浅析应用SF6气体分解物判断设备故障

应用SF6气体分解产物的高压开关设备故障诊断摘要：在电力系统蓬勃发展的推动下，SF6高压开关设备在电网中的应用越来越广泛，稳定运行的设备是保证电网安全的基础。

积极预防开关设备故障对电网安全运行期决定作用。

有效方法是预防故障诊断可靠的措施。

通过研究检测设备内SF6气体的分产物来判断设备的损伤或潜在的安全隐患的方法，使设备故障诊断具有规范化，并且能够有效指导设备的运转。

关键词：SF6气体分解产物；高压开关设备；故障诊断一、SF6开关设备故障诊断原理在运转中SF6开关设备容易引起内部漏电、异常发热等事故，导致设备中的SF6分解产生大量的气体分解产物，造成设备绝缘功能降低，这样，会给电网的安全运转带来隐患问题，因此高压开关设备故障主要表现为漏电与放热的故障。

漏电故障主要指SF6开关设备内部出现的局部漏电现象，体现为悬浮电位漏电、零件间漏电、绝缘物表面漏电等设备没有被发现的，这种漏电主要原因对高压设备缺少必要防护与维修措施，如设备受潮、组件松动、制造工艺差及运输过程没有进行维修而导致的；SF6开关设备中因结构中绝缘损坏造成导电金属出现漏洞现象及气体中的导电颗粒杂质引起漏电发生时，释放热量较多，出现电晕、火花或电弧放电现象，金属触头和固体绝缘材料分解产生大量的SO2、SOF2、金属氟化物等。

SF6气体的恒定的分解产物主要是SOF2，在火花放电中，SOF2也是主要分解产物，但SO2F2/SOF2比值表现增加，还可检测出S2F10和S2OF10，分解产物含量的顺序SOF2>SOF4>SiF4>SO2F2>SO2；在电晕放电中，主要分解产物是SOF2，但SO2F2/SOF2比火花放电中的比值高。

不同绝缘损伤导致的漏电方式会产生不同的分解气体产物，相应的分解气体产物的成分、含量以及释放的速度都会有很大的差异。

二、SF6气体分解产物判据2.1特征气体在电弧、火花和电晕放电作用下，设备的SF6气体分解产物主要有SO2、H2S、HF和SOF2，发生局部放电故障时，会产生微量的SO2、H2S和HF，设备发生过热故障生成SO2、HF、H2S和SO2F2等分解产物。

应用分解产物含量诊断SF6电气设备内部故障由于在设计、材质、工艺和维护等方面存在些不足，使SF6电气设备内部可能存在隐患，而目前的试验方法还难以检出，使隐患带入电网，设备投运后在热和电的作用下缺陷不断发展，引起故障区域的SF6气体和固体绝缘材料分解，固体绝缘材料的绝缘性能不断下降，直至发出事故，严重地影响了电力生产的安全经济运行。

因此提出通过分解产物含量诊断SF6电气设备内部故障。

检测SF6气体中SO2、SOF2、H2S和CO，实现准确、快速方便地检出设备内部故障。

SF6电气设备内部绝缘材料，包括SF6气体和固体绝缘材料两类。

SF6气体是所有SF6电气设备共有的；而固体绝缘材料则不同设备有所差异，主要有热固形环氧树脂、聚酯尼龙、聚酯乙烯、聚四氟乙烯、绝缘纸和绝缘漆等。

在断路器中的固体绝缘材料有环氧树脂、聚酯尼龙和聚四氟乙烯；隔离刀闸、接地刀闸有环氧树脂、聚酯尼龙；其它设备除有除环氧树脂、聚四氟乙烯外,还有聚酯乙烯、绝缘纸和绝缘漆。

SO2是SF6分解的特征组分，H2S是热固型环树脂分解的特征组分，CO是聚酯乙烯、绝缘纸和绝缘漆分解的特征组分；检测这些特征组分便能准确、快速、方便地检出设备内部故障。

从上述得知，SF6气体、热固型环氧树脂、尼龙和聚四氟乙烯有很好的热稳定性，只有当温度超过500℃后才会开始分解，而匝层间用的聚脂乙烯、纸和漆,其热解温度在130℃左右。

对于正常运行的SF6电气设备，其内部温度不高于80℃，因此，不会有绝缘材料的分解产物。

对于断路器，虽在分、合闸时产生2000℃以上的高温电弧，使SF6生成带电离子和少量分解物，但因其分、合闸速度极快，又有高效的灭弧功能，使带电离子又在瞬间复合成SF6, 其复合率达99.9％以上，所产生的少量分解产物又被放置于顶部的吸附剂吸收, 因此，对于正常运行的断路器，在分、合闸一周后，气室中的分解物含量不大于1μl/L；这在对数千台断路器的检测中得到证实。

