SF6分解物测试方法

带电检测培训讲义——SF6分解物测试

1、研究背景SF6气体分解物性质2、SF6气体分解机理SF6气体分解物检测方法3、SF6气体分解物评价标准案例分析主要内容气体绝缘组合电器（GIS）由于绝缘可靠性高，占地面积小等优点在电力系统中被广泛使用。由于GIS的重要性，随着设备的老化，对大型GIS设备进行故障诊断及实现故障后快速、高效维修，从而提高其供电可靠性是非常重要的。作为GIS的绝缘介质，六氟化硫(SF6)气体具有优良的绝缘和灭弧性能，可以大大减小设备尺寸，因此广泛应用于GIS和SF6断路器等设备中。研究背景

GIS设备在安装与运行过程中，由于GIS内部缺陷如电极表面毛刺、自由导电微粒、悬浮导体等造成局部放电、电晕或过热，主绝缘发生闪络，触头开合短路电流等都会引起SF6气体性质的改变。其中局部放电和过热是潜在性的故障，可通过局放或分解物检测来发现，而主绝缘发生闪络是瞬间的故障，通过分解物检测对故障气室进行定位。因此，可利用检测分解物含量来发现气室内部的绝缘缺陷。研究背景初步研究表明：不同绝缘缺陷引起的局部放电会产生不同的分解化合气体，相应的分解化合气体成份、含量以及产生速率等也有差异。这样使得通过分析分解产物的组分来判断故障类型成为可能，并可以通过检测设备中SF6气体分解气体组分及化合产物，来判断绝缘缺陷类型、性质、程度及发展趋势。研究背景纯净的SF6气体是无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，其自身的分解温度大于500℃，在正常运行的情况下分解产物极少，但与金属材料共存时，在200℃时就有可能发生微量分解。SF6气体分解物性质

GIS中SF6气体分解的主要原因有：电晕或局部放电、火花放电和电弧放电。此外，由于存在金属和绝缘材料，单纯的热分解会在约200℃时发生。右图是放电使气体分解的示意图。SF6气体分解物性质当SF6设备中发生绝缘故障时，放电产生的高温电弧使SF6气体发生分解反应，生成SF4、SF3、SF2和S2F10等多种低氟硫化物，均为毒性气体。如果是纯净的SF6气体，上述分解物将随着温度降低会很快复合、还原为SF6气体。实际上使用中的SF6气体总含有一定量的空气、水分，由于上述分解生成的多种低氟硫化物很活泼，即与SF6气体中的微量水分和氧气等发生反应,生成SOF2，SO2F2，SOF4，SO2，HF等毒性气体。SF6气体分解物性质主要气体分解产物相应的放电类型气体特征极限安全能浓度备注SF4三种放电和热分解有毒≤0.1×10-6（重量比）主要的一次产物SOF4四氟亚硫酰三种放电有毒≤2.5mg/m3SOF2氟亚硫酰三种放电和热分解有毒，有刺鼻的臭气≤2.5mg/m3大功率电弧下的主要生成物SO2F2氟硫酰电晕和火花放电下生成物比例高于电弧放电有毒，无嗅，痉挛性化合物≤5×10-6（重量比）总与强刺鼻性气体如SOF2同存SO2SOF2与水反应的生成物有刺激性气味，有毒≤2×10-6（重量比）HFSF4、SOF4、SOF2等与水反应的产物有毒≤0.3×10-6（重量比）CF4电弧放电有毒≤2.5mg/m3只要测到CF4，就应注意SF6气体分解机理固体生成物高温下SF6及其分解物还会与金属发生反应，形成金属氟化物，如CuF2、AlF3、FeF3或FeF2以及WF6（WF6为气体，其他金属氟化物为粉末状固体）。若涉及含SiO2材料，还可能产生SiF4和（CH3）2SiF2。它们的极限安全浓度均为2.5mg/m3。若固体生成物落在绝缘支撑表面且又吸附气体中的水分时，使闪络电压下降。要清除固体生成物，必须将GIS隔室打开。目前，没有用于检测固体生成物的种类和含量的可行技术。SF6气体分解机理一些已知的分解规律和结论不管哪种形式的放电，SF6发生分解后产物的量与放电能量大致成比例关系，并且当处在高能量放电形式(如电弧放电)下时将产生大量的分解气体，出现局部放电下很少出现的气体成分如SF4、CF4等，且产物中SOF2含量较其他形式放电而言要高。普遍认为通过SO2、SOF2、SO2F2含量比例可分析判断放电剧烈程度，放电越剧烈，放电能量越大，SO2含量增多，SOF2／SO2F2体积分数之比增大等。通过H2S组分含量大小可判断故障的放电能量及故障是否涉及固体绝缘。通过CF4含量可分析判断固体绝缘情况。电极材料的消耗与分解物的形成也有直接关系，气体分解产生的物质含量取决于电极材料的金属蒸发量。SF6气体分解机理一些已知的分解规律和结论现场检测以检测SO2、H2S、HF、CO含量为主。不同绝缘缺陷引起的局部放电会产生不同的分解物,在放电和热分解过程中，及水分作用下，SF6气体分解产物主要为SOF2

