CN103969557A - 一种基于气体组分分析的gis绝缘状态诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法，包括：利用精密镜面露点法测定GIS气室内的水分含量；在所述GIS气室内的水分含量满足要求时，测定GIS气室内的气体分解组分的种类和含量，判断GIS设备内部是否存在放电；若所述GIS设备内部存在放电，则根据GIS设备内部是否出现含碳的放电相关气体分解组分，判断GIS设备内部放电涉及有机绝缘介质还是涉及非有机绝缘介质。本发明与以往的GIS绝缘状态诊断方法相比，抗电磁干扰能力更强，可实现设备绝缘状态的在线诊断，缺陷类型的判别更简单，更易于应用推广。

Description

一种基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法。

背景技术

由于其运行可靠性高、占地面积小等特点，气体绝缘封闭组合电器（gas insulated switchgear，GIS）在当前电网运行中得到了广泛的应用，相关的绝缘状态监测与诊断研究变得更加重要。

根据所检测信号种类的不同，传统的GIS状态诊断方法可分为电类和非电类两种。其中，电类包括脉冲电流法和超高频法两种；非电类包括超声法、光检测法和气体组分分析法三种。

脉冲电流法是投入实际应用时间最长的一种状态监测方法，相关的测试分析手段已形成国际IEC标准。但由于所取脉冲电流信号易受现场电磁噪声干扰，该方法很难用于设备的在线状态检测。

超高频法提取300MHz~3GHz范围内由放电产生的电磁波信号，检测系统抗电磁干扰能力强，在设备状态检测中得到了初步的应用，但在局部放电量的确定和后期的模式识别方面仍需进一步的研究。

超声法的监测对象为伴随放电产生的声波，监测频率一般选为1kHz~20kHz。通过布置于腔体外不同位置传感器所采集信号的对比，可实现放电源的定位。超声法的优点是属于非侵入式检测，能较便捷的应用于现场。但由于声波在气体中传播的衰减较快、畸变较严重，所以监测灵敏度比较低，基本不能用来定量，一般需要辅助其他方法综合诊断。

光检测法以检测放电产生的光辐射为测量依据，但由于设备腔体一般不具备透光性，光检测法在内部绝缘状态诊断上存在很大的局限。

气体组分分析法是一种针对SF6气体绝缘设备特有的状态诊断方法，近年来得到了学术界的广泛关注并初步应用于实际。SF6在设备内部存在放电时会与气体中的微量杂质反应生成多种分解产物，且产物的种类、含量及变化趋势会因放电类型和严重程度的不同存在显著差异。配合分解机理的研究和高精度气体组分检测系统的开发，通过监测气体分解产物来实现设备绝缘状态诊断是可行的。

几种常见的设备状态监测手段对比如表1所示，发现气体组分分析法具备检测灵敏度高、不受现场电磁噪声干扰等优点，是一种应用前景非常广阔的方法。与传统的电类监测方法结合，可以达到综合较优的检测效果。

表1 设备状态监测方法对比

目前常用的气体组分分析方法有气相色谱法（Gas Chromatography，简称GC）、红外光谱法（Infrared Spectroscopy，简称IR）、质谱法、检测管法、气敏传感器法和离子迁移谱法六类，在此基础上还衍生出气-红联用、气-质联用等方法。GC法较常用于痕量组分的高精度定量，配合标准样品的选取可实现未知组分的定性，是目前广泛采用的一种组分分析方法。IR法配合长光程气体池也可实现未知组分的定性，但由于高浓度SF6背景峰的干扰，检出精度和准确度都受到了很大程度的限制。质谱法记录不同质荷比分子裂片的相对强度，主要用于分析样品的元素组成和化学结构，复杂混合物的定性、定量则需要GC法的配合。检测管法主要针对二氧化硫SO2和氢氟酸HF，利用HF与氢氧化钠NaOH反应和SO2与碘反应的颜色变化进行检测。气敏传感器法根据传感器的不同可分为半导体和电化学两类。半导体气敏传感器元件表面吸附被测气体后，其电学特性会发生变化。电化学气敏传感器则通过与被测气体反应并产生与其浓度正相关的电信号来工作。检测管法和气敏传感器法的检测限都相对较高，并且由于酸性气体间的交互反应容易发生误判。离子迁移谱法利用电场中离子迁移速度的差别来进行离子的定性和定量。实际应用中，仅能给出气体分解产物总量的大致范围，属于一种定性的检测方法。

综合以上，气体组分分析法在GIS绝缘状态诊断的现场应用推广上具备独到的优势，但仍然无法准确建立气体组分与缺陷类型之间的对应关系，也即取法识别设备内部缺陷的种类和严重程度，为设备的故障诊断及后续处理提供依据。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法，包括：

