CN105242182A - 基于sf6气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于SF₆气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法，包括步骤1：用气相色谱检测***检测运行开关设备的SF₆气体分解产物；步骤2：统计SF₆气体分解产物的检测结果，确定SF₆气体分解产物的特征气体，及其该特征气体的特征参量；步骤3：依据所述特征参量判断运行开关设备的内部缺陷类型。与现有技术相比，本发明提供的一种基于SF₆气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法，建立了不同设备缺陷下SF₆气体分解产物的特征参量判断方法，提高了开关设备内部缺陷判断的可靠性和有效性。

Description

基于SF6气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法

技术领域

本发明涉及电气设备检测技术领域，具体涉及一种基于SF₆气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法。

背景技术

开关设备长期运行过程中，SF6气体绝缘开关设备运行中出现放电、过热等缺陷，影响设备安全运行。现场经验表明SF6气体分解产物检测手段可有效检测出设备内部缺陷，需要提出有效的设备缺陷判断方法，及时发现设备缺陷，避免出现设备故障引发事故。

开关设备传统的电气设备检测手段和局放检测方法存在一定的制约，难以及时有效检测出设备内部缺陷，针对运行开关设备内部缺陷的检测与判断，现场主要开展局部放电或SF6气体分解产物带电检测。

(1)采用局部放电检测技术，可对设备内部发生的电晕放电、火花放电、导电微粒、绝缘沿面和内部气隙等缺陷进行诊断，提出了脉冲电流、超声波和特高频法检测不同缺陷发展的特征局放信号及诊断原则。

在金属尖端、自由金属微粒、沿面、悬浮电位和绝缘内部气隙等典型局放缺陷下，得到了脉冲电流法PRPD图谱、特高频PRPS图谱与超声波特征指数图谱的变化、发展规律，见表2～表6。提取了视在局放量、特高频相位分布、超声波特征指数等参数的变化，可表征局部放电缺陷发展中起始电压至击穿电压区间的特征参数变化规律，用来判断开关设备存在的运行潜伏性缺陷。但是，局放检测方法不能判断设备内部存在的电弧放电故障，也难以检测出设备的过热缺陷，且局放检测受检测环境的电磁干扰影响较大，难以得到定量结果，其对设备内部缺陷判断仍存在不足。

脉冲电流法需外接电容和检测阻抗测量设备产生的局放信号，仅在实验室用于标定局部放电的视在局放量，不能用于现场运行设备的局放缺陷检测。

特高频法要求被测设备带有能够辐射出电磁波的绝缘缝隙，如盆式绝缘子、观察窗等，否则应在被测设备内部预先安装内置特高频传感器。此外，由于电磁波的传播速度快且衰减较小，局放缺陷的精确定位通常采用高速数字示波器采集，对检测信号进行滤波以获取包络线或比较不同部位的特高频信号强弱，实现局放缺陷定位，检测精度较差。

超声波检测法对绝缘内部放电灵敏度较差，仅对近距离的放电缺陷较敏感，且易受周围环境噪声的影响，特别当被测设备自身存在机械振动或电磁振动时，将会对超声波检测结果造成较大的影响，严重时甚至可造成误判。此外，因固体绝缘材料对超声波信号的传播衰减较大，其不宜用于检测SF6开关设备的盆式绝缘子放电缺陷。

(2)采用SF6气体状态带电检测技术判断设备运行内部缺陷，制定了国家电网公司企业标准Q/GDW1896-2013《SF6气体分解产物检测技术现场应用导则》，提出了气体绝缘设备运行状态判断的检测组分、技术指标和评价结果，见表7。

若检测到设备中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。

SF6气体分解产物带电检测方法制定了该项技术的现场应用导则，提出了设备状态判断的SF6气体分解产物单一组分含量范围。由于设备运行工况较复杂，SF6气体分解产物检测结果受多因素影响，与环境条件、设备结构等均有关，如气体的空气含量、含水量和设备气室的大小、开合电流等状况，会较大影响设备中SF6气体分解产物组分及其含量。可见，SF6气体分解产物单一组分含量绝对值难以用于判断设备缺陷或运行状态，在现场设备带电检测或状态检测的可操作性较差，有必要完善设备状态判断指标。

