CN103344735A - 一种定位gis内部放电性故障的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种定位GIS内部放电性故障的方法，包括采样步骤、现场检测步骤和实验室检测步骤，所述实验室检测步骤包括气体进样，组分检测，样品经色谱柱分离、检测器检测，记录不同组分的峰区面积或峰高，计算各组分的浓度，根据GIS中SF₆气体组分和计算各成分的浓度对GIS内部放电性故障定位。该方法通过检测GIS中SF₆分解物判断GIS设备的内部状况，对GIS进行故障气室定位和对设备中潜伏故障进行跟踪监测，缩小检修范围，缩短检修时间，为GIS设备故障诊断提供一个新的检测手段。

Description

一种定位GIS内部放电性故障的方法

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种定位GIS内部放电性故障的方法，该方法通过检测SF₆分解物对GIS进行故障气室定位和对设备中潜伏故障进行跟踪监测，为GIS设备故障诊断提供一个新的检测手段。

背景技术

SF₆气体具有优良的绝缘和灭弧性能，广泛应用于高压电气设备特别是在组合电器、断路器设备中。纯净的SF₆气体是无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，其自身的分解温度>500℃，在正常运行的情况下分解产物极少，在金属表面当温度200℃也可促使六氟化硫分解。引起SF₆气体分解的主要原因有：局部放电、火花放电和电弧放电等，放电产生的高温电弧使SF₆气体发生分解反应，生成SF₄、SF₃、SF₂、和S₂F₁₀等多种不稳定的低氟硫化物。若是纯净的SF₆气体，上述分解物将随着温度降低会很快复合、还原为SF₆气体。但实际应用中设备的SF₆气体总含有一定量的空气、水分，与多种低氟硫化物发生复杂化学反应，进而生成HF、SOF₂、SO₂F₂等分解产物，对设备内其他绝缘及金属材料有强腐蚀作用，加速绝缘劣化，最终导致设备发生绝缘故障。

在电力工业中，GIS是指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”（Gas Insulated Switchgear）简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。

目前全国大部分电网的110kV及以上电压等级的断路器、GIS和HGIS设备全部采用SF₆气体绝缘。随着GIS设备装用量的增大，运行中的问题也逐渐暴露出来，SF₆绝缘设备的内部工作场强很高、容易因内部微小缺陷导致绝缘性能下降，引起较为严重的局部放电，甚至是绝缘击穿，造成设备故障，严重地威胁电力生产安全。各种放电、过热或者绝缘击穿，会促使SF₆气体分解，产生不同的分解物，因此通过分析设备内SF₆分解物，可以判断设备的内部状况，对电气设备进行故障诊断，确定运行中发生故障的气室位置常常是比较困难的。为了缩小检修范围，缩短检修时间，可以利用故障气室中气体分解物检测来判断有故障的气室位置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种定位GIS内部放电性故障的方法，该方法通过检测GIS中SF₆分解物判断GIS设备的内部状况，对GIS进行故障气室定位和对设备中潜伏故障进行跟踪监测，缩小检修范围，缩短检修时间，为GIS设备故障诊断提供一个新的检测手段。

本发明的技术解决方案如下：

本发明提供一种定位GIS内部放电性故障的方法,包括采样步骤、现场检测步骤和实验室检测步骤，其特征在于，

所述现场检测为检测管检测，所述现场检测步骤为：

（1）将装有来自GIS设备中SF₆气体的取样袋与检测管一端连接，检测管另一端插入气体采样器进气嘴；

（2）推拉气体采样器的手柄，多次采集，至检测管中指示剂变色，判断GIS设备中SF₆气体组分及其含量；

所述实验室检测为气相色谱分析，所述实验室检测步骤为：

（1）在气相色谱仪器运行稳定后，将已知浓度的以氦气为底的单一组分标准气体进样标定，得到该组分的色谱图峰面积A_is或峰高h_is；

（2）气体进样，将采样容器与气体采样阀的进气口相连接，用样品气冲洗定量管及管路0.5min～1min，关闭采样容器阀门；

（3）组分检测，在稳定的色谱仪工作条件下，切换六通定量阀至进样位置，载气与采样管相连，样品经色谱柱分离、检测器检测，记录不同组分的峰区面积A_ig或峰高h_ig；