利用精密镜面露点法测定GIS气室内的水分含量；

在所述GIS气室内的水分含量满足要求时，测定GIS气室内的气体分解组分的种类和含量，判断GIS设备内部是否存在放电；

若所述GIS设备内部存在放电，则根据GIS设备内部是否出现含碳的放电相关气体分解组分，判断GIS设备内部放电涉及有机绝缘介质还是涉及非有机绝缘介质。

其中，所述分水含量的要求如下：①断路器灭弧室气室的水分含量大修后不大于150μL/L，运行中不大于300μL/L；②其它气室的水分含量大修后不大于250μL/L，运行中不大于500μL/L。

其中，所述GIS气室内的气体为SF6，所述测定GIS气室内的气体分解组分的种类和含量，判断GIS设备内部是否存在放电，包括：

测定所述GIS气室内的气体分解组分的种类，所述气体分解组分的种类包括：SO2、SO2F2、S2OF10、CS2、CF4；

测定所述GIS气室内的气体分解组分的含量，若SO2浓度大于零或SO2F2浓度大于零或S2OF10浓度大于零或CS2浓度大于零或CF4浓度增量大于零，则判定GIS设备内部存在放电，否则判定所述GIS设备内部不存在放电。

其中，所述根据GIS设备内部是否出现含碳的放电相关气体分解组分，判断GIS设备内部放电涉及有机绝缘介质还是涉及非有机绝缘介质，包括：

若GIS设备内部的气体分解组分CS2浓度大于零或CF4浓度增量大于零，则判定GIS设备内部放电为绝缘介质相关，否则判定GIS设备内部放电为非绝缘介质相关。

其中，在判定所述GIS设备内部放电为绝缘介质相关时，进一步判断GIS缺陷类型是否为绝缘子沿面缺陷，具体包括：

若GIS设备内部的气体分解组分SO2与CF4浓度比值大于1，则判定GIS缺陷类型为绝缘子沿面缺陷。

其中，在判定所述GIS设备内部放电为非绝缘介质相关时，进一步判断GIS缺陷类型是否为金属突出物电晕放电或火花放电，具体包括：

若GIS设备内部的气体分解组分S2OF10与SO2F2的浓度比值在0.1到2之间且SO2与S2OF10的浓度比值小于1，则判定该GIS缺陷类型为金属突出物电晕放电；

否则，若GIS设备内部的气体分解组分S2OF10与SO2F2的浓度比值小于0.1或者SO2与S2OF10的浓度比值大于1，则判定该GIS缺陷类型为金属突出物火花放电。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明与以往的GIS绝缘状态诊断方法相比，抗电磁干扰能力更强，可实现设备绝缘状态的在线诊断，缺陷类型的判别更简单，更易于应用推广。同时，浓度比值法在一定程度上消除了采气位置、气室体积、气体扩散作用对诊断结果的影响，另外，诊断判据的提出综合了不同气室体积下三种典型缺陷时大量的SF6气体分解特性数据，结论可推广性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供一种基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法实施例一的流程示意图。

图2为本发明提供一种基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法实施例二的流程示意图。

具体实施方式

本发明旨在建立一种基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法。基于对GIS气室内SF6分解组分浓度的测量和分析，识别设备内部缺陷的种类和严重程度，为设备的故障诊断及后续处理提供依据。

本发明提出了不同内部绝缘缺陷类型下的典型气体分解组分及其含量变化趋势，最终抽象出简便易行的浓度比值法用于GIS绝缘状态的诊断。本发明在具体实现中，采取的试验腔体包括体积分别为9.5L和90L内壁喷涂聚四氟乙烯层的缺陷模拟罐体，ZF10-126(L)型和ZF11-252(L)型GIS设备；涉及的三种缺陷类型为金属突出物电晕放电、金属突出物火花放电和绝缘子沿面放电。GIS设备气室内的气体主要为SF6，其典型气体分解组分包括CF4、SO2F2、SO2、CS2和S2OF10；另外，本发明提出的SF6气体分解特性评价方法包括S2OF10/SO2F2浓度比值法、SO2/S2OF10浓度比值法和SO2/CF4浓度比值法。通过浓度比值的差异实现GIS绝缘缺陷类型的区分，提出设备未受潮时的GIS设备状态诊断方法。

具体如图1所示，为本发明提供一种基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法实施例一的流程示意图。

本实施例一提供的方法，包括：

步骤100，利用精密镜面露点法测定GIS气室内的水分含量；

在进行步骤100之前，首先检测GIS设备是否受潮，受潮则提前结束流程。

步骤101，在所述GIS气室内的水分含量满足要求时，测定GIS气室内的气体分解组分的种类和含量，判断GIS设备内部是否存在放电；

步骤102，若所述GIS设备内部存在放电，则根据GIS设备内部是否出现含碳的放电相关气体分解组分，判断GIS设备内部放电涉及有机绝缘介质还是涉及非有机绝缘介质。

在具体实现中，GIS气室内的分水含量的要求如下：①断路器灭弧室气室的水分含量大修后不大于150μL/L，运行中不大于300μL/L；②其它气室的水分含量大修后不大于250μL/L，运行中不大于500μL/L。