因此，需要提供一种能够得到各缺陷模式下的特征参量变化范围，对设备内部缺陷进行判断的方法，提高设备缺陷判断的可靠性和有效性。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于SF₆气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法。

本发明的技术方案是：

所述方法包括：

步骤1：用气相色谱检测***检测所述运行开关设备的SF₆气体分解产物，所述气相色谱检测***包括气相色谱仪和第一氦离子检测器和第二氦离子检测器；

所述第一氦离子检测器，用于检测包含碳化物的SF₆气体分解产物；所述第二氦离子检测器，用于检测包含硫化物的SF₆气体分解产物；

步骤2：统计所述SF₆气体分解产物的检测结果，确定SF₆气体分解产物的特征气体，及其该特征气体的特征参量；

所述特征气体包括所述SF₆气体分解产物中组分含量最大的气体，以及组分含量接近该最大含量的气体；所述特征参量为特征气体的含量比值；

步骤3：依据所述特征参量判断所述运行开关设备的内部缺陷类型，所述运行开关设备的内部缺陷类型包括电弧放电缺陷、异常过热缺陷和局部放电缺陷；

当所述特征气体包括SO₂和H₂S时，运行开关设备存在电弧放电缺陷或者异常过热缺陷；所述电弧放电缺陷和异常过热缺陷的特征参量为SO₂/H₂S；

当所述特征气体包括SOF₂、SO₂和SO₂F₂时，运行开关设备存在局部放电缺陷；所述局部放电缺陷的特征参量为(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂。

优选的，步骤3中，判断所述运行开关设备存在电弧放电缺陷和异常过热缺陷的方法为：

当所述特征气体包括SO₂、H₂S和CO，且特征参量SO₂/H₂S的值为1～5时，运行开关设备存在电弧放电缺陷：若特征参量SO₂/H₂S的值为1～3，则存在低能的电弧放电缺陷，若特征参量SO₂/H₂S的值为4～5时，则存在高能的电弧放电缺陷；

当所述特征气体包括SO₂、H₂S、CF₄和CO₂，且特征参量SO₂/H₂S的值为7～25时，则运行开关设备的金属连接件存在异常过热点；

当所述特征气体包括SO₂、H₂S、CF₄和CS₂或者包括SO₂、H₂S、CF₄、CO₂和CS₂，且特征参量SO₂/H₂S的值为7～25时，则运行开关设备的绝缘材料存在异常过热点；

优选的，步骤3中，判断所述运行开关设备存在局部放电缺陷的方法为：

当特征参量(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂的值小于1时，所述运行开关设备存在低能的局部放电缺陷；当特征参量(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂的值为1～5时，所述运行开关设备存在高能的局部放电缺陷；

优选的，所述局部放电缺陷的评估方法为：

步骤(1)：计算特征气体的分解产率；

步骤(2)：依据所述分解产率和特征气体的含量，计算开关运行设备内部的累计放电能量；

步骤(3)：计算局部放电的放电功率，所述放电功率为单次放电能量与脉冲重复率的乘积；

步骤(4)：依据所述累计放电能量和放电功率评估局部放电缺陷。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种基于SF₆气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法，采用SF₆气体分解产物中特征气体的含量比值作为开关设备缺陷类型判断的特征参量，其余设备结构、运行工况和环境条件等影响因素的关联性较小；

2、本发明提供的一种基于SF₆气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法，基于不同缺陷下的特征参量取值范围，可以有效区分设备内部出现的电弧、局部放电和发热缺陷，得到了缺陷发展过程中的特征参量变化趋势，为设备内部缺陷类型判断及其缺陷发展提供了依据；

3、本发明提供的一种基于SF₆气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法，建立了不同设备缺陷下SF₆气体分解产物的特征参量判断方法，提高了开关设备内部缺陷判断的可靠性和有效性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种基于SF₆气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法流程图；