、SO2、HF和SO2F2

，当故障涉及固体绝缘材料时，还会产生CF4

、H2S、CO和CO2。研究表明，在裸金属局部放电或电晕放电情形下，会产生少量H2S，随着故障电流增加，当故障电流大于8kA(电极为Cu材料)时，能检测到较大含量的H2S组分，因此，H2S含量与裸金属放电能量有关。吸附剂对CO吸附效果较差，运行年限久的断路器设备CO含量一般较高。

为检测SF6气体分解物，国内外的研究者出了各种方法，其中最常用的方法如下:SF6分解物检测技术a.气体检测管法b.气相色谱法(GC)c.电化学传感器检测法

工作原理：通过检测装置从高压电气设备中提取一定体积的SF6气体，分别通过SO2、HF检测管，这些分解产物会在检测管中起化学反应，并改变颜色，可根据变色柱的长短，定量的读出SF6气体中SO2和HF的浓度。它们的化学反应式为:SF6分解物检测技术优点：检测管能够检测到其体积分数10-6级的SO2或HF。

缺点：容易受到温度、湿度和存放时间的影响，并且对其它主要分解气体没有检测作用，不能全面反应SF6放电分解气体组分情况,限制了它的应用推广。检测管结构示意图SF6分解物检测技术规定了设备中SF6气体分解产物SO2、H2S和CO的气体检测管检测方法，适用于设备进行诊断性试验和设备故障时对SF6气体中SO2、H2S和CO的含量检测。适用范围环境温度：10℃~30℃相对湿度：不大于85%。海拔高度：1000m以下。检测环境SF6分解物检测技术SO2、H2S和CO气体检测管的准确度应满足GB/T7230中5.1.6的要求。

用气体采集装置或气体采样容器与采样器配套进行气体采样，采样容器应具有抗吸附能力。

检测气体管路应使用聚四氟乙烯管(或其它不吸附SO2和H2S气体的材料)，壁厚不小于1mm、内径为2~4mm，管路内壁应光滑清洁。

检测用接头内垫宜用聚四氟乙烯垫片，接头应清洁，无焊剂和油脂等污染物。仪器和材料SF6分解物检测技术用气体管路接口连接气体采集装置与设备取气阀门，按检测管使用说明书要求连接气体采集装置与气体检测管。打开设备取气阀门，按照检测管使用说明书，通过气体采集装置调节气体流量，先冲洗气体管路约30秒后开始检测，达到检测时间后，关闭设备阀门，取下检测管。

