放电信号;SF6气体分解产物正常但存在局部放电信号;SF6气体分解产物异常且存在局部放电信号;SF6气体分解产物异常但无法采用局部放电测试技术进行检测。通过解体,均验证了设备存在缺陷。因此,SF6气体分解产物、局部放电测试技术在SF6电气设备潜伏性故障诊断方面具有广阔的应用前景。     

GIS设备气体分解物及其影响因素研究

文章利用专门设计的110 kV气体绝缘封闭组合电器(gas insulated switchgear,GIS)故障仿真装置,研究了GIS设备在局部放电作用下,气体分解物的产生规律,以及局部放电强度、放电形式、SF6湿度及吸附剂等对气体分解物含量的影响,初步探讨了气体分解物在GIS设备诊断中的应用价值和应注意的问题。     

电弧作用下SF_6气体分解产物的试验研究

SF6开关设备发生故障或存在缺陷时,设备内部会产生SF6分解产物,通过检测这些分解产物为设备故障定位和缺陷诊断提供了有效手段。试验研究了SF6开关设备在不同开断电流、不同燃弧时间以及有无吸附剂情况下SF6气体分解产物的变化情况,分析了设备在电弧放电故障时SF6气体分解产物体积分数变化趋势及影响因素,为设备的故障诊断提供了有效手段。     

交流电晕放电下SF_6气体分解物的光谱检测

随着GIS等SF6气体绝缘设备的大规模使用,探索SF6气体的分解机理对延长设备寿命并确保其安全运行有重要的理论指导和现实意义。探讨GIS中典型放电性故障特征及相应的SF6气体分解产物和分解机理,给出了不同放电类型故障相关试验结果,并对最常见的电晕放电故障给出了放电量与分解产物的关系。在此基础上,设计了满足试验要求的气体放电装置,放电量检测单元和SF6气体分解产物检测系统,研究了交流电晕放电下主要气体分解产物及其增长规律,探讨了主要气体分解产物的生成机理。通过与已有文献比较,验证了试验结果的准确性。     

GIS局部放电模拟实验装置研制

GIS设备中局部放电能引起SF6绝缘气体的分解,SF6分解产物与局部放电之间的内在相互关系是目前国内外研究的难点。为此,本文设计了一套用于SF6气体分解产物研究的GIS局部放电模拟实验装置,重点介绍了装置的结构和主要部件的计算参数,并利用该装置开展了一系列初步试验研究。该装置的研制,为深入开展局部放电与SF6分解产物之间相互关系的研究、判断放电状态、检测放电量等,提供了综合试验平台和基础研究手段。     

GIS中SF_6气体分解机理分析及使用维护方法建议

随着GIS等SF6气体绝缘设备的大规模使用,探索SF6气体的分解机理对延长设备寿命并确保其安全运行有重要的理论指导和现实意义。笔者探讨了GIS中典型放电性故障特征及相应的SF6气体分解产物和分解机理,给出了不同放电类型故障相关试验结果,并对最常见的电晕放电故障给出了放电量与分解产物的关系。在此基础上,归纳了不同放电故障下主要气体分解产物的反应方程。可见,对于GIS等充气类设备,通过检测SF6分解气体可辨识设备早期故障,若结合有效合理的气体管理措施可大幅降低GIS类设备的故障率,从而显著提高设备运行安全性。     

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。     

GIS设备中通过SF6气体分解产物检测判定放电类型的研究

对GIS设备中4种典型放电故障进行了模拟试验,利用色谱-质谱联用技术(GC-MS)检测了4种典型故障下GIS设备内SF6分解产物的种类及含量,并对不同放电类型下分解产物的生成速率及种类进行了对比,研究了利用SF6分解产物判断放电类型的方法,并制定了判定流程。结果表明:利用该方法可预判GIS设备内潜伏性故障,并对故障放电类型进行定性分类。     