图2：本发明实施例中气相色谱检测***检测运行开关设备的连接示意图；

图3：本发明实施例中第一氦离子检测器检测到的SF₆气体分解产物典型色谱峰；

图4：本发明实施例中第二氦离子检测器检测到的SF₆气体分解产物典型色谱峰；

图5：本发明实施例中低能的电弧放电缺陷中特征参量分布图；

图6：本发明实施例中高能的电弧放电缺陷中特征参量分布图；

图7：本发明实施例中电弧放电缺陷中SO₂/H₂S含量比值分布图；

图8：本发明实施例中异常过热缺陷中温度对特征参量的影响示意图；

图9：本发明实施例中异常过热缺陷中气压对特征参量的影响示意图；

图10：本发明实施例中异常过热缺陷中吸附剂对特征参量的影响示意图；

图11：本发明实施例中电弧放电缺陷与异常发热缺陷的SO₂/H₂S含量比值比较示意图；

图12：本发明实施例中局部放电缺陷中(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂含量比值示意图；

图13：本发明实施例中局部放电缺陷的评估流程示意图；

其中，1：针型阀；2：压力传感器；3：第一定量管；4：第二定量管；5：第三定量管；6：第一色谱柱；7：第二色谱柱；8：第三色谱柱；9：第一十通阀；10：第一六通阀；11：第二十通阀；12：第二六通阀；13：第四色谱柱；14：第五色谱柱；15：第六色谱柱；16：第一氦离子检测器；17：第二氦离子检测器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种基于SF₆气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法的实施例如图1所示，具体为：

一、用气相色谱检测***检测运行开关设备的SF₆气体分解产物。

如图2所示，气相色谱检测***包括气相色谱仪和第一氦离子检测器16和第二氦离子检测器17。本实施例中气相色谱检测***能够检测出SOF₂、SO₂F₂、SO₂、H₂S、CO、CF₄、CO₂和CS₂等SF₆气体分解产物组分，对疑似存在缺陷的运行开关设备进行SF₆气体分解产物带电检测。其中，

第一氦离子检测器PDD1，用于检测包含碳化物的SF₆气体分解产物；

第二氦离子检测器PDD2，用于检测包含硫化物的SF₆气体分解产物。

本实施例中第一氦离子检测器检测到的SF₆气体分解产物的典型色谱峰如图3所示，第二氦离子检测器检测到的SF₆气体分解产物的典型色谱峰如图4所示，不同气体组分色谱峰的保留时间如表1所示：

表1

二、统计SF₆气体分解产物的检测结果，确定SF₆气体分解产物的特征气体，及其该特征气体的特征参量。

本实施例中设定特征气体包括SF₆气体分解产物中组分含量最大的气体，以及组分含量接近该最大含量的气体；特征参量为特征气体的含量比值。

三、依据特征参量判断运行开关设备的内部缺陷类型。

运行开关设备的内部缺陷类型包括电弧放电缺陷、异常过热缺陷和局部放电缺陷。各类型曲线的判断原则为：

①：电弧放电缺陷和异常过热缺陷

当特征气体包括SO₂和H₂S时，运行开关设备存在电弧放电缺陷或者异常过热缺陷。

电弧放电缺陷和异常过热缺陷的特征参量为SO₂/H₂S。其中，SO₂/H₂S的值与水分含量、SF₆气压、电极材料和吸附剂的关联性较小，因此选用SO₂/H₂S的值作为电弧放电和异常过热的特征参量。

②：局部放电缺陷

当特征气体包括SOF₂、SO₂和SO₂F₂时，运行开关设备存在局部放电缺陷。

局部放电缺陷的特征参量为(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂。

1、判断运行开关设备存在电弧放电缺陷和异常过热缺陷的方法为：

(1)电弧放电缺陷

当特征气体包括SO₂、H₂S和CO，且特征参量SO₂/H₂S的值为1～5时，运行开关设备存在电弧放电缺陷：

本实施例中以电弧能量10kJ进行区分，若放电能量大于10kJ则为高能的电弧放电，若放电能量小于10kJ则为低能的电弧放电。其中，低能的电弧放电特征参量分布如图5所示，图5中“Δ”表征低能电弧放电的特征参量点；高能的电弧放电特征参量分布如图6所示，图6中“◆”表征高能电弧放电的特征参量点。不能区分电弧放电能量时，特征参量的分布如图7所示，特征参量SO₂/H₂S的值为1～5，图7中“□”表征电弧放电的特征参量点。

