SF6气体纯度、湿度和分解产物检测技术及应用

SF6气体纯度、湿度和分解产物检测技术及应用目录背景资料1SF6气体检测分析原理2SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测3SF6气体检测结果分析判断4案例分析5Contents目录背景介绍以SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质的电气设备称为SF6电气设备，其包括断路器、隔离刀闸、接地刀闸、互感器、电容器、变压器、避雷器、套管和母线等，广泛应用于电网中，据不完全统计，全国SF6电气设备达数十万台（GIS、H-GIS），已成为目前电力系统的主要设备。SF6设备内部出现某种缺陷，极易引起设备故障故障的检测及修复工作比较繁琐SF6电气设备的故障中，绝缘故障最多，占事故总数的60%可通过研究SF6气体在发热及放电作用下的分解现象，确定故障发生的原因及严重程度1一般性质在常温常压（20℃和100kPa）下，SF6气体为气态，密度为6.07kg/m3（约为空气密度的5倍）。SF6气体无色、无味、无毒、不燃烧，常以液态形式用储罐运输。2电气特性3相容性SF6气体检测分析原理——SF6气体特性常温下一般不会发生化学反应。在运行电气设备的最高允许温度150℃环境中，SF6气体稳定。SF6气体本身的分解温度为500℃；温度达到200℃及以上，开始与铝和铜慢慢发生反应；当温度超过150℃时，可能与有机材料发生微弱的化学反应。SF6气体无毒，却有窒息性，需抽尽设备的SF6气体后才能进入。因SF6气体比空气重，所以易在较低的地方沉积，例如电缆沟可能沉积的SF6气体浓度较高，有必要在进入这些地方时采取措施以防止窒息。使用状态杂质产生的原因可能产生的杂质SF6新气生产过程中产生空气（Air），矿物油（Oil），H2O，CF4可水解氟化物，HF，氟烷烃检修和运行维护泄漏和吸附能力差Air，Oil，H2O开关设备电弧放电H2O，CF4，HF，SO2，SOF2，SOF4，SO2F2，SF4，AlF3，CuF2，WO3机械磨损金属粉尘，微粒内部电弧放电（故障）材料的熔化和分解Air，H2O，CF4，HF，SO2，SOF2，SOF4，SO2F2，SF4金属粉尘，微粒，AlF3，CuF2，WO3，FeF3设备绝缘缺陷局部放电HF，SO2，SOF2，SOF4，SO2F2SF6气体检测分析原理——SF6气体杂质的种类及来源非电弧气室中一般没有分解产物，即使在有电弧的断路器室，因其分合速度快，良好的灭弧功能，及其高复合性（复合率达99.9%以上），所以正常运行的设备中没有明显的分解产物。正常状态故障区域的高电弧放电及高温产生大量的SF6气体分解产物。故障状态SF6气体检测分析原理——故障下的SF6气体分解产物主要分解产物仍是SOF2和SO2F2，SO2F2/SOF2比值较前两种放电下的比值更高。电晕放电03主要分解产物是SOF2和SO2F2，与电弧放电相比，SO2F2/SOF2比值有所增加，能够检测到S2F10或S2OF10组分。火花放电02产生的SF6气体分解产物主要有SOF2、SO2、H2S及HF等。SOF2和SO2为主要分解产物。电弧放电01SF6气体检测分析原理——不同放电下的分解产物金属对金属的电位放电，主要表现为因动触头与拉杆间的接触不良和CT电容屏顶部固定螺丝松动而引起金属间悬浮电位放电。此类放电性故障一般能量不大，通常只会使SF6气体分解；分解物主要SO2、HF及金属氟化物等，同时可能会有少量的H2S产生。悬浮电位放电因导电杆连接接触不良，导致故障点温度过高。当超过500℃后，SF6开始分解；达到600℃时，铝合金导电杆开始熔化，支撑固体绝缘材料分解。此类故障主要分解物有SO2、HF、SO2F2和H2S等。导电杆接触不良此类故障一般能量较大，主要表现为绝缘缺陷导致对地放电及气体中导电颗粒杂质引起对地放电。故障区域内的SF6气体和固体绝缘材料分解，产生大量的SO2、HF、SOF2、金属氟化物和H2S等。