从检测管色柱所指示的刻度上，读取被测气体中所测组分指示刻度的最大值。

检测完毕后，恢复设备至检测前状态。用SF6气体检漏仪进行检漏，如发生气体泄漏，应及时维护处理。气体采集装置检测方法SF6分解物检测技术

气体取样按图所示连接气体采样容器取样系统。关闭针型阀门，旋转三通阀，使采样容器与真空泵接通，启动真空泵对取样系统抽真空，至取样系统中的真空压力表降为-0.1MPa。维持1min，观察真空压力表指示，确定取样系统密封性能是否良好。打开设备取气阀门，调节针型阀门，旋转三通阀，将采样容器与设备接通，使设备中的气体充入采样容器中，充气压力不宜超过0.2MPa。重复步骤（b）~（d），用设备中的气体冲洗采样容器2~3次后开始取样，取样完毕后依次关闭采样容器的进气口、针型阀门和设备阀门，取下采样容器，贴上标签。采样容器取样检测方法SF6分解物检测技术按照采样器使用说明书，将气体检测管与气体采样容器和采样器连接，按照检测管使用说明书要求对采样容器中的气体进行检测，达到检测时间后，取下检测管，关闭采样容器的出气口。从检测管色柱所指示的刻度上，读取被测气体中所测组分指示刻度的最大值。检测完毕后，恢复设备至检测前状态。用SF6气体检漏仪进行检漏，如发生气体泄漏，应及时维护处理。

采样容器取样检测方法（续）SF6分解物检测技术定期对气体采集装置的流量计进行校准，确保检测结果的准确度。

用气体采样容器取样检测前，应先检查采样器是否漏气，如有漏气现象，应及时维护处理。

检测管应在有效期内使用。注意事项SF6分解物检测技术

气相色谱法是目前国内外用于SF6放电分解气体组分检测的最常用方法，也是IEC60480—2004和GB/T18867—2002共同推荐的检测方法。

色谱法利用不同物质在两相中具有不同的分配系数(或吸附系数、渗透性)，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复分配而实现分离。经过检测器和记录器，这些被分开的组分成为一个个的色谱峰。SF6分解物检测技术气相色谱仪通常由下列5个部分组成：①载气系统(包括气源和流量的调节与测量元件等)；②进样系统(包括进样装置和汽化室两部分)；③分离系统(主要是色谱柱)；④检测、记录系统(包括检测器和记录器)；⑤辅助系统(包括温控系统、数据处理系统等)。气相色谱仪组成、原理和流程示意图SF6分解物检测技术气相色谱仪可以同时检测其体积分数低至10-6级的CF4、SF6、SO2F2、SOF2、SO2、H2O等气体组分。IEC给出的SF6分解气体色谱图SF6分解物检测技术气相色谱法的优缺点：

优点：它具有检测组分多、检测灵敏度高等优点。

缺点：存在取样和分析过程中可能混入水分导致一些组分水解、对S02F2和SO2的检测比较困难、不能检测HF和局部放电主要成分之一的SOF4等缺点。气相色谱检测法中色谱进样的特性决定了检测时间较长，不可能做到连续在线监测；温度对色谱柱分离效果的影响以及色谱柱使用一段时间后需要清洗等固有特性决定了色谱技术对环境要求高，不适于现场在线监测应用。SF6分解物检测技术

色谱仪：配置TCD检测器，由气路控制系统、进样系统、色谱柱、温度控制系统、检测器和工作站（数据分析系统）等构成。

载气：氦气（He），体积分数不低于99.999%。

标准气体：使用具有国家标准物质证书的气体生产厂家生产的CF4单一组分气体，平衡气体为He，含量范围为50~500µL/L，附有组分含量检验合格证并在有效期内。气体管路a）检测气体管路应使用聚四氟乙烯管（或其它不吸附SO2和H2S气体的材料），壁厚不小于1mm、内径为2~4mm，管路内壁应光滑清洁。b）气体管路连接用接头内垫宜用聚四氟乙烯垫片，接头应清洁，无焊剂和油脂等污染物。仪器和材料SF6分解物检测技术色谱仪标定采用外标法，在色谱仪工作条件下，用CF4标准气体进样标定。检测前准备工作先打开载气阀门，接通主机电源，连接色谱仪主机与工作站。调节合适的载气流量，设置色谱仪工作参数、热导检测器温度和色谱柱温度等。待温度稳定后，加桥流，观察色谱工作站显示基线，确定色谱仪性能处于稳定待用状态。

