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基于气体分析的SF_6电气设备潜伏性缺陷诊断技术研究及应用

陈俊  
【摘要】:SF6电气组合电器设备(GIS)曾被认为是高绝缘性能和免维护的产品,然而在运行过程中仍然出现了一些绝缘故障问题。2011年,国家电网公司共发现组合电器缺陷2026间隔次,占总间隔数35340的5.73%;南方电网公司组合电器事故率也达到0.2次/(100间隔·年),紧急重大缺陷率达1.58次/(100间隔·年)。根据广东电网公司的运行统计,解体后发现故障GIS主要存在悬浮金属碎屑,绝缘盆式绝缘子沿面放电,金属尖端放电等问题。 目前GIS的绝缘状况诊断方法主要有电气法和化学成分分析法。这些方法都存在缺陷,还不能对设备的放电类型和严重趋势进行有效诊断。经常出现发生了故障而检测设备无预警或检测设备发出了预警但解体后找不到故障点的问题。 本研究首先设计了一个小型的模拟试验平台,在其上设置不同的放电模型模拟GIS中可能出现的潜伏性放电缺陷,检测放电气体产物的变化规律。试验首次发现一种可用于诊断盆式绝缘子放电故障的分解气体CS2;试验也初步得到S02和S02F2的比值关系能够判断GIS设备的放电类型是属于电晕放电还是火花放电。为了进一步验证CS2、SO2和S02F2对GIS潜伏性缺陷的有效性和使得试验更加接近实际情况,接着在110kV实体GIS内试验,试验结果和小型模拟试验平台的结果一致:电晕放电下S02的含量高于S02F2的含量,火花放电下S02的含量小于802F2的含量,当火花放电在环氧树脂绝缘表面发生时,还会产生C82。为了从理论的角度验证和完善电气试验的结果,本论文采用量子化学的方法从微观角度对SF6的分解与反应机理进行理论研究,明晰各关键分解产物的类型、生成途径和能量条件,为GIS潜伏性缺陷诊断提供理论依据。由于本论文基于化学分析方法,考虑到现有的SF6分解气体的检测精度较低,且不同气体之间的化学反应易发生干扰,部分产物尚未能检测,因此研究前期还探索和明确了一种有效的SF6分解产物分析方法。 基于电气试验结果、量子化学计算和现场运行数据,本文提出了一套完整的GIS潜伏性缺陷诊断方法。该方法选用CS2、CF4、SO2和S02F2作为GIS潜伏性缺陷的特征气体。当检测到S02和802F2的增量大于0时,可判断设备内部存在着放电缺陷。进一步检测若发现C82或CF4的增量,则认为设备内部的环氧树脂绝缘介质发生了沿面放电;反之,则放电与环氧树脂绝缘介质无关,此时若S02的增速大于SO2F2的增长速率,则认为设备内部的放电类型为火花放电为主;若S02的增长速率小于SO2F2的增长速率,则认为设备内部的放电类型为电晕放电为主。特征气体的持续增长表明潜伏性缺陷正在进一步发展。 该方法已经推广运用至生产实际,有效性得到了验证。


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