浅谈六氟化硫气体故障分解产物摘要：通过测试SF6气体分解产物的类型和含量来诊断设备内部是否存在故障,并对故障的类型进行准确判断。

关键词：H2S 过热放电SO2近年来，由于制造安装工艺和内部材质等原因，使SF6电气设备内部存在绝缘缺陷乃至出现事故，SF6电气设备故障可以分为放电和过热两大类，在常温下SF6是无毒性的气体，当SF6电气设备存在故障时，故障区域的SF6气体和固体绝缘材料在热和电的作用下裂解，主要产生硫化物、氟化物和碳化物。

这些低氟化合物对人体有害，可致命。

气室中SO2、H2S的产生是内部故障的征兆，检测气室中SO2和H2S等分解产物的含量，快速诊断出SF6电气设备早期内部故障，可避免事故的发生。

1 分解产物的机理SF6电气设备内部故障时，反应式主要有：SF6→SF4+F2SF4+H2O→SF2+2HFSOF2+H2O→SO2+2HFS2F10→SF64+SF63SF6+W→3SF4+WF6SF6+Cu→SF4+CuF23SF6+2Al→3SF4+2AlF3设备中SO2组分，部分由绝缘材料热解时直接产生，另一部分由分解产物SF4、SOF2的水解后产生，其反应式为：S F4+H2O→SOF2+2HFSOF2+H2O→SO2+2HF因此，所检测出的SO2含量是故障后SO2浓度的总量。

在故障初期其值较小，但随分解物的水解而增加。

2 故障案例2.1 66 kVGIS变电站母线筒有异常声响2011年9月19日，66 kVGIS变电站母线筒有异常声响,该气室取气口与异常声响发生处约三米距离，对I母线气室进行分解物检测如下：SO2浓度146.7μl/L，H2S浓度53.1μl/L。

该气室内部可能存在高能放电故障，并涉及固体绝缘材料分解，经综合分析，及时进行了内部检查。

2.2 500 kV GIS 变电站跳闸2006年4月15日，试运行18天的某电厂500 kV GIS 5032断路器突然跳闸，从故障录波得知故障发生在C相，故障电流为7.52 kA,持续时间40 ms。

SF6设备分解物现场分析判断及故障实践本文通过对大量故障SF6充气设备进行SF6分解物成分色谱分析试验，重点对CO2、CF4、C3F8这三种故障分解气体进行分析，找出这三种组分所对应的故障类型并对这三种组分控制值做出界定建议。

标签：色谱分析；CO2；CF4；C3F8一、前言SF6作为优良的绝缘介质，在电力设备中逐渐取代绝缘油占据主导位置。

近年国内外对SF6分解物成分分析的研究很多，但大多数研究都是对SF6分解物中SO2、空气、CF4等少数几种组分进行分析。

而且还缺乏象变压器油色谱那样严密的判断方法和标准，关于SF6分解物的含量标准，国家及有关行业标准还没有明确规定，国内外对运行中气体分解物组分和控制值也在进行研究和探讨中。

本文通过对大量故障SF6设备进行色谱试验的实例，发现CO2、CF4、C3F8这三种SF6分解物含量在故障判断中能起到引起重视的作用。

因此本文重点对CO2、CF4、C3F8这三种SF6分解物进行分析，并对不同组分的产生而引起的故障类型进行分类分析，希望能在SF6分解物成分分析上做出一定的贡献。

二、原理介绍当六氟化硫电气设备发生电弧放电及高温过热故障时，SF6分解产生大量的低氟化物，而这些低氟化物与O2和H2O杂质进一步发生反应生成含氧低氟化物及HF、H2S等，这些含氧低氟化物极不稳定，易分解生成SO2。

实际上SF6分解产物的成分和含量与其运行条件密切相关，非常复杂，近年来研究发现在故障气室中SF6气体成分中还含有CF4，C3F8，CO和CO2等。

对于上述SF6分解组分，目前我们能通过SF6色谱仪检测出来的气体组分有：空气（O2，N2）、四氟化碳（CF4）、二氧化碳（CO2）、六氟化硫（SF6）、氟化亚硫酰（SOF2）、二氧化硫（SO2）、全氟丙烷（C3F8）、氟化氢（HF）、硫化氢（H2S）。