SF6在微水微氧下放电分解机理的研究

从微观方面和能量角度,对在微水微氧作用下SF6放电分解的研究较少。故文中基于密度泛函理论,对在常温常压下含有微水微氧的SF6放电分解过程进行仿真研究。首先,对SF6分子及其主要放电分解产物进行模型构建,对SF6分子放电分解为低氟硫化物的反应进行仿真计算,得出反应前后的能量变化;其次,分析低氟硫化物与微水微氧的反应;最后,计算SF6放电分解主要产物的电离参数,比较产物的相关电离参数与SF6气体的差异。研究表明,在常温常压下SF6分解的低氟硫化物SF3·、SF4、SF5·与微水微氧反应,为SF6放电分解的主要途径;SF6放电分解产物的电离能量均大于11 eV,高于低温等离子体中多数电子的能量,具有较好的耐电强度,但大部分分子耐电强度和结构稳定性弱于SF6,由此GIS/GIL等气体绝缘设备中的SF6分解后整体绝缘性能弱于分解之前。     

特高压输变电系统中GIS气体放电特性

为掌握特高压输变电系统中GIS气体的放电特性,初步分析了SF6及SF6/N2混合气体在特高压GIS系统中的放电特性,特别是放电特性的非线性程度,以及放电特性和电场强度之间的关系。分析结果表明,间隙放电电压>1800kV时,雷电冲击过电压和操作过电压会出现非线性,特别是操作过电压,当电压>2000kV时非线性更加明显,GIS电气强度不再随气体压力增加而线性增加,电气强度增加趋于饱和。SF6/N2混合气体中SF6含量较低时,混合气体的液化温度降低,使GIS在较高气体压力下适用于高寒地区。SF6/N2混合气体还能降低纯SF6气体放电电压对电场不均匀、金属颗粒及电极表面粗糙度等的敏感性,具有良好的应用前景。     

SF6局部放电分解组分长光程红外检测

GIS内SF6局部放电分解组分情况与其绝缘状态有着密切联系,监测分解气体组分可诊断出GIS内部的绝缘缺陷。由于SF6分解产物浓度很低,为提高检测限,基于怀特池原理,利用三个凹面反射镜组成共轭系统来实现光路的多次反射,在有效地增加了光程长的同时尽量减少了光能损耗,设计了与傅里叶变换红外光谱仪匹配的20m光程长气体池。分别用长短光程气体池进行SF6局部放电分解组分的红外检测,对比分析发现,20m长光程气体池检测组分种类多,精度和信噪比高,设计的长光程气体池可以实现GIS内部SF6局部放电分解组分的定量研究。     

应用SF6气体分解产物的高压开关设备故障诊断

全封闭式组合电器（gas insulated switchgear,GIS）、SF6断路器等高压开关设备广泛应用于110kV及以上电压等级的电网中,设备故障诊断及状态判断是亟待解决的关键问题。分析SF6开关设备发生放电、过热等故障产生的气体分解产物,提出不同故障类型的分解产物特征气体,比较设备故障诊断现有判据,提出开关...     

火花放电下SF6特征分解产物演化特性研究

高压SF6开关设备运行中的放电故障(火花放电、电弧、局部放电等)诱导SF6分解为低氟硫化物,放电温度降低带来的SF6复合过程仍可保证设备具有良好的绝缘和灭弧能力。然而,当低氟硫化物与设备内无法避免的水蒸气和氧气杂质发生反应时,产生的腐蚀性产物会对设备的正常运行带来威胁,从而为利用SF6特征分解产物进行故障诊断提供依据。因此,文中利用气相色谱仪诊断技术对火花放电下SF6特征分解产物SOF2,SO2F2和SO2的演化特性进行研究,结果表明产物的摩尔分数随水蒸气和氧气体积分数的增加而升高,火花放电能量的提升也对分解产物的生成具有促进作用。文中工作可以为高压开关设备故障诊断和运行状态在线监测奠定理论基础。