本文主要探討了GIS 中典型放電性故障特征及相應(yīng)的SF6氣體分解產(chǎn)物和分解機(jī)理，給出了不同放電類型故障相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)最常見的電暈放電故障給出了放電量與分解產(chǎn)物的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，歸納了不同放電故障下主要?dú)怏w分解產(chǎn)物的反應(yīng)方程，并應(yīng)用于一起GIS故障分析，為GIS 潛伏性故障及其故障類型判斷累積經(jīng)驗(yàn)。

引言

GIS在城市電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用，目前由于此類設(shè)備的結(jié)構(gòu)和接線方式上的特殊性，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法很難監(jiān)督其運(yùn)行狀況，常規(guī)的SF6氣體的檢測(cè)方法僅檢測(cè)氣體濕度，無法判斷設(shè)備內(nèi)部是否存在潛伏性故障。

SF6 氣體在設(shè)備正常的運(yùn)行情況下均含有一定量雜質(zhì)，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部存在故障時(shí)，在電弧或高溫的作用下，SF6氣體本身或SF6與設(shè)備內(nèi)部的絕緣材料相互作用會(huì)產(chǎn)生一定種類和一定量的雜質(zhì)，通過對(duì)雜質(zhì)種類和含量的分析，可以分析并判斷SF6 電氣設(shè)備內(nèi)部存在故障的情況。

采用SF6氣體分析技術(shù)判斷設(shè)備內(nèi)部故障，類似于采用絕緣油中溶解氣體分析方法判斷充油設(shè)備內(nèi)部故障，具有無需設(shè)備停電、可及時(shí)跟蹤設(shè)備內(nèi)部故障的發(fā)展?fàn)顩r、方法簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

1 GIS 設(shè)備中典型放電性故障及SF6氣體產(chǎn)物

GIS 設(shè)備在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和安裝中可能發(fā)生零部件松動(dòng)，電極表面刮傷或安裝錯(cuò)位引起的電極表面缺陷，導(dǎo)電微粒進(jìn)入或工具遺忘在裝置內(nèi)等，這些隱患的存在和發(fā)展會(huì)造成設(shè)備內(nèi)部發(fā)生電弧放電、火花放電、電暈或局部放電。

針對(duì)以上多種類型放電性故障及相關(guān)SF6分解機(jī)理分別展開討論。

1.1 放電性故障類型

在SF6 氣體絕緣設(shè)備中，放電性故障是使SF6 氣體發(fā)生分解的主要原因。放電形式主要有3 種：電弧放電、火花放電、電暈或局部放電。

表1對(duì)3種放電類型的產(chǎn)生機(jī)理、信號(hào)特征、持續(xù)時(shí)間和放電能量等方面的特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的歸納與總結(jié)。

1.2 SF6氣體分解產(chǎn)物及規(guī)律

自20 世紀(jì)70 年代以來，國(guó)內(nèi)外對(duì)SF6 氣體在不同放電條件下的分解特性進(jìn)行了大量基礎(chǔ)研究，深入探討了SF6分解生成物的種類以及SF6分解的一般過程。如CHU F Y 于1986 年對(duì)SF6氣體分解物的研究進(jìn)行了總結(jié)，后續(xù)研究又進(jìn)一步完善了SF6 氣體分解產(chǎn)物種類，其中典型3 種放電下產(chǎn)生的SF6分解產(chǎn)物如表2所示。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)典型放電故障下的SF6氣體分解產(chǎn)物特征形成了如下的共識(shí)：

（1）電弧放電，溫度往往可達(dá)20 000 K,會(huì)發(fā)生氣體熱分解現(xiàn)象。高溫下SF6 及其分解物會(huì)與金屬發(fā)生反應(yīng)，形成金屬氟化物。在分解產(chǎn)物中，SOF2是最主要的穩(wěn)定分解產(chǎn)物；CF4 是當(dāng)電弧接觸有機(jī)材料時(shí)形成的；SO2是由SOF2水解形成。

（2）火花放電能量相對(duì)電弧放電較低，SOF2是最主要的分解產(chǎn)物；SO2F2的體積分?jǐn)?shù)較電弧放電有所增加；SF4是火花放電中重要的初始產(chǎn)物。

