六氟化硫變壓器特征氣體的產(chǎn)生及檢測(cè)

    六氟化硫變壓器是近年從國(guó)外新引進(jìn)的電氣設(shè)備，當(dāng)變壓器在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，作為主要絕緣介質(zhì)的六氟化硫氣體可能會(huì)產(chǎn)生故障特征氣體。根據(jù)廠家提供的氣體質(zhì)量指標(biāo)，通過(guò)特征氣體產(chǎn)生原理的分析和模擬實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，提出了檢測(cè)六氟化硫變壓器故障特征氣體的方法。

    六氟化硫變壓器是以六氟化硫代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣油作為主要絕緣介質(zhì)的變壓器，它具有絕緣強(qiáng)度高、不燃和防爆等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于城市中心區(qū)域變電站。由于傳統(tǒng)的介質(zhì)檢測(cè)方法不能適應(yīng)絕緣介質(zhì)的改變，因此，必須提出有關(guān)相應(yīng)的檢測(cè)手段，以監(jiān)督設(shè)備的安全運(yùn)行。

    1、六氟化硫變壓器的氣體質(zhì)量指標(biāo)

    六氟化硫變壓器對(duì)六氟化硫氣體質(zhì)量有特殊的要求，如深圳供電局引進(jìn)日本三菱株式會(huì)社的六氟化硫變壓器，容量為50MVA，采用強(qiáng)迫循環(huán)風(fēng)冷卻，表1是由廠家提供的氣體質(zhì)量指標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)尚未制定有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。 

    2、六氟化硫變壓器特征氣體的產(chǎn)生

    變壓器在運(yùn)行中可能會(huì)發(fā)生過(guò)熱、局部放電、閃絡(luò)和電弧等故障，這些故障均以熱的形式表現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于傳統(tǒng)絕緣油變壓器，通常采用氣相色譜的方法，通過(guò)分析油裂解出來(lái)的甲烷、乙烷和氫等特征氣體來(lái)進(jìn)行故障判斷。而六氟化硫作為絕緣介質(zhì)，在一定的溫度下會(huì)分解，但又極易復(fù)合，因此，在六氟化硫氣體中檢測(cè)其分解物是極為困難的。但在故障波及固體絕緣時(shí)，六氟化硫會(huì)產(chǎn)生一些分解物，如繞組出現(xiàn)過(guò)熱、放電等故障時(shí)，導(dǎo)線的固體絕緣物（如聚酯薄膜、絕緣紙等）會(huì)炭化分解產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，含量隨故障的能量大小而變化。如絕緣紙?jiān)跍囟瘸�過(guò)100℃時(shí)會(huì)有下列反應(yīng)：


    當(dāng)溫度大于300℃，水分、空氣等雜質(zhì)含量較高時(shí)，并在金屬（例如銅）的作用下，六氟化硫氣體可能會(huì)產(chǎn)生以下的反應(yīng)：
    2SF6+Cu=CuF2+S2F10 
    SF6+2Cu=2CuF2+SF2 
    2SF6+5Cu=5CuF2+S2F2 
    S2F10=SF4+SF6 
    2SF2=SF4+S 
    2S2F2=SF4+3S

    還有可能水解為低氟化合物和氫氟酸：

    SF4+H2O=SOF2+2HF 
    SOF2+H2O=SO2+2HF 
    2SF2+H2O=SOF2+2HF+S 
    2S2F2+H2O=SOF2+2HF+3S 

    因此可以通過(guò)檢測(cè)這些分解物來(lái)判斷故障。

    3、模擬過(guò)熱故障試驗(yàn) 

    為了模擬六氟化硫變壓器繞組發(fā)生過(guò)熱的情形，我們使用圖1的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量六氟化硫氣體在固體絕緣下過(guò)熱的分解物。容器內(nèi)充0.2MPa壓力的六氟化硫氣體，試驗(yàn)時(shí)控制溫度為150～250℃，每加熱1h取出氣體，檢測(cè)四氟化碳、一氧化碳和二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從表2的數(shù)據(jù)看出，在六氟化硫氣體中的固體絕緣的過(guò)熱分解會(huì)產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，其體積分?jǐn)?shù)與過(guò)熱點(diǎn)的溫度、時(shí)間呈正比。加熱后的一氧化碳是加熱前的40～80倍，加熱后的二氧化碳與加熱前無(wú)太大差別。溫度為150℃時(shí)絕緣紙開(kāi)始炭化；加熱溫度大于250℃時(shí)，絕緣紙極易炭化。特征氣體以一氧化碳變化突出，絕緣紙?jiān)谌毖醯臍夥障�，加熱炭化過(guò)程的產(chǎn)物主要為一氧化碳。因此，將檢測(cè)一氧化碳?xì)怏w作為檢測(cè)六氟化硫變壓器的主要質(zhì)量指標(biāo)是必要的。 

    4、特征氣體的檢測(cè)方法 

    4.1 可水解氟化物和酸度 

    可水解氟化物來(lái)源于合成六氟化硫氣體時(shí)的副產(chǎn)物或高電壓下的電弧分解產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可以水解或堿解，使用吸收振蕩的方法進(jìn)行水解，測(cè)定可用茜素-氟鑭絡(luò)合比色法和氟離子選擇電極法，以HF的質(zhì)量比表示氣體中低氟化合物的總量。 

    六氟化硫的酸度測(cè)試方法：以一定量的氣體被過(guò)量的堿液吸收，然后用酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定，根據(jù)酸溶液的體積、濃度的消耗程度來(lái)計(jì)算六氟化硫的酸度。 

    4.2 四氟化碳與亞硫酰等 

    六氟化硫氣體中的四氟化碳與亞硫酰等是用氣相色譜的方法進(jìn)行測(cè)定，可用熱導(dǎo)檢測(cè)器測(cè)定，若要提高靈敏度可用火焰光度檢測(cè)器。色譜柱材料可用GDX-104或Porapak-Q與3X分子篩混合。 

    4.3 一氧化碳和二氧化碳 

    常規(guī)方法是用氣相色譜進(jìn)行測(cè)量，柱材料采用活性碳或碳分子篩，一氧化碳和二氧化碳用熱導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)，檢測(cè)靈敏度約為0.01%（體積分?jǐn)?shù)），采用雙熱導(dǎo)池的方式。柱溫度應(yīng)考慮使用程序升溫，加快出峰時(shí)間，檢測(cè)譜圖見(jiàn)圖2。若用經(jīng)過(guò)鎳觸媒轉(zhuǎn)換后用氫火焰檢測(cè)器檢測(cè)，檢測(cè)靈敏度不小于0.0025%（體積分?jǐn)?shù)），但要考慮六氟化硫氣體對(duì)鎳觸媒的毒化。 

    5、討論 

    六氟化硫變壓器（包括互感器）的氣體檢測(cè)試驗(yàn)除了檢測(cè)濕度外應(yīng)增加檢測(cè)一氧化碳、二氧化碳和水解氟化物等項(xiàng)目，這樣可以把這些氣體體積分?jǐn)?shù)的變化作為判斷潛伏性故障的依據(jù)。由于六氟化硫變壓器運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)氣體采樣、檢測(cè)方法及判斷標(biāo)準(zhǔn)等尚未規(guī)范，應(yīng)建立規(guī)范的試驗(yàn)方法及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，采用逐年跟蹤檢測(cè)的方法進(jìn)行監(jiān)視，積累經(jīng)驗(yàn)，為安全運(yùn)行提供有效的依據(jù)。

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