①：若特征参量SO₂/H₂S的值为1～3，则存在低能的电弧放电缺陷；

②：若特征参量SO₂/H₂S的值为4～5时，则存在高能的电弧放电缺陷。

(2)异常过热缺陷

当特征气体包括SO₂、H₂S、CF₄和CO₂，且特征参量(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂的值为7～25时，则运行开关设备的金属连接件存在异常过热点。

当特征气体包括SO₂、H₂S、CF₄和CS₂，且特征参量(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂的值为7～25时，则运行开关设备的绝缘材料存在异常过热点。

当特征气体包括SO₂、H₂S、CF₄、CO₂和CS₂，且特征参量(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂的值为7～25时，则运行开关设备的绝缘材料存在异常过热点。

本实施例中在有吸附剂的情况下，加热时间对特征参量的影响如图8所示，图8中“◆”为异常过热缺陷在250℃下的特征参量点，“□”为异常过热缺陷在265℃下的特征参量点，“Δ”为异常过热缺陷在270℃下的特征参量点，“-”为异常过热缺陷在280℃下的特征参量点。气压和温度对特征参量的影响如图9所示，图9中“◆”为异常过热缺陷在0.25MPa下的特征参量点，“□”为异常过热缺陷在0.35MPa下的特征参量点，“Δ”为异常过热缺陷在0.45MPa下的特征参量点。在没有吸附剂的情况下热证参量的分布如图10所示，图10中，“Δ”为异常过热缺陷有吸附剂的特征参量点，“◆”为异常过热缺陷无吸附剂时的特征参量点。通过图8-10可以得到吸附剂对特征参量的影响较小。

本实施例中对电弧放电缺陷和异常发热缺陷的试验中均选取SO₂/H₂S的值作为故障模式下的特征参量，对良好总故障缺陷下的特征参量比较后的结果如图11所示，图11“1”代表高能电弧放电缺陷，“2”代表低能电弧放电缺陷，“3”代表异常过热缺陷，“·”为高能电弧放电缺陷的SO2/H2S含量比值点，“Δ”为高能电弧放电缺陷的SO2/H2S含量比值点，“□”为异常过热缺陷的SO2/H2S含量比值点。电弧放电时特征参量小于5，睡着电弧能量降低特征参量增大；异常发热时，特征参量为7～25。

2、判断运行开关设备存在局部放电缺陷的方法为：

当特征参量(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂的值小于1时，运行开关设备存在低能的局部放电缺陷；

当特征参量(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂的值为1～5时，运行开关设备存在高能的局部放电缺陷。

本实施例中局部放电缺陷时特征参量(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂的分布如图12所示，图12中“O”为火花放电的(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂含量比值点，“□”为电晕放电的(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂含量比值点。其中，电晕放电下，特征参量分布在0～1之间；悬浮电位火花放电下，特征参量分布在1～5之间；随着局部放电能量的增加，SOF₂的含量占主要比重。

3、随着局部放电强度的增加，特征参量增大。若局部放电的类型由电晕放电转换为火花放电时，特征参量的值从小于1增大到大于1。当发生电弧故障时，特征参量的值达到10以上。在相同的放电缺陷类型下，放电能量增加，特征参量也随之增加。当运行开关设备的局部放电缺陷发展扩大或者严重时，特征参量也会增加，其中SOF₂+SO₂的含量在SF₆气体分解产物的总量中的比率也会增大，由于SO₂几乎全部来源与SOF₂水解产生，因此检测到SOF₂+SO₂增加时，可以确认局部放电缺陷产生的SOF₂含量上升。