（4）组分浓度计算，根据不同组分的峰面积A_ig或峰高h_ig，按式（1）计算各组分的浓度

$X_{\mathrm{ig}}=c_{\mathrm{is}}\·\frac{A_{\mathrm{ig}}}{A_{\mathrm{is}}}---\left(1\right)$

式中，X_ig——样品气体中i组分浓度，μL/L；

c_is——标准气体中i组分浓度，μL/L；

A_ig——样品气体中i组分的峰面积，mm²；

A_is——标准气中i组分的峰面积，mm²；

其中A_ig、A_is也可用峰高h_ig、h_is代替。

所述定位方法为根据GIS中SF₆气体组分和式（1）计算各成分的浓度对GIS内部放电性故障定位。

根据本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，所述实验室检测步骤的步骤（3）进样时将六通阀切至排空，直到TCD检测器上SF₆组分出峰完毕后再将六通阀切至FPD，样品进入FPD检测器。

根据本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，所述色谱条件为：色谱柱选用内径1-3mm，长2-4m，80-100目的Porapak Q填充柱。

根据本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，所述色谱条件为：进样口温度为100℃；柱温为初始温度60℃，以每分钟20℃升温至180℃，保持样品组分出峰结束。

根据本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，所述色谱条件为：进样量为1mL，载气为氦气，载气流速24ml/min，TCD检测器温度为250℃,FPD检测器温度230℃。

根据本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，所述检测器采用热导检测器TCD和火焰光度检测器FPD串联方式。

根据本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，参照图1所示，所述的采样步骤为：

（1）将采样容器与GIS设备和真空泵连接；

（2）关闭阀a，打开阀b，旋转三通阀，将采样容器同真空泵连接，启动真空泵，对取样系统抽真空2min～5min，至系统压力降至－0.1MPa；

（3）关闭阀b，停真空泵；

（4）打开阀a、关闭阀b，旋转三通阀，使采样容器同GIS设备连接，GIS设备内的气体充入采样容器中；

（5）重复步骤（2）、（4），用样品气体冲洗采样装置2～3次后，取样，取样完毕，依次关闭三通阀门、阀a，取下采样容器，贴上标签待用。

根据本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，所述的采样容器选自取样袋和具有三通装置的内涂聚四氟乙烯不锈钢钢瓶中的一种。

根据本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，所述钢瓶在采集时其中的压力不超过0.4Mpa，所述取样袋在采集时其中的压力不超过0.2Mpa。

根据本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，所述现场检测步骤：

（1）GIS设备通过样品采集装置与检测管一端连接；

（2）根据检测管说明书上样品量和样品流速计算出采样时间，并关闭阀；

（3）待检测管中指示剂变色终止，即可从色柱所指示的刻度，读出气体中待测组分的含量。

本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，将检测气样取回实验室分析，在当天完成检测；通常不应超过两天；检测气样在暂存时应有防晒、防潮、防热措施。

本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，优选的是，对检测后需排放的SF6废气，作净化处理（如采用碱液吸收的方法）达到国家环保规定标准后，排放。

本发明研究显示不管哪种形式的放电，SF₆发生分解后产物的量与放电能量大致成比例关系，并且当处在高能量放电形式(如电弧放电)下时将产生大量的分解气体，例如SF₄、CF₄等，而这些分解物在局部放电下很少出现，且高能量放电产物中SOF₂含量较其他形式放电而言要高。

本发明通过SO₂、SOF₂、SO₂F₂含量比例可分析判断放电剧烈程度，放电越剧烈，放电能量越大，SO₂含量增多，SOF₂／SO₂F₂体积分数之比增大等；通过H₂S组分含量大小可判断故障的放电能量及故障是否涉及固体绝缘；通过CF₄含量可分析判断固体绝缘情况。