如图2所示，为本发明提供一种基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法实施例二的流程示意图。

步骤200，测定所述GIS气室内的气体分解组分的种类，所述气体分解组分的种类包括：SO2、SO2F2、S2OF10、CS2、CF4；在具体实现中，可以测定相邻两次的SF6的气体分解组分。

步骤201，测定所述GIS气室内的气体分解组分的含量，若SO2浓度大于零或SO2F2浓度大于零或S2OF10浓度大于零或CS2浓度大于零或CF4浓度增量大于零，则判定GIS设备内部存在放电并转入步骤202；否则转入步骤203，判定所述GIS设备内部不存在放电，设备正常。

步骤202，判断GIS设备内部的气体分解组分CS2浓度是否大于零或CF4浓度增量是否大于零，若是，则转入步骤204，判定GIS设备内部放电为绝缘介质相关，然后转入步骤205进行进一步判断；否则转入步骤206，判定GIS设备内部放电为非绝缘介质相关，并转入步骤207进行进一步判断。

步骤205，判断所述GIS设备内部的气体分解组分SO2与CF4浓度比值是否大于1，若是则转入步骤208判定GIS缺陷类型为绝缘子沿面缺陷。

步骤207，判断GIS设备内部的气体分解组分S2OF10与SO2F2的浓度比值是否在0.1到2之间且SO2与S2OF10的浓度比值是否小于1，如是，则转入步骤209，判定该GIS缺陷类型为金属突出物电晕放电；

步骤210，判断GIS设备内部的气体分解组分S2OF10与SO2F2的浓度比值是否小于0.1或者SO2与S2OF10的浓度比值是否大于1，若是，则转入步骤211，判定该GIS缺陷类型为金属突出物火花放电。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明与以往的GIS绝缘状态诊断方法相比，抗电磁干扰能力更强，可实现设备绝缘状态的在线诊断，缺陷类型的判别更简单，更易于应用推广。同时，浓度比值法在一定程度上消除了采气位置、气室体积、气体扩散作用对诊断结果的影响，另外，诊断判据的提出综合了不同气室体积下三种典型缺陷时大量的SF6气体分解特性数据，结论可推广性更强。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法，其特征在于，包括：

利用精密镜面露点法测定GIS气室内的水分含量；

在所述GIS气室内的水分含量满足要求时，测定GIS气室内的气体分解组分的种类和含量，判断GIS设备内部是否存在放电；

若所述GIS设备内部存在放电，则根据GIS设备内部是否出现含碳的放电相关气体分解组分，判断GIS设备内部放电涉及有机绝缘介质还是涉及非有机绝缘介质。

2.如权利要求1所述的基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法，其特征在于，所述分水含量的要求如下：①断路器灭弧室气室的水分含量大修后不大于150μL/L，运行中不大于300μL/L；②其它气室的水分含量大修后不大于250μL/L，运行中不大于500μL/L。

3.如权利要求2所述的基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法，其特征在于，所述GIS气室内的气体为SF6，所述测定GIS气室内的气体分解组分的种类和含量，判断GIS设备内部是否存在放电，包括：

测定所述GIS气室内的气体分解组分的种类，所述气体分解组分的种类包括：SO2、SO2F2、S2OF10、CS2、CF4；

测定所述GIS气室内的气体分解组分的含量，若SO2浓度大于零或SO2F2浓度大于零或S2OF10浓度大于零或CS2浓度大于零或CF4浓度增量大于零，则判定GIS设备内部存在放电，否则判定所述GIS设备内部不存在放电。

4.如权利要求3所述的基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法，其特征在于，所述根据GIS设备内部是否出现含碳的放电相关气体分解组分，判断GIS设备内部放电涉及有机绝缘介质还是涉及非有机绝缘介质，包括：

若GIS设备内部的气体分解组分CS2浓度大于零或CF4浓度增量大于零，则判定GIS设备内部放电为绝缘介质相关，否则判定GIS设备内部放电为非绝缘介质相关。

5.如权利要求4所述的基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法，其特征在于，在判定所述GIS设备内部放电为绝缘介质相关时，进一步判断GIS缺陷类型是否为绝缘子沿面缺陷，具体包括：

若GIS设备内部的气体分解组分SO2与CF4浓度比值大于1，则判定GIS缺陷类型为绝缘子沿面缺陷。

6.如权利要求5所述的基于气体组分分析的GIS绝缘状态诊断方法，其特征在于，在判定所述GIS设备内部放电为非绝缘介质相关时，进一步判断GIS缺陷类型是否为金属突出物电晕放电或火花放电，具体包括：

若GIS设备内部的气体分解组分S2OF10与SO2F2的浓度比值在0.1到2之间且SO2与S2OF10的浓度比值小于1，则判定该GIS缺陷类型为金属突出物电晕放电；

否则，若GIS设备内部的气体分解组分S2OF10与SO2F2的浓度比值小于0.1或者SO2与S2OF10的浓度比值大于1，则判定该GIS缺陷类型为金属突出物火花放电。