SF6的分解过程比较复杂，在电弧及高温的条件下能与电气设备的材质、设备中的水分、空气等发生反应生成很多分解产物。

根据SF6气体分解物含量诊断电气设备故障摘要：随着社会的不断发展特高压输电电压、超高压等级不断提高电力传输和变换容量迅速增大对电气设备也提出越来越高的要求。

在我国SF6电气设备已有近40年的历史由于具有优异的绝缘及灭弧性能SF6电气设备被广泛地应用于电力系统中通过分析SF6气体分解物的生成机理及生成物特点可以诊断电气设备故障并推测出可能存在的缺陷。

关键词：SF6电气设备；分解物；特征气体SF6气体设备因其气体绝缘性能高、灭弧能力强、化学性质稳定、不易燃易爆、占地面积小，维护工作量少的特点，在电气设备中得到了广泛的应。

然而当SF6电气设备内部因为安装或操作因素存在潜伏性故障时，在放电和过热的作用下SF6气体会分解产生大量氟化物和硫化物，这些分解产物对设备内固体绝缘以及金属材料有强烈的腐蚀性，如果未及时发现，电气设备存在绝缘击穿、短路和产生更严重故障的风险，严重影响电网的安全稳定运行。

1.原理分析1.1SF6气体分解物判断电气设备内部故障的可靠性分析SF6气体在火花、电弧作用下产生裂解，其分解产物与设备中微量水分反应，虽降低水分含量，但其水解反应所产生的各种产物腐蚀设备金属外壳，触头、导体、密封件，加速绝缘材料老化，降低SF6电气性能；同时，分解产物的水解反应能阻碍SF6分解产物的复合，降低SF6的介电恢复强度，也增加了毒性及有害物质的组分和含量；并且，SF6设备内部存在少量的金属离子、灰尘杂质等污物，增加其发生局部放电的可能。

1.1SF6电弧分解产物的形成：（1）热分解和热电离；（2）涉及SF6与电极材料中的金属（铜、钨）蒸气的反应；（3）SF6的分解产物与设备中微量水分等的反应，其产物较为复杂。

随着温度增加，分解作用逐渐显著，SF6绝缘性能遭到破坏。

1.2SF6分解产物的危害（1）气体分解产物。

SO2、HF和SOF2等腐蚀金属及设备的有关部件，加速绝缘材料老化，降低SF6的电气性能，特别容易污染固体绝缘材料，使其延面闪络电压大为降低，导致滑闪放电。

利用SF6分解产物现场试验判断电气设备的健康状况摘要：文章阐述了SF6电气设备故障的特征产物及SF6分解产物的检测方法和判断标准，通过故障实例分析了如何应用分解产物的现场测试分析设备运行状况和对故障部位的快速定位。

关键词：SF6电气设备；分解产物；SO2随着电力行业的快速发展，SF6气体因具有优良的绝缘性能和灭弧能力被广泛应用于变压器、断路器以及GIS组合电器等电气设备中。

正是如此，由于运行年限的增加，很多设备因安装、工艺、运行维护等原因引发了各种类型的故障，严重威胁了电网的安全、稳定运行。

作为检修、试验人员，充分了解SF6气体的特性，合理运用多种技术手段对SF6电气设备的日常诊断和快速查找故障部位显得尤为重要。

SF6分解产物的检测是近年来不断深入研究和完善的一个重要课题。

1 SF6分解产物判断故障的依据要对SF6电气设备进行故障判断和故障分析，其主要的依据之一，是设备内不同的放电故障类型会产生不同的分解产物。

纯净的SF6气体化学性质极其稳定，只有在温度超过500 ℃时才会开始分解。

对于无灭弧室的SF6电气设备而言，其内部温度不高于80 ℃；对于断路器而言，虽然在分合闸动作时会产生2 000 ℃以上的高温电弧，但其分合闸速度极快，且SF6有很好的灭弧性能，在SF6电离瞬间能很快复合，其复合率达99.8%。

而产生的少量分解产物又会被放置于里面的吸附剂所吸收，因此在正常运行中产生的分解物极少。

但若设备发生电弧、火花、电晕放电或严重过热故障时，SF6气体会分解，产生一些低氟化合物，这些化合物又会与电极材料、绝缘材料、水分和氧气等接触发生复杂的化学反应，进一步生成十分复杂的硫化物、氟化物和碳化物。