本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法适用新安装的GIS设备、大修后的GIS设备进行SF₆气体分解物的浓度测量。

本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法适用设备投运后，结合状态检修工作同步开展SF6气体分解物的浓度测量。

本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，所述气相色谱仪可检测CO、CO₂、CF₄、SO₂F₂、SOF₂、SO₂、SF₆的浓度，根据谱峰位置可定性分析分解物的组分。根据谱峰面积可定量分析组分浓度。

本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，所述检测管可测定HF、H₂S、SO₂、CO的浓度。

本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法，所述检测管内填充的化学物质与特定组分发生化学反应，生成物使检测管内的指示剂变色，由变色区的长短确定待测组分的含量。

本发明的有益技术效果：

本发明提供一种定位GIS内部放电性故障的方法，该方法通过检测GIS中SF₆分解物判断GIS设备的内部状况，对GIS进行故障气室定位和对设备中潜伏故障进行跟踪监测，缩小检修范围，缩短检修时间，为GIS设备故障诊断提供一个新的检测手段。

附图说明

图1是本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法的采样流程示意图；

图2是本发明所述采用气体取样器检测示意图；

图3是本发明提供的定位GIS内部放电性故障的方法的色谱流程图。

图中：1－六通定量阀；2－干燥管；3－进样口；4－色谱柱；5－热导池参考臂6－热导池测量臂；7－六通阀；8－FPD检测器；9－气体采集袋；10－旋塞；11－气体检测管；12－吸入泵；13－手柄；14－排气。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

1、气体采集：采样装置将气样从气源采集至采样容器中，它由真空泵和连接系统组成，所述采样容器可选具有三通装置的0.5L～1.0L内涂聚四氟乙烯不锈钢钢瓶或1.0L取样袋；连接管路采用聚四氟乙烯管进行连接，在电气设备上取样应有配套接头；采样前应检查采样装置和连接管路，使其保持清洁、干燥；连接管道密封良好。

具体采样方法：

a)按图1将采样容器与气源及真空泵连接。

b)关闭阀a，打开阀b，旋转三通阀，将采样容器同真空泵连接，启动真空泵，对取样系统抽真空2min～5min，至系统压力降至－0.1MPa。

c)关闭阀b，停真空泵，观察真空压力表指示，确定采样系统密封性能良好。

d)打开阀a、关闭阀b，旋转三通阀，将采样容器同设备连接，使设备内的气体充入采样容器中。根据用气量的多少决定表压的高低，但最高不超过0.4Mpa，取样袋不宜超过0.2Mpa。

e)重复步骤(b)、(d)，用样品气体冲洗采样装置2～3次后正式取样，取样完毕后依次关闭三通阀门、阀a，取下采样容器，贴上标签。

2、现场测试：

所用的检测管为通常检测管，在一定内径的玻璃管里紧密地填充检测剂，然后熔封其两端，在其表面应刷有浓度刻度；所用的气体取样器为常用气体取样器，采用活塞使一定容量的圆筒减压，具有吸引气机能，可定量取气样，并可方便地将检测管两端封口切断。步骤1中将GIS中的SF₆气体取出，取样袋连接检测管和气体取样器进行测量。

具体检测方法

a）将气体采样器的手柄向前推进，使筒内空气排尽。将检测管两端在切割孔上折断，然后按照检测管标注的样品流动方向将其插入气体采样器进气嘴，另一端同采样袋相连，注意密封。如图2所示。

b）将手柄上的标位红点对准后盖上的定位红线，拉动手柄至100ml档位（或50ml档位，按检测管使用说明而定）。

c）记住采样次数，采样体积为100ml×n（或50ml×n）次，采完一次复位时，转动手柄15度左右，向前推进手柄，排出筒内气体，便可进行下一次操作。

d）待检测管中指示剂变色终止，即可从色柱所指示的刻度，读出气体中待测组分的含量。

3、实验室检测：

仪器和材料：气相色谱仪，采用带有热导检测器（TCD）和火焰光度检测器（FPD）的气相色谱仪，仪器控制阀应为电磁阀，检测数据的采集及计算宜采用专业分析软件，同时采集热导检测器（TCD）、火焰光度检测器（FPD）的输出信号；采用氦气作为载气，纯度不低于99.99％，色谱条件见下表1