检测步骤SF6分解物检测技术气体的定量采集将色谱仪六通阀置于取样位置，连接设备取气阀门与色谱仪取样口。按照色谱仪使用条件，打开设备阀门，控制流量，冲洗取样气体管路约1min后，关闭设备取气阀门。

检测分析在色谱仪稳定工作状态下，旋转六通阀至进样位置，直至工作站输出显示CF4峰，记录CF4峰面积（或峰高）。分析完毕，将六通阀转至取样位置。

检测完毕后，恢复设备至检测前状态。用SF6气体检漏仪进行检漏，如发生气体泄漏，应及时维护处理。检测步骤SF6分解物检测技术色谱仪开机前应先打开载气阀门，再开主机；关闭色谱仪时，先关主机，后关载气，以避免检测器损坏。注意事项环境温度：0℃~40℃相对湿度：不大于85%。海拔高度：1000m以下。检测环境SF6分解物检测技术备注：

a）灭弧气室的检测时间应在设备正常开断额定电流及以下电流48h后。b）CO和CF4作为辅助指标，与初值(交接验收值)比较，跟踪其增量变化，若变化显著，应进行综合诊断。

若设备中SF6气体分解产物SO2或H2S含量出现异常，应结合SF6气体分解产物的CO、CF4含量及其它状态参量变化、设备电气特性、运行工况等，对设备状态进行综合诊断。评价标准SF6分解物检测技术规定了设备中SF6气体分解产物SO2、H2S和CO的电化学传感器检测法，适用于设备进行交接试验、例行试验、诊断性试验和设备故障时对SF6气体中SO2、H2S和CO的含量检测。适用范围根据被测气体中的不同组分改变电化学传感器输出的电信号，从而确定被测气体中的组分及其含量。检测原理SF6分解物检测技术能同时检测设备中SF6气体的SO2、H2S和CO组分或SO2、H2S组分的含量。

对SO2和H2S气体的检测量程应不低于100μL/L，CO气体的检测量程应不低于500μL/L。

检测时所需气体流量应不大于300ml/min。

最小检测量应不大于0.5μL/L。

响应时间应不大于60s。

检测仪接口能连接设备的取气阀门，且能承受设备内部的气体压力。

检测仪应在检验合格报告有效期内使用，需每年进行检验。仪器和材料SF6分解物检测技术环境温度：-10℃~40℃，-25℃~40℃。相对湿度：不大于85%。海拔高度：1000m以下。检测环境气体管路检测用气体管路应使用聚四氟乙烯管(或其它不吸附SO2和H2S气体的材料)，壁厚不小于1mm、内径为2~4mm，管路内壁应光滑清洁。

气体管路连接用接头内垫宜用聚四氟乙烯垫片，接头应清洁，无焊剂和油脂等污染物。仪器和材料SF6分解物检测技术检测前，应检查检测仪电量，若电量不足应及时充电。用高纯SF6气体冲洗检测仪，直至仪器示值稳定在零点漂移值以下，对有软件置零功能的仪器进行清零。

用气体管路接口连接检测仪与设备，采用导入式取样方法就近检测SF6气体分解产物的组分及其含量。检测用气体管路不宜超过5m，保证接头匹配、密封性好，不得发生气体泄漏现象。

按照检测仪操作使用说明书调节气体流量进行检测，根据取样气体管路的长度，先用设备中气体充分吹扫取样管路中的气体。检测过程中应保持检测流量的稳定，并随时注意观察设备气体压力，防止气体压力异常下降。