SF6电气设备故障时分解产生的硫化物主要有SO2、H2S、SF4、SO2F2、SOF2、S2F10和S2OF10等；氟化物主要有HF、CF4、ALF3、CUF2和WF6等；碳化物主要有CO、CO2和低分子烃等。

SF6气体绝缘电气设备的现场故障诊断分析发表时间：2019-05-24T17:15:31.627Z 来源：《电力设备》2018年第35期作者：朱宁董伟徐肖庆陈欣赵荣普李骞[导读] 摘要：基于设备生产制造工艺要求以及安装维护等因素，实际SF6气体绝缘电气设备经常会出现内部故障等情况，从而对变电站正常运行造成影响，严重的甚至可能引发电力事故。

（云南电网有限责任公司昆明供电局云南昆明 650000）摘要：基于设备生产制造工艺要求以及安装维护等因素，实际SF6气体绝缘电气设备经常会出现内部故障等情况，从而对变电站正常运行造成影响，严重的甚至可能引发电力事故。

因此有必要对SF6气体绝缘电气设备进行必要工况检测，排查潜在故障。

目前常见的SF6气体绝缘电气设备故障主要包括火花放电、设备过热、电弧放电以及局部放电等几个部分。

硫化物、氟化物以及碳化物是SF6气体绝缘电气设备故障主要产物。

通过对此类设备的检测可以及时发现潜在故障隐患，从而避免事故的进一步扩大。

关键词：电气设备；内部故障；SF6；检测诊断；引言六氟化硫气体（SF6）在绝缘性以及灭弧性等方面性能优异，因此被广泛应用于电气设备中。

近些年我国城市化发展越来越快，城市化规模不断扩大，人们生活质量有了极大提高。

与此同时对于电气设备等的质量要求也越来越高[1]。

SF6气体绝缘电气设备对于空间要求较小，且工作性能稳定，因此在现代化城市建设中有关SF6气体绝缘电气设备的应用越来越频繁。

由此不难看出，对于SF6气体绝缘电气设备内部气体成分的检测，对于有效识别SF6气体绝缘电气设备内部故障，确保当地电力系统安全运行意义重大[2]。

更为全面科学的了解SF6气体绝缘电气设备内部构造及其发生机理，综合SF6气体绝缘电气设备内部产物电气结构与运行环境等要素有助于提高对SF6气体绝缘电气设备检测准确率[3]。

1.SF6气体绝缘电气设备内部气体分解过程探讨当设备发生放电或者产生大量高温时，内部充有的SF6气体将会被分解。

六氟化硫电气设备故障气体分析和判断方法The method for the analysis and judgement of sulfur hexafluoride impurity gas in electrical equipment（讨论稿）前言六氟化硫电气设备在电力行业得到广泛应用，六氟化硫作为重要绝缘介质，当设备发生故障和存在缺陷时，六氟化硫气体会发生反应，产生分解产物，通过分析分解物能有效诊断设备内部故障。

本标准规范分析方法和分解物判断依据。

本导则起草单位：本导则主要起草人：六氟化硫电气设备故障气体分析和判断方法六氟化硫电气设备在电力行业得到广泛范应用，通过检测六氟化硫分解物，分析设备内部绝缘状态，以提高电气设备安全运行水平。

1. 范围本方法适用于六氟化硫电气设备故障气体分析方法和故障判断依据。

2. 引用标准下列标准所包含条文，通过在本导则中引用而构成为本导则条文，本导则出版时，所示版本均为有效。

所有标准都会被修订，使用本导则各方应探讨使用下列标准最新版本可能性。

GB/T 12022-2006 工业六氟化硫DL/T 506－2007 六氟化硫电气设备中气体水分检测方法DL/T 639 六氟化硫电气设备运行、试验及检修人员安全防护细则DL1032-2006 电气设备用SF6气体采样方法Q/CSG 1 0007电力设备预防性试验规程电气设备气体采样作业指导书》Q/GD1 1157.87-2009《SF6IEC 60480六氟化硫电气设备中气体检测和处理导则及其再使用规范IEC/TR 62271-303六氟化硫（SF6）使用和操作3. 定义3.1 二氧化硫SO2(SOF2)SO2是SF6电气设备故障时分解主要特征组分，正常运行设备中SO2含量极少。

若发生故障时，SO2会增长10倍以上。

3.2 氟化氢HF（H2S）SF6气体在电弧下会分解氟硫离子，若水分含量较高下会产生HF或H2S。

3.3 一氧化碳CO和二氧化碳CO2当设备内电弧(或过热)灼伤固体绝缘部件时，会产生CO和CO2。