六氟化硫电气设备放电故障检测和判断方法_0

第1页共17页SF6电气设备放电故障检测和判断方法庄贤盛，广东电网公司电力科学研究院，广州市梅花路73号，510600李翔，汕头市潮阳区电力工业局城东供电所，汕头市潮阳区中山中路131号，515100姚唯建，广东电网公司电力科学研究院，广州市梅花路73号，510600黄成吉，广东电网公司电力科学研究院，广州市梅花路73号，510600王宇，广东电网公司电力科学研究院，广州市梅花路73号，510600刘嘉文，广东电网公司电力科学研究院，广州市梅花路73号，510600ThedetectionandjudgementofSF6ElectricalEquipmentDischargeFailureZhuangXiansheng，ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCorporation，No.73MeiHuaRoad,GuangZhou.China，510600LiXiang，ThecityeastpowersupplyofShantouChaoYangElectricpowerindustrybureau，No.131ZhongshanMiddleRoad,ChaoYangDistrict,ShanTou,China,515100YaoWeijian，ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCorporation，No.73MeiHuaRoad,GuangZhou.China，510600摘要：本文分析了SF6电气设备放电故障类型：硬故障（放电通道主要涉及固体绝缘.高能放电后电气绝缘不能恢复）和软故障（放电通道主要涉及SF6气体绝缘或固体绝缘＋SF6气体绝缘.高能放电后电气绝缘可恢复）；确定SF6电气设备放电故障特征气体二氧化硫（SO2）和硫化氢（H2S）现场快速检测方法，阐述了SF6电气设备放电故障判断依据，判断放电类型、放电部位和放电电流,并应用于SF6电气设备放电故障判断.关键词：SF6；电气设备放电故障；特征组分；检测方法；放电故障判断ABSTRACT:ThisarticleanalyzestwotypesofSF6ElectricalEquipmentdischargefailure:HardFailure(thedischargechannelmainlyconsistsbySF6gasinsulatoronly.ElectricInsulationbeyondretrieveafterhighenergydischarge)andSoftFailure(thedischargechannelmainlyconsistsbySF6gasinsulatoronlyorwithsolidinsulator,ElectricInsulationcanberetrievedafterhighenergydischarge);DetermineafieldfastmethodtodetectthemaincharacteristicgasSO2andH2ScausedbySF6ElectricalEquipmentDischargeFailure;ExpatiatedonthestandardofSF6ElectricalEquipmentDischargeFailureanditsapplication,accordingtowhichtypes、positionsandcurrentofdischargecouldbedetermined.KEYWORD:SF6；electricalequipmentdischargefailure；detectionmethod；dectectionandJudgmentofdischargefailure随着SF6电气设备在电力行业的广范应用，SF6电气设备在运行中出现各种类型的故障，严重威胁电网的安全、稳定、可靠运行。