根据检测仪操作使用说明书的要求判定检测结束时间，记录检测结果。重复检测两次。

检测步骤SF6分解物检测技术检测过程中，若检测到SO2或H2S气体含量大于10μL/L时，应在本次检测结束后立即用SF6新气对检测仪进行吹扫，至仪器示值为零。

检测完毕后，关闭设备的取气阀门，恢复设备至检测前状态。用SF6气体检漏仪进行检漏，如发生气体泄漏，应及时维护处理。

检测工作结束后，按照检测仪操作使用说明书对检测仪进行维护。检测步骤（续）SF6分解物检测技术检测结果用体积分数表示，单位为μL/L。取两次有效检测结果的算术平均值作为最终检测结果，所得结果应保留小数点后1位有效数字。检测结果处理SF6分解物检测技术SF6气体分解物检测周期、评价标准1、正常值：评价为正常状态2、注意值：缩短检测周期3：超过注意值：跟踪检测、综合诊断SF6分解物评价标准1、鞍山崔家66千伏GIS崔采南线间隔故障当时，鞍钢矿山动力厂17变所内66kV崔采南线带一号主变有异音，66kV崔采南线A相验电无电压，检查66kV母线三相电压正常，检查崔采南线GIS线路带电装置A相无电压，崔采南线A相出口验电无电压，其它两相正常。发现66千伏崔采南线间隔Ⅰ母刀闸气室SO2+H2S已达189ppm，严重超标，其余气室正常。根据以上测试结果初步判断，66千伏崔采南线间隔Ⅰ母刀闸A相出现断线故障。案例分析A相动触头烧损BB相偏心痕迹明显2、富家变220kV富太#2线间隔进线气室解体某日，电科院试验人员在对富家220kV富太#2线间隔进行分解物检测时，发现该间隔进线气室SF6气体分解物含量异常。异常气室无开关，测SO2+SOF2含量达到4.02ul/l，接近标准注意值5.0ul/l，且CO含量较大，怀疑气室内可能存在SF6气体分解，且涉及含碳物质分解1、在安装时即混入杂质；2、整体制造工艺不良，导体上存在多处划痕和凹坑，运行中出现微小局部放电3、个别电连接部位接触不良过热，导电部位附着脏污物4、摩擦产生微量银屑，运行中出现微小局部放电案例分析解体共发现如下可以导致SF6发生分解的现象：套管电连接内静触头弹簧触指槽内及底部附着有微量银屑状粉末解体

分支筒体内部的导体，触头处的根部有多处的黑斑解体3、辽阳变220千伏辽佟1号线断路器返厂大修2012年5月14日，经SF6分解物带电检测发现，辽阳变220千伏辽佟1号线断路器灭弧室SF6气体组分异常。间隔名称相别SO2H2SHFCO辽佟1号线B31.80.00.025C11729.80.046案例分析经过3、辽阳变220千伏辽佟1号线断路器返厂大修

动触头烧损绝缘喷口罩情况在解体过程中发现的问题属于设备运行过程中开断短路电流时留下的痕迹，属于的正常现象。4、凌水66kV水龙左线PASS设备SF6气体分解产物超标异常按照2012年年初带电检测计划，在完成220kV设备的带电检测的基础上，对66kV设备陆续进行了带电检测工作。2012年7月17日，对凌水220kV变电站66kV水龙左线PASS设备进行带电测试时发现，该间隔SF6气体分解产物超标，7月19日进行复测，数据基本无变化，数据如下：案例分析结论：该间隔PASS于7月2日开断了一次故障电流，不排除开断故障电流时产生的特征气体，尚未被吸附剂全部吸附，残留在PASS设备气室内的可能性。间隔名称测试部位测试日期H2SSO2CO水龙左线A相侧7月17日088.439.3A相侧7月19日085