导电金属对地放电SF6气体检测分析原理——典型放电下的分解产物SF6气体密度、湿度检测的必要性：SF6电器设备在运行时，不可避免地会发生电器设备内SF6气体向外泄漏;同时电器设备外部潮气也会渗透进高压电器设备内部，而导致电器设备内SF6气体密度下降及设备内SF6气体中微水含量超过规定标准，使高压电器设备存在危及安全隐患。SF6气体密度下降，会使设备内部绝缘性能及灭弧性能降低SF6气体的水分含量增加，则会导致凝露产生，在电弧作用下，微量H2O与SF6、金属发生水解反应，产生剧毒和腐蚀气体，损坏绝缘，危及安全运行设备内部SF6气体及剧毒腐蚀气体一起向外泄漏，危害人体健康，还增加了环境中的温室效应气体SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体纯度检测技术气相色谱法高压击穿法以惰性气体（载气）为流动相，以固体吸附剂或涂渍有固定液的固体载体为固定相的柱色谱分离技术，配合热导检测器，检测出被测气体中的空气和CF4含量，从而得到SF6气体的纯度。对被检测气体进行放电试验，通过检测气体的放电量检测出SF6气体的含量。基于对气体中不同声速的评估，通过测量样气中声速的变化，确定SF6气体体积分数。利用SF6气体在特定波段的红外光吸收特性，对SF6气体进行定量检测，可检测出SF6气体的含量。利用SF6气体通过电化学传感器后，根据传感器电信号值的变化，进行SF6气体含量的定性和定量测试。利用电子捕捉检测器池体中，放射线放射源作阴极，不锈钢作阳极，在两极间加直流或脉冲电压形成电场，有气体通过时，捕获检测器中的电流，并释放能量，使检测器的基流降低，产生负信号，从而进行SF6气体定性和定量。SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体纯度检测技术热导检测法：纯净气体混入杂质气体后，或混合气体中的某个组分的气体含量发生变化，必然会引起混合气体的导热系数发生变化，通过检测气体的导热系数的变化，便可准确计算出两种气体的混合比例，由此实现对SF6气体浓度的检测检测范围大，最高检测浓度可达100%热导传感器系统集成度高，工作稳定性好，使用寿命长具有“广谱”性，可检测几乎所有的气体使用单纯的热导传感器，检测装置结构简单，价格便宜，使用维护方便SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体纯度检测技术SF6新气≥99.8%充入设备后SF6气体≥97.0%运行中SF6气体（灭弧气室）≥97.0%SF6气体纯度要求SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体纯度检测技术运行中SF6气体（非灭弧气室）≥95.0%让SF6气体穿过已知重量的水分吸收管路（无水高氯酸镁），管路重量的增加值为SF6含水量.特点：测量精确，但实施难度较大，难以实现仪器化。质量法气体通过仪器时气体中的水被电解，产生稳定的电解电流，通过测量电流大小来测定气体的湿度.特点：精度高，适合低水分测量，干燥时间长，流量要求准确电解法当被测气体通过电子湿度仪的传感器时，气体湿度的变化引起传感器电阻、电容量的改变。特点：利用标准湿度发生器得到人工标定曲线，曲线会随时间漂移，需经常校准阻容法直接测得露点温度，据此换算出微水值。特点：耗气量小，精度高，稳定性好。露点法SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体湿度检测技术直接测得露点温度，据此换算出微水值。冷凝式露点仪测量气体在冷却镜面产生结霜（露）时的温度称为露点，对应的饱和水蒸气压得到湿度的质量比。镜面法用冷堆制冷，用激光监测相平衡状态，用温度传感器直接测量镜面温度，即为露点。此方法根据露点的定义测量，精度高，稳定性好。其特点为：①耗气量小，所需流量25L/h，而其他仪器在40L/h以上；②高精度，≤±0.2℃；③长期稳定性好，使用期3-5年，偏差0.6℃，无需校准。露点法SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体湿度检测技术1.检测结果用体积比表示，单位为μL/L；测量结果应折算到20℃时的数值。2.测量时缓慢开启气路阀门，调节气体压力和流量。测量过程中保持气体流量的稳定。