及早发现SF6电气设备在运行中是否存在潜伏性故障，分析SF6电气设备放电故障的类型及严重程度，判断SF6电气设备是否可以继续监视运行或必须停电检修处理，确保SF6电气设备的安全可靠运行具有重要意义。1.SF6电气设备放电故障类型电气设备放电类型按放电能量、电弧类型、放电通道等可以有多种分类。本文根据SF6第2页共17页电气设备特点，按高能放电通道进行分类。SF6电气设备放电故障类型，按高能放电后电气绝缘是否恢复、放电通道是否消失可以分为二类：第一类为硬故障（高能放电后电气绝缘不能恢复），放电通道没有消除而且更加严重，表现为绝缘电阻不符合要求或重合闸不成功，放电通道主要涉及固体绝缘；第二类为软故障（高能放电后电气绝缘可以恢复），放电通道消除，表现为绝缘电阻符合要求或重合闸成功，放电通道主要涉及SF6气体绝缘或固体绝缘＋SF6气体绝缘，此类放电通道必含有SF6气体主绝缘，在高能放电后，由于SF6气体绝缘恢复，SF6气体的放电通道消失，所以，整个放电通道受SF6气体绝缘阻断而消失。很多SF6电气设备放电故障，一般都经过多次的高能放电仍然在运行，直到形成硬故障而烧毁。通过检测SF6电气设备放电故障分解产物，可以有充足的时间，及早发现判断SF6电气设备放电故障，采取必要的措施，对SF6电气设备进行追踪监视运行或停运检修，确保设备运行安全。此类故障的SF6电气设备占放电故障设备比例也较高。1.1SF6电气设备放电故障－硬故障1.1.1初始放电点在固体绝缘表面固体绝缘包括盘式绝缘子，支撑绝缘子，绝缘薄膜（纸），玻璃钢等。固体绝缘由于制造工艺原因表面或内部有缺陷，或者由于安装工艺造成表面损伤或表面污迹处理不干净，在固体绝缘表面产生低能点放电或爬电等，进一步破坏固体绝缘表面绝缘性能，加上放电产生的分解产物－粉尘在放电点（放电通道）积累，使电气绝缘性能进一步降低，放电电流逐步增大，最后形成高能放电通道，使设备跳闸或烧毁，高能放电后固体绝缘表面电气绝缘不能恢复，放电通道没有消除（见图1，图2）。这种故障发展速度难以判断，有可能是急性的，故障破坏性强，严重威胁设备安全运行；但多数情况下是慢性的，高能放电通道形成有一个过程，也需要一定时间，放电电流逐步增大；所以，通过检测SF6电气设备放电故障分解产物，可以有充足的时间，及早发现判断SF6电气设备这种类型的放电故障。这种类型的放电故障，在检测SF6电气设备放电故障特征组分二氧化硫（SO2）,硫化氢（H2S）时，要特别关注二氧化硫（SO2）,硫化氢（H2S）浓度增长率，及时作出判断。图1220kV奋进变电站110kVGIS1012开关CT侧绝缘盘表面击穿放电通道第3页共17页图2，220kV紫洞变电站福紫乙线CTA相二次线圈支撑绝缘子表面击穿放电通道1.1.2初始放电点不在固体绝缘表面SF6电气设备内部发生放电故障，产生的分解产物粉尘附着在固体绝缘表面，破坏固体绝缘表面绝缘性能，发生电弧闪络，最后形成放电通道。500kV贺州变电站贺罗Ⅱ线CTC相起始放电点在电容屏（具体见下文分析）。二次线圈支撑法兰（高电位）对电容屏支撑杆（地电位）放电产生大量粉尘，见图3.聚集在2次线圈支撑绝缘子表面并形成放电通道，造成2次线圈绝缘击穿，见图4图3500kV贺州变电站贺罗Ⅱ线CTC相电容屏支撑杆对二次线圈支撑法兰放电部位第4页共17页图4500kV贺州变电站贺罗Ⅱ线CTC相支撑绝缘子放电通道SF6电气设备内部发生放电故障，SF6气体分解产生的粉尘特征为：颜色较浅，较重，颗粒较小，易大范围扩散并较均匀附着在物体表面，附着力强，即使长时间放置及长距离运输也不易集中在一起，对固体绝缘表面电气绝缘性能影响较大。见图5图5大电流放电六氟化硫气体分解产生的粉尘此类设备放电通道形成更加需要较长时间，必须有其他放电部位的大电流放电，产生大量轻、细的粉尘，附着在将要形成放电通道的部位，再逐步形成放电通道，如上述500kV贺州变电站贺罗Ⅱ线CTC相支撑绝缘子放电通道的形成。