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1、广东省220 kV及以上GIS SF6分解产物分析 王 宇 李 智 姚唯建 庄贤盛 黄成吉 广东电网公司电力科学研究院 广州510600 摘 要 六氟化硫 SF 6 气体在电弧 电火花和电晕放电的作用下会发生分解 产生二氧化硫 SO 2 四氟化碳 CF 4 等分解产物 检测SF6分解产物 色谱法 电化学法 是诊断SF6气体绝缘设备内部运行情况的一个强有力手 段 为此 总结了广东省74个220 kV和500 kV全封闭组合电器 GIS 变电站共3770个气室中SF6分解产物的体 积分数 为SF6GIS潜伏性故障及其故障类型判断累积经验 结果显示 SF6GIS中二氧化碳 CO 2 CF4 氟化亚硫
2、 酰 SOF2 氟化硫酰 SO 2F2 十氟化二硫酰 S 2OF10 SO2和硫化氢 H 2 S 都呈偏正态分布 CO2 CF4 SOF2 SO2 F2 S2OF10的体积分数均低于1000 10 6 SO2的体积分数均 3 10 6 H2S的体积分数均 146 10 6和 46 10 6 而该开关A相和C相 SF6气体中CF4的体积分数都 20 10 6 SO2和 H2S的体积分数都 0 14 10 6 由此判断该开 关B相发生了故障 而A相和C相正常 后经解体 发现 该开关B相间隔内部绝缘击穿发生电弧放电 故障 各文献报道中通过检测SF6气体中SO2的体 积分数也已成功判断了多起电气设备故
3、障 7 8 迄今为止 虽然通过分析SF6气体中CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10 SO2和H2S的体积分数可以 有效地判断电气设备的故障 但对于判断电气设备 的潜伏性故障则无太多经验 判断SF6组合电器是 否存在潜伏性故障 首先 应该了解不同电压等级 不同运行时间 不同厂家的SF6组合电器中CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10 SO2和H2S的体积分数 水平 为了清楚知道SF6组合电器气体杂质体积分 数 及时发现和判断SF6组合电器是否存在潜伏性 故障 并为今后判断设备潜伏性故障类型积累经验 2007年对广东省220 kV及以上的SF6组合电器 GIS 气体杂质体
4、积分数情况做了全面普查 SO2 和H2S在设备正常运行状态下即可现场测定 CF4 CO2 SOF2 SO2F2和S2OF10则需现采场样 带回实 验室分析检测 本文总结了2007年广东省220 kV 及500 kV SF6GIS变电站设备中SF6分解产物 CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10 SO2和H2S的体积 分数水平 并按照电压等级 运行时间 设备厂家对 所得数据做了统计分析 据笔者知 该工作在国内 属首次报道 此次普查为SF6电气设备故障及其潜 伏性故障判断提供依据 图1 广东省500 kV的SF6GIS气体设备厂家的比例 Fig 1 Percentages of dif
5、ferent manufacturers of 500 kV SF6GIS in Guangdong 1 实验材料和检测方法 我国国家标准 9 对SF6新气中空气杂质 CF4杂 质和SF6纯度分析方法和指标做了规定 电力行业 标准 10 也对SF6中空气 CF4和SF6纯度分析方法做 了规定 国际电工协会标准 3 中也对SF6气体中 CF4 CO2 SOF2 SO2F2 SO2等杂质的分析方法做 了简述 不少研究者也对SF6中杂质体积分数的分 析做了详细的研究 11 12 S2OF10也是SF6气体中的 杂质组分之一 由于其高毒性也受到广大研究者的 注意 13216 王继宗等研究者 15 甚至
6、自制了其标样 以便更准确地分析S2OF10 在上述标准和研究的 基础上 建立了CF4 CO2 SOF2 SO2F2和S2OF10 同时测定的气相色谱分析法 空气 CF4 SF6 CO2 SOF2 SO2F2和S2OF10体 积分数的测定采用日本岛津GC214C气相色谱分析 仪 色谱柱为涂有癸二酸二异辛酯的硅胶填充柱 2 mm 3 m 采用热导检测器检测 检测器温度75 C 检测器桥电流150 mA 载气为氦气 载气的体积 流量为50 mL min 进样口温度75 C 柱温50 C 采用归一法测定空气 CF4 SF6 CO2 SOF2 SO2F2 和S2OF10的体积分数 2 广东省220 kV
7、及以上的SF6GIS中SF6 分解产物体积分数的现状 2 1 广东省220 kV及以上的SF6GIS的基本情况 本次普查共检测了74个SF6组合电器变电站 其中 500 kV变电站11个 200 kV变电站63个 500 kV设备气室1001个 200 kV设备气室2769个 共 3770个 500 kV SF6组合电器的基本情况可参见图 1 其设备皆为进口设备 厂家有5家 分别为日本 TMT 沈阳开 关厂和河南平高电气公司其次 分别占15 和 11 新东北电气最少 占8 2 2 广东省220 kV及以上的SF6GIS中SF6分解 产物体积分数的现状 本文共统计了SF6组合电器气体分解产物的
8、数据3770个 图3显示了这些气体中CO2体积分数 CO 2 在各区间出现次数N的分布图 由图可 见 直方图中CO2体积分数在N的最高处同拟合的 正态分布曲线中轴线不完全重合 直方图呈现的几 乎是半个正态曲线 CO2体积分数为偏正态分布 其它SF6分解产物CF4 SOF2 SO2F2 S2OF10 SO2 和H2S的出现次数分布图也类似 均为偏正态分 布 目前 运行的220 kV和500 kV的GIS设备中 CF4 CO2 SOF2 SO2F2和S2OF10体积分数基本均 1000 10 6 97 以上的GIS设备中CF4 CO2 SOF2 SO2F2和S2OF10体积分数都 500 10 6