表1色谱条件

具体检测方法：

（1）仪器的标定：采用外标定量法，在仪器运行工况稳定且相同的条件下，将已知浓度的以氦气为底的单一组分标准气体进样标定，从得到的色谱图上算出该组分的峰面积Ais（或峰高his）。

（2）气体进样：将采样容器与气体采样阀的进气口相连接。打开采样容器阀门，用样品气冲洗定量管及管路0.5min～1min，把取样回路中的空气、残气吹洗出去，然后关闭采样容器阀门。

（3）组分检测：在稳定的色谱仪工作条件下，切换六通定量阀至进样位置，使载气与采样管相连，使样品经分离柱、检测器进行分离检测，记录各不同组分的峰区面积（或峰高），然后将六通阀切至采样位置。在用图3分析样品时，进样时应将六通阀切至排空，直到TCD检测器上SF6组分出峰完毕后再将六通阀切至FPD相通，让样品进入FPD检测器，六通阀的切换时间应根据组分分离情况进行选择，避免将待测组分切除。

（4）组分浓度计算

记录各种不同成分的峰区面积（或峰高），按式（1）计算各成分的浓度

$X_{\mathrm{ig}}=c_{\mathrm{is}}\·\frac{A_{\mathrm{ig}}}{A_{\mathrm{is}}}---\left(1\right)$

式中，X_ig——样品气体中i组分浓度，μL/L；

c_is——标准气体中i组分浓度，μL/L；

A_ig——样品气体中i组分的峰面积，mm²；

A_is——标准气中i组分的峰面积，mm²；

其中A_ig、A_is也可用峰高h_ig、h_is代替。

实施例2

某500kV GIS采用其他方法检测发现某站GIS设备4个刀闸气室有SO₂+SOF₂组分，所有气室未检测到H₂S和HF组分。常规跟踪检测发现组分有增长的趋势，见表2。

表2某站GIS中SF6分解产物测试记录

初步分析认为2号气室分解物增长显著，判断内部存在持续性的局部放电，建议进行解体检修，消除缺陷。

由于停电的影响巨大，采用本发明方法进行检测比对，分析是否存在放电。

采用本发明现场检测管取样分析和送实验室色谱检测，表3为现场使用分解产物检测管测试结果，表4为取气样进行实验室色谱检测结果。检测结果表明1～4号气室中未检测出典型的放电分解物。

表3分解产物检测管测试结果

表4气样实验室色谱检测结果

综合分析认为：对指定的四个气室，用分解产物检测管，现场均未检测出SO₂、HF、H₂S成分。对取气样进行实验室色谱检测，发现4个气室中均含有未知含硫杂质，未知杂质中可确认含有S₂OF₁₀，且该组分在1号气室中含量最高，达10μL/L，但不属于放电故障的特征组分，不建议停电检修。应用本发明方法，避免了不必要的检修，提高了供电可靠性。

本发明提供一种定位GIS内部放电性故障的方法，该方法通过检测GIS中SF₆分解物判断GIS设备的内部状况，对GIS进行故障气室定位和对设备中潜伏故障进行跟踪监测，缩小检修范围，缩短检修时间，为GIS设备故障诊断提供一个新的检测手段。

Claims (10)