利用检测到的SF₆气体分解产物的含量和产率对局部放电缺陷进行评估的方法如图13所示，具体为：

(1)计算特征气体的分解产率；

(2)依据分解产率和特征气体的含量，计算开关运行设备内部的累计放电能量；

(3)计算局部放电的放电功率，所述放电功率为单次放电能量与脉冲重复率的乘积；

(4)依据所述累计放电能量和放电功率评估局部放电缺陷。

附表：

①：GIS金属尖端缺陷发展的特征局放信号变化规律如图2所示：

表2

其中，正负半波对称性在0、0.25、0.5、0.75、1中取值，表示正负半波放电信号对称的程度，0表示仅半波出现放电信号，1表示正负半波出现完全对称的放电信号；/表示无检测结果。

②：GIS自由金属微粒缺陷发展的特征局放信号变化规律如表3所示：

表3

③：GIS沿面放电缺陷发展的特征局放信号变化规律如表4所示：

表4

④：GIS悬浮电位放电缺陷发展的特征局放信号变化规律如表5所示：

表5

⑤：GIS绝缘内部气隙放电缺陷发展的特征局放信号变化规律如表6所示：

表6

⑥：SF₆气体分解产物的气体组分、检测指标和评价结果如表7所示：

表7

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域谱通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于SF₆气体分解产物的运行开关设备内部缺陷判断方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：用气相色谱检测***检测所述运行开关设备的SF₆气体分解产物，所述气相色谱检测***包括气相色谱仪和第一氦离子检测器和第二氦离子检测器；

所述第一氦离子检测器，用于检测包含碳化物的SF₆气体分解产物；所述第二氦离子检测器，用于检测包含硫化物的SF₆气体分解产物；

步骤2：统计所述SF₆气体分解产物的检测结果，确定SF₆气体分解产物的特征气体，及其该特征气体的特征参量；

所述特征气体包括所述SF₆气体分解产物中组分含量最大的气体，以及组分含量接近该最大含量的气体；所述特征参量为特征气体的含量比值；

步骤3：依据所述特征参量判断所述运行开关设备的内部缺陷类型，所述运行开关设备的内部缺陷类型包括电弧放电缺陷、异常过热缺陷和局部放电缺陷；

当所述特征气体包括SO₂和H₂S时，运行开关设备存在电弧放电缺陷或者异常过热缺陷；所述电弧放电缺陷和异常过热缺陷的特征参量为SO₂/H₂S；

当所述特征气体包括SOF₂、SO₂和SO₂F₂时，运行开关设备存在局部放电缺陷；所述局部放电缺陷的特征参量为(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，判断所述运行开关设备存在电弧放电缺陷和异常过热缺陷的方法为：

当所述特征气体包括SO₂、H₂S和CO，且特征参量SO₂/H₂S的值为1～5时，运行开关设备存在电弧放电缺陷：若特征参量SO₂/H₂S的值为1～3，则存在低能的电弧放电缺陷，若特征参量SO₂/H₂S的值为4～5时，则存在高能的电弧放电缺陷；

当所述特征气体包括SO₂、H₂S、CF₄和CO₂，且特征参量SO₂/H₂S的值为7～25时，则运行开关设备的金属连接件存在异常过热点；

当所述特征气体包括SO₂、H₂S、CF₄和CS₂或者包括SO₂、H₂S、CF₄、CO₂和CS₂，且特征参量SO₂/H₂S的值为7～25时，则运行开关设备的绝缘材料存在异常过热点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，判断所述运行开关设备存在局部放电缺陷的方法为：

当特征参量(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂的值小于1时，所述运行开关设备存在低能的局部放电缺陷；当特征参量(SOF₂+SO₂)/SO₂F₂的值为1～5时，所述运行开关设备存在高能的局部放电缺陷。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述局部放电缺陷的评估方法为：

步骤(1)：计算特征气体的分解产率；

步骤(2)：依据所述分解产率和特征气体的含量，计算开关运行设备内部的累计放电能量；

步骤(3)：计算局部放电的放电功率，所述放电功率为单次放电能量与脉冲重复率的乘积；

步骤(4)：依据所述累计放电能量和放电功率评估局部放电缺陷。