9、 220 kV及500 kV GIS设备中CF4 CO2 SOF2 SO2 F2和S2OF10的具体体积分数见表1 220 kV和500 kV的GIS设备中SO2的体积分数均 3 10 6 H2 S的体积分数均 1 10 6 SO2的体积分数 0 1 10 6以下的占 15 在 0 11 1 10 6之间的占 78 在 1 3 10 6之间的占 7 H2S的体积分 数 0 1 10 6 的占98 在 0 11 1 10 6 之间 的占2 具体体积分数见表2 3 广东省220 kV及以上的SF6GIS中SF6 分解产物普查结果的分析和讨论 3 1 各SF6分解产物间的相关性 表3列出了SF6组合
10、电器气体中各SF6分解产 物间的相关性 其中 CO2同SOF2 SO2F2 S2OF10 间的相关性较好 相关系数从0 451 0 618不等 SO2F2同S2OF10的相关性最好 相关系数为0 765 其余化合物间的相关性则很差 相关系数在 0 004 0 290之间 CO2 SOF2 SO2F2和S2OF10间存在 较好的相关性 说明SF6分解时可能同时产生CO2 SOF2 SO2F2和S2OF10 它们甚至可能是同种故障 的表征 图2 广东省220 kV的SF6GIS气体设备厂家的比例 Fig 2 Percentages of different manufacturers of 220
11、 kV SF6GIS in Guangdong 图3 SF6GIS气体中CO2体积分数的频率密度分布图 Fig 3 Frequency distribution of CO2in SF6GIS gas 表1 广东省220 kV及以上SF6GIS气体中CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10体积分数的比例 Tab 1 Percentages of CF4 CO2 SOF2 SO2F2and S2OF10 concentrations in GIS 220 kVand above of Guangdong 化合物 1000 10 6 CF491 8 1 0 CO280 17 2 9 0
12、1 SOF297 2 7 0 03 0 SO2F293 6 87 0 13 0 S2OF1091 8 1 0 表2 广东省220 kV及以上的SF6GIS气体中 SO2和H2S体积分数的比例 Tab 2 Percentages of SO2and H2S concentrations in GIS 220 kVand above of Guangdong 化合物 3 10 6 SO215 78 7 0 H2S98 2 0 0 528 2009年4月高 电 压 技 术第35卷第4期 表3 SF6GIS气体中各SF6分解产物间的相关性 Tab 3 Correlation coefficients
13、of different SF6byproducts in the SF6GIS 化合物空气CF4CO2SOF2SO2F2S2OF10SO2H2S 空气1 000 CF4 0 161 1 000 CO2 0 004 0 0691 000 SOF2 0 050 0 0970 4511 000 SO2F2 0 009 0 035 0 6180 2381 000 S2OF100 013 0 078 0 5390 2900 7651 000 SO20 3140 163 0 036 0 028 0 080 0 034 1 000 H2S0 0470 074 0 040 0 036 0 047 0 045
14、 0 1811 000 3 2 500 kV和220 kV GIS中SF6分解产物的区别 500 kV和220 kV的SF6GIS由于开断电流不 同 即使正常运行的SF6GIS气体中SF6分解产物体 积分数也有区别 由于不同变电站设备运行环境 设备运行情况和设备维护情况都不尽相同 在500 kV和220 kV SF6GIS气体中SF6分解产物体积分 数的比较时 选取同一个变电站不同电压等级的设 备进行比较 虽然同一变电站不同电压等级的设备 生产厂家 设备型号不同 但它们外部环境一致 经 历了相同的温度 湿度 气压等环境 最大程度的说 明了不同电压等级对设备内部气体中SF6分解产物 体积分数的影
15、响 表4列出了500 kV和220 kV GIS设备中SF6 分解产物CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10 SO2和 H2S的体积分数 在深圳 广州 东莞 佛山的4个 变电站中 500 kV GIS中SF6分解产物CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10的体积分数 基本都未检出 都 低于220 kV GIS中SF6分解产物CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10的体积分数 东莞和佛山的两个变 电站中 500 kV GIS中SF6分解产物SO2和H2S的 体积分数也都低于220 kV GIS中SO2和H2S的体 积分数 3 3 运行时间的影响 表5和表6中给出了
16、不同投运时间的220 kV 及500 kV设备中SF6分解产物CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10 SO2和H2S的体积分数 由表中可 见 设备的运行时间越长 其中SF6分解产物的体积 分数越高 随着SF6GIS运行时间的增加 电流的 开断次数增加 产生的电弧也较多 可能导致SF6 GIS中气体分解产物增加 本次普查的结果也显 示 设备运行时间越长 其设备SF6分解产物CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10 SO2和H2S的体积分数 也显著增加 表5和表6列了同一变电站不同电压 表4 500 kV和220 kV的SF6GIS气体中CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10 SO2和H2S体积分数的区别 Tab 4 Difference of CF4 CO2 SOF2 SO2F2 S2OF10 SO2and H2S concentrations between 500 kVand 220 kV SF6GIS10 6 变电站CF4CO2SOF2SO2F2S2OF10SO2H2S 深圳某 变电站 500kV未检出未检出未检出2未检出 220kV未检出6203