1.一种定位GIS内部放电性故障的方法,包括采样步骤、现场检测步骤和实验室检测步骤，其特征在于，

所述现场检测为检测管检测，所述现场检测步骤为：

（1）将装有来自GIS设备中SF₆气体的取样袋与检测管一端连接，检测管另一端插入气体采样器进气嘴；

（2）推拉气体采样器的手柄，多次采集，至检测管中指示剂变色，判断GIS设备中SF₆气体组分及其含量；

所述实验室检测为气相色谱分析，所述实验室检测步骤为：

（1）在气相色谱仪器运行稳定后，将已知浓度的以氦气为底的单一组分标准气体进样标定，得到该组分的色谱图峰面积A_is或峰高h_is；

（2）气体进样，将采样容器与气体采样阀的进气口相连接，用样品气冲洗定量管及管路0.5min～1min，关闭采样容器阀门；

（3）组分检测，在稳定的色谱仪工作条件下，切换六通定量阀至进样位置，载气与采样管相连，样品经色谱柱分离、检测器检测，记录不同组分的峰区面积A_ig或峰高h_ig；

（4）组分浓度计算，根据不同组分的峰面积A_ig或峰高h_ig，按式（1）计算各组分的浓度

$X_{\mathrm{ig}}=c_{\mathrm{is}}\·\frac{A_{\mathrm{ig}}}{A_{\mathrm{is}}}---\left(1\right)$

式中，X_ig——样品气体中i组分浓度，μL/L；

c_is——标准气体中i组分浓度，μL/L；

A_ig——样品气体中i组分的峰面积，mm²；

A_is——标准气中i组分的峰面积，mm²；

其中A_ig、A_is也可用峰高h_ig、h_is代替。

所述定位方法为根据GIS中SF₆气体组分和式（1）计算各成分的浓度对GIS内部放电性故障定位。

2.根据权利要求1所述的定位GIS内部放电性故障的方法，其特征在于，所述实验室检测步骤的步骤（3）进样时将六通阀切至排空，直到TCD检测器上SF6组分出峰完毕后再将六通阀切至FPD，样品进入FPD检测器。

3.根据权利要求1所述的定位GIS内部放电性故障的方法，其特征在于，所述色谱条件为：色谱柱选用内径1-3mm，长2-4m，80-100目的Porapak Q填充柱。

4.根据权利要求1所述的定位GIS内部放电性故障的方法，其特征在于，所述色谱条件为：进样口温度为100℃；柱温为初始温度60℃，以每分钟20℃升温至180℃，保持样品组分出峰结束。

5.根据权利要求1所述的定位GIS内部放电性故障的方法，其特征在于，所述色谱条件为：进样量为1mL，载气为氦气，载气流速24ml/min，TCD检测器温度为250℃,FPD检测器温度230℃。

6.根据权利要求1所述的定位GIS内部放电性故障的方法，其特征在于，所述检测器采用热导检测器TCD和火焰光度检测器FPD串联方式。

7.根据权利要求1所述的定位GIS内部放电性故障的方法，其特征在于，所述的采样步骤为：

（1）将采样容器与GIS设备和真空泵连接；

（2）关闭阀a，打开阀b，旋转三通阀，将采样容器同真空泵连接，启动真空泵，对取样系统抽真空2min～5min，至系统压力降至－0.1MPa；

（3）关闭阀b，停真空泵；

（4）打开阀a、关闭阀b，旋转三通阀，使采样容器同GIS设备连接，GIS设备内的气体充入采样容器中；

（5）重复步骤（2）、（4），用样品气体冲洗采样装置2～3次后，取样，取样完毕，依次关闭三通阀门、阀a，取下采样容器，贴上标签待用。

8.根据权利要求7所述的定位GIS内部放电性故障的方法，其特征在于，所述的采样容器选自取样袋和具有三通装置的内涂聚四氟乙烯不锈钢钢瓶中的一种。

9.根据权利要求8所述的定位GIS内部放电性故障的方法，其特征在于，所述钢瓶在采集时其中的压力不超过0.4Mpa，所述取样袋在采集时其中的压力不超过0.2Mpa。

10.根据权利要求1所述的定位GIS内部放电性故障的方法，其特征在于，所述现场检测步骤：

（1）GIS设备通过样品采集装置与检测管一端连接；

（2）根据检测管说明书上样品量和样品流速计算出采样时间，并关闭阀；

（3）待检测管中指示剂变色终止，即可从色柱所指示的刻度，读出气体中待测组分的含量。

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