检测注意事项SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体湿度检测技术气室灭弧气室（μL/L）非灭弧气室（μL/L）交接试验值≤150≤250运行值≤300≤500电气设备的湿度控制指标（20℃）SF6气体分解产物检测的目的：对SF6断路器、GIS设备等SF6气体绝缘电气设备开展SF6气体分解产物带电检测工作，排查气体绝缘设备运行安全隐患。对检测中发现分解产物异常的SF6气体绝缘设备，组织专家分析，必要时展开停电试验或解体检查。对难以确定的疑似隐患，应制订运行监视和跟踪检查措施，防止隐患失控酿成重大事故。SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体分解产物检测技术气相色谱法以惰性气体（载气）为流动相，以固体吸附剂或涂渍有固定液的固体载体为固体相的柱色谱分离技术，可对气体样品中的硫化物灵敏响应，检测精度高，主要用于实验室分析，便携式色谱可用于现场检测。SF6气体分解产物常用检测技术SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体分解产物检测技术主要特点可与其他方法配合使用，色谱-质谱联用可有效分离具有相同保留时间的化合物，色谱-红外联用可解决同分异构体的定性。电化学传感器法被测气体在高温催化剂作用下发生化学反应，改变传感器输出电信号，确定被测气体成分及其含量。SF6气体分解产物常用检测技术SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体分解产物检测技术主要特点该方法具有有检测速度快、操作简单、易实现等优势，但存在交叉干扰、零漂及温漂、寿命短等问题，实际应用须定期校准检测仪器。检测管法以化学显色反应(如酸碱反应、氧化还原反应、络合反应等)为基础的化学方法，用于检测SF6气体分解产物中SO2、HF、H2S、CO2等杂质的含量。SF6气体分解产物常用检测技术SF6气体纯度、湿度和分解产物带电检测——SF6气体分解产物检测技术主要特点量程范围大、操作简单、分析快速、携带方便、不需维护，在现场检测中应用较广，但检测精度较低，存在交叉干扰，推荐用于气体粗测，初步确定含量范围。SF6气体分解产物参考标准IEC60480-2004规定：重复使用的SF6气体中杂质最大允许含量为50μL/L，其中SO2+SOF2≤12μL/L，HF≤5μL/L新加坡电力公司指出：若SO2的含量超出8μL/L，则设备须检修电力设备带电检测技术规范(试行)提出的指标：设备正常—SO2≤2且H2S≤2;设备缺陷—SO2≥5或H2S≥5。SF6气体检测结果分析判断——分解产物特性描述SF6气体检测结果分析判断——分解产物特性描述分解产物特性描述SO2属于SF6电气设备故障的主要特征成分，正常运行含量极少，发生故障时成十倍以上增长HF、H2SSF6气体在电弧下会分解氟硫离子，若水分含量高会形成HF和H2SCO、CO2当设备内电弧（或过热）灼烧固体绝缘部件时，会产生CO和CO2CF4SF6制造过程中会产生微量CF4，固体绝缘材料在电弧灼伤下会产生大量的CF4杂质离子总量判断气体受到污染的程度H20影响SF6气体形成水解氟化物的重要因素，在设备中气体湿度会影响整体设备的绝缘情况AlF3、CUF2等氟化物设备内触头在电弧下与SF6分解离子形成的产物，若发生对地放电，会形成大量的氟化物产物AIR要作为硫离子形成硫酰产物的重要因素SF6气体分解产物特性描述SF6气体分解产物监督气室类型参考指标（μL/L）检测周期处理方法灭弧气室（断路器、隔离开关及接地开关）SO2＜1例行正常1~5诊断缩短检查周期5~10诊断跟踪检测，综合诊断＞10诊断综合诊断H2S＜1例行正常1~2诊断缩短检查周期2~5诊断跟踪检测，综合诊断＞5诊断综合诊断SF6气体检测结果分析判断——分解产物监督SF6气体分解产物监督气室类型参考指标（μL/L）检测周期处理方法非灭弧气室SO2＜1例行正常1~2诊断缩短检查周期2~5诊断跟踪检测，综合诊断＞5诊断综合诊断H2S＜1例行正常1~3诊断跟踪检测，综合诊断＞5诊断综合诊断SF6气体检测结果分析判断——分解产物监督THANKS谢谢聆听