六氟化硫變壓器特征氣體的產生及檢測

    六氟化硫變壓器是近年從國外新引進的電氣設備，當變壓器在運行中出現故障時，作為主要絕緣介質的六氟化硫氣體可能會產生故障特征氣體。根據廠家提供的氣體質量指標，通過特征氣體產生原理的分析和模擬實驗的驗證，提出了檢測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的絕緣油作為主要絕緣介質的變壓器，它具有絕緣強度高、不燃和防爆等優(yōu)點，特別適合于城市中心區(qū)域變電站。由于傳統的介質檢測方法不能適應絕緣介質的改變，因此，必須提出有關相應的檢測手段，以監(jiān)督設備的安全運行。

    1、六氟化硫變壓器的氣體質量指標

    六氟化硫變壓器對六氟化硫氣體質量有特殊的要求，如深圳供電局引進日本三菱株式會社的六氟化硫變壓器，容量為50MVA，采用強迫循環(huán)風冷卻，表1是由廠家提供的氣體質量指標。目前國內尚未制定有關的技術指標。 

    2、六氟化硫變壓器特征氣體的產生

    變壓器在運行中可能會發(fā)生過熱、局部放電、閃絡和電弧等故障，這些故障均以熱的形式表現出來。對于傳統絕緣油變壓器，通常采用氣相色譜的方法，通過分析油裂解出來的甲烷、乙烷和氫等特征氣體來進行故障判斷。而六氟化硫作為絕緣介質，在一定的溫度下會分解，但又極易復合，因此，在六氟化硫氣體中檢測其分解物是極為困難的。但在故障波及固體絕緣時，六氟化硫會產生一些分解物，如繞組出現過熱、放電等故障時，導線的固體絕緣物（如聚酯薄膜、絕緣紙等）會炭化分解產生一氧化碳和二氧化碳，含量隨故障的能量大小而變化。如絕緣紙在溫度超過100℃時會有下列反應：


    當溫度大于300℃，水分、空氣等雜質含量較高時，并在金屬（例如銅）的作用下，六氟化硫氣體可能會產生以下的反應：
    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 

    因此可以通過檢測這些分解物來判斷故障。

    3、模擬過熱故障試驗 

    為了模擬六氟化硫變壓器繞組發(fā)生過熱的情形，我們使用圖1的實驗裝置測量六氟化硫氣體在固體絕緣下過熱的分解物。容器內充0.2MPa壓力的六氟化硫氣體，試驗時控制溫度為150～250℃，每加熱1h取出氣體，檢測四氟化碳、一氧化碳和二氧化碳的體積分數，數據見表2。從表2的數據看出，在六氟化硫氣體中的固體絕緣的過熱分解會產生一氧化碳和二氧化碳，其體積分數與過熱點的溫度、時間呈正比。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太大差別。溫度為150℃時絕緣紙開始炭化；加熱溫度大于250℃時，絕緣紙極易炭化。特征氣體以一氧化碳變化突出，絕緣紙在缺氧的氣氛下，加熱炭化過程的產物主要為一氧化碳。因此，將檢測一氧化碳氣體作為檢測六氟化硫變壓器的主要質量指標是必要的。 

    4、特征氣體的檢測方法 

    4.1 可水解氟化物和酸度 

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

    六氟化硫的酸度測試方法：以一定量的氣體被過量的堿液吸收，然后用酸標準液滴定，根據酸溶液的體積、濃度的消耗程度來計算六氟化硫的酸度。 

    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行測定，可用熱導檢測器測定，若要提高靈敏度可用火焰光度檢測器。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行測量，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檢測器檢測，檢測靈敏度約為0.01%（體積分數），采用雙熱導池的方式。柱溫度應考慮使用程序升溫，加快出峰時間，檢測譜圖見圖2。若用經過鎳觸媒轉換后用氫火焰檢測器檢測，檢測靈敏度不小于0.0025%（體積分數），但要考慮六氟化硫氣體對鎳觸媒的毒化。 

    5、討論 

    六氟化硫變壓器（包括互感器）的氣體檢測試驗除了檢測濕度外應增加檢測一氧化碳、二氧化碳和水解氟化物等項目，這樣可以把這些氣體體積分數的變化作為判斷潛伏性故障的依據。由于六氟化硫變壓器運行時間不長，對氣體采樣、檢測方法及判斷標準等尚未規(guī)范，應建立規(guī)范的試驗方法及質量標準，采用逐年跟蹤檢測的方法進行監(jiān)視，積累經驗，為安全運行提供有效的依據。

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