（3）電暈或局部放電，SO2F2的體積分?jǐn)?shù)相對(duì)電弧放電，火花放電情況下要高得多，被認(rèn)為是最主要的氣體產(chǎn)物[5],可作為電暈或低能放電的一種特征。隨著放電能量降低（從電弧到火花），SO2F2 體積分?jǐn)?shù)增大。電暈放電時(shí)，有微量水份和氧氣的前提下，最主要的穩(wěn)定氣體是SOF2、SO2F2和SOF4[9].雖然電弧放電和火花放電的信號(hào)特征、持續(xù)時(shí)間和放電能量有所差別，但其放電機(jī)理和試驗(yàn)結(jié)果有相似之處，故在后文中將這兩種放電故障類型的機(jī)理和試驗(yàn)結(jié)果在一起描述和分析。

2 故障分析判斷實(shí)例

2.1 故障經(jīng)過

2013年2月，某220 kV 站V4甲#、4乙#、5#母線A 相電壓降低至0 V（兩母線并列運(yùn)行方式），同時(shí)2212線路A相電流及零序電流突增，故障性質(zhì)為線路發(fā)生A相接地故障。220 kV縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，重合不成功，初次最大短路電流達(dá)12.39 A（二次值），折合一次值為30.98 kA.再次故障時(shí)最大短路電流達(dá)11.76 A,折合一次值為29.40 kA.

2.2 SF6氣體分析

對(duì)八昆二2212 間隔SF6 氣體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)2212-2刀閘氣室（內(nèi)含2212線路側(cè)電流互感器、2212-2-27、2212-17）SO2氣體嚴(yán)重超標(biāo)，初步判定為氣室內(nèi)部有放電故障。后又取氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，檢測(cè)結(jié)果見表3.從檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出SO2,H2S,HF含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于注意值（50 ppm），可初步判斷為電弧放電，CF4,CO2,CO含量出現(xiàn)是當(dāng)放電故障涉及到固體絕緣材料時(shí)的產(chǎn)物；可確定其故障為涉及到固體絕緣材料的貫穿性電弧放電，同時(shí)又檢測(cè)同期投運(yùn)的兩個(gè)相鄰的氣室，其組分除空氣外均為0,可推斷該故障可能已經(jīng)潛伏了一段時(shí)間由火化放電逐步變成電弧放電。

2.3 GIS解體分析

開倉(cāng)檢查2212-2 氣室，發(fā)現(xiàn)倉(cāng)體內(nèi)部和導(dǎo)體上均有一層白色粉末，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)2212-2 刀閘動(dòng)觸頭導(dǎo)向屏蔽罩嚴(yán)重?zé)龘p，燒損殘片已散落至倉(cāng)體內(nèi)和附著于倉(cāng)體內(nèi)壁上。動(dòng)觸頭座靠近B相側(cè)有明顯放電點(diǎn)，靜觸頭屏蔽罩處有明顯放電點(diǎn)，2212-2刀閘倉(cāng)動(dòng)觸頭座靠近B相一側(cè)倉(cāng)體上附著大量殘片。2212-2刀閘倉(cāng)解體后，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)動(dòng)觸頭一側(cè)的均壓罩缺失，如圖1所示，但是在倉(cāng)壁上發(fā)現(xiàn)一塊故障殘留物，初步分析，其可能是故障時(shí)，均壓罩燒損后留下的殘留物。

2.4 事故分析

故障發(fā)生后，將故障GIS返廠分析故障原因。2013年3月5日，在廠家進(jìn)行故障GIS部件解體檢查，檢查發(fā)現(xiàn)2212-2刀閘動(dòng)觸頭銅桿上有兩處放電痕跡，屏蔽罩鉚沖槽內(nèi)無鉚沖痕跡。電科院對(duì)附著在桶壁上的分解產(chǎn)物做了成分檢測(cè)，主要成分為F、Fe、Al、Cr,可判斷為屏蔽罩受電弧作用后的分解產(chǎn)物。結(jié)合在該站內(nèi)開倉(cāng)檢查情況進(jìn)行分析，初步判斷2212-2A相刀閘動(dòng)觸頭導(dǎo)向屏蔽罩因鉚沖不實(shí)，造成脫落至動(dòng)觸頭銅桿上，且在掉落過程中對(duì)筒壁圓筒與直筒相貫線處放電，是造成本次故障的直接原因。

3 結(jié)語(yǔ)

SF6 氣體含量分析能有效監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況，無需設(shè)備停電，適應(yīng)當(dāng)前狀態(tài)檢修的要求，具有較高的推廣價(jià)值。但由于缺乏數(shù)據(jù)積累，目前未能在測(cè)試方法和設(shè)備運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)方法上形成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，這些問題亟待在進(jìn)一步的工作中得到解決。