所以，只要定期检测SF6电气设备放电故障分解产物气体组分，就能及早发现此类SF6电气设备的放电故障。1.2SF6电气设备放电故障－软故障放电通道中包含SF6气体绝缘通道，放电后SF6气体绝缘恢复，放电通道消失。此类放电故障基本都是由于固体绝缘的小电流放电，产生的分解产物聚集在放电部位附近，破坏六氟化硫气体绝缘，在此位置的六氟化硫气体形成放电通道包括小电流和大电流放电通道。SF6气体放电通道在大电流放电以后，基本都能恢复绝缘，放电通道消失。第5页共17页目前，SF6电气设备包括断路器、电流互感器、电压互感器等多数采用聚酯薄膜（点胶纸）作为绝缘材料，当设备有放电时，局部产生高温，使聚酯薄膜分解，产生还原性气体，这些气体局部达到一定浓度时，导致SF6气体绝缘性能下降，形成小电流放电通道；如果积累的分解产物浓度越大，当达到击穿电压时，形成大电流放电通道，设备就通过SF6气体放电。通过试验发现，聚酯薄膜在150℃开始有分解物产生，随着温度升高，分解产物浓度逐步增大，但增加速度较慢，当温度达到250℃以上时，分解产物浓度增长较快，300℃时，薄膜纸已经基本完全分解或熔化，在漆包线间只看到点胶（环氧树脂）。聚酯薄膜在不同温度物理性能变化见图6～图12。聚酯薄膜在不同温度分解产物见表1。图6加温220℃，恒温2小时图7加温240℃，恒温2小时第6页共17页图8加温260℃，恒温2小时图9加温280℃，恒温2小时图10加温280℃，恒温2小时第7页共17页图11加温300℃恒温2小时图12加温300℃恒温2小时表1聚酯薄膜在不同温度的分解产物浓度（10-6V/V）。温度℃氢气一氧化碳二氧化碳甲烷乙烯乙烷乙炔160未检出0.391714.141.932.24未检出200未检出14.897506.122.942.96未检出3003991273829718242813.4711.50从表1可以看出，在缺氧条件下，聚酯薄膜分解产生的分解产物主要有氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳和二氧化碳。这些气体在局部积累，降低SF6气体绝缘性能，形成放电通道，包括小电流和大电流放电通道。500kV砚都变电站砚西甲线5023于2007年2月1日和2007年6月18日两次跳闸后重合闸成功，还在运行状态。2007年6月25日停电进行常规预防性试验，检测500kV砚都变电站砚西甲线5023CT二氧化硫（SO2）,硫化氢（H2S）浓度，发现A相二氧化硫（SO2）,硫化氢（H2S）浓度都超过检测仪器检测上限，判断有高能放电故障，立即建议该设备退出第8页共17页运行。同时进行其他组分检测，测试结果见表2.表25023CTA相六氟化硫气体组分测试结果及与B、C相对照项目编号湿度空气四氟化碳二氧化硫硫化氢六氟化硫二氧化碳二氟化硫酰十氟化二硫酰CF4SO2H2SSF6CO2SO2F2S2OF1010-6V/V%m/m%m/m10-6V/V10-6V/V%m/m%m/m%m/m%m/m砚西甲线5023A互感器1590.00900.069714614699.7440.16300.00750.0068砚西甲线5023B互感器790.01670.0000.140.0099.9700.0132未检出未检出砚西甲线5023C互感器930.01110.0000.140.0099.9740.0152未检出未检出从CT解体图片和CT内部结构和电场分布来看，放电故障可能经历如下过程，逐步发展，最后形成大电流放电通道，使保护动作跳闸。见图13.高频或过电压分解产物(微量)分解产物积累均压带接触不均匀电晕放电放电电流增大不均匀电场电容屏间短路破坏SF6绝缘性能放电分解产物扩散对支撑杆(上部)大电流放电故障(保护跳闸)重复以上放电SF6恢复绝缘性能分解产物积累分解产物积累过程对支撑杆(上部)大电流放电故障(保护跳闸)，停运破坏SF6绝缘性能图13放电故障形成过程简图首先，由于6条均压带中某一条与电容屏第一屏存在接触电阻或者说6条均压带接触电阻不同，在高电压区域存在