CN111983394A - 一种基于sf6分解产物分析的gis放电故障诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法。本发明采用的技术方案包括：设置特征产物判断组GA；设置特征产物含量变化组GB；设置放电缺陷判断组GC；将GA、GB和GC构成GIS放电故障阈值判断对照表；在运行中的GIS上加入现场故障检测用便携式气相色谱仪和精密露点仪，构成SF6气体分解产物检测系统；对运行中的GIS进行微氧和微水含量测试；实时抽取GIS内部气体样品，通过便携式气相色谱仪分析气体样品组分含量，将得到的特征产物含量进行归一化处理，并与GIS放电故障阈值判断对照表进行对比，最终确定GIS内部的放电故障类型。本发明可快速判断GIS内部放电类型，为实际GIS放电故障诊断提供指导。

Description

一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法
技术领域
本发明属于电力设备的保护与故障诊断领域，涉及一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法。
背景技术
气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear，GIS)因其占地空间小、维护周期长、设备可靠性高等特点得到了越来越广泛应用。然而在生产、运送和安装过程中，设备内部难免会出现不同类型和程度的缺陷，如存在金属尖端缺陷、绝缘沿面缺陷、绝缘气隙缺陷等，这些缺陷会导致腔体内部不均匀电场的存在，产生局部放电，甚至发生闪络击穿，从而造成绝缘劣化，因此对GIS内部放电故障的检测尤为重要。
作为目前GIS主要填充气体的SF6具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能，但是在局部放电的作用下，SF6气体会分解生成各种低氟硫化物，如果设备内部存在H2O、O2等杂质组分，其分解产物还会进一步与之反应生成SO2F2、SOF2、SO2、HF、H2S等气体；如果设备内部存在绝缘和金属材料，还会生成CO2、CF4、CO等气体，因此可以通过对SF6分解组分分析来判断GIS内部发生的绝缘缺陷，有效避免故障进一步扩大。与传统电检测法相比，SF6分解组分分析法抗干扰能力强、故障类型易于辨识，具有很好的应用前景。
在不同程度的放电故障下SF6气体会发生复杂的化学反应，生成新的分解产物，受放电位置和放电强度的影响，分解产物的生成量和变化趋势也有所不同。目前已有不少研究者对SF6分解产物在不同放电故障下的变化关系开展了相应研究，但大多数研究均为实验室模拟环境和特制分解产物检测设备，所得到的检测结果与现场故障关联度较差。
因此，需要提供一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，建立该方法的实验平台和检测方法与实际运行工况保持一致，提高GIS放电故障诊断的灵敏度和准确性，从而完善基于SF6分解特性的电气设备化学诊断评估技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其通过构建SF6气体分解产物检测系统，对运行中的GIS内部气体特征产物进行实时监控，分析气体特征产物含量及其变化趋势，从而快速判断GIS内部放电类型，为实际GIS放电故障诊断提供指导。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其包括步骤：
1)设置特征产物判断组GA，GA包括C2F6、CF4、CO2和CO四种特征产物；
2)设置特征产物含量变化组GB，GB包括＜1、[1，3)、[3，10)、[10，25)和[25，50)；
3)设置放电缺陷判断组GC，GC包括尖端放电、沿面放电和火花放电；
4)将GA、GB和GC构成GIS放电故障阈值判断对照表；
5)在运行中的GIS上加入现场故障检测用便携式气相色谱仪和精密露点仪，构成SF6气体分解产物检测系统；
6)对运行中的GIS进行微氧和微水含量测试；
7)实时抽取GIS内部气体样品，通过便携式气相色谱仪分析气体样品组分含量，将得到的特征产物含量进行归一化处理，并与GIS放电故障阈值判断对照表进行对比，最终确定GIS内部的放电故障类型。
进一步地，GIS放电故障指的是尖端放电、沿面放电和火花放电，其中尖端放电和沿面放电是指放电能量较小的局部放电，在GIS内部为潜伏性故障；火花放电是指出现明显放电通道的沿面闪络放电，放电强度高，在GIS内部为突发性故障。
进一步地，现场故障检测用便携式气相色谱仪采用华爱GC9760B或朗析LX-3100便携式气相色谱仪。
进一步地，微水和微氧含量测试要求指的是检测的GIS内部气体环境应满足DL/T596-1996标准要求，即运行中GIS的O2含量不超过2000ppm，H2O含量不超过300ppm。
进一步地，比例归一化处理指的是将气体样品组分含量GEi与原有SF6气体中的组分含量GPi带入式(1)计算，从而得到归一化处理结果GBi，其中i＝1,2,3,4，分别表示C2F6、CF4、CO2、CO；
Figure BDA0002567962550000021
进一步地，最终确定GIS内部的放电故障类型指的是满足实时检测至少3小时的气体样品结果均符合GIS放电故障阈值判断对照表，从而确定GIS内部的放电故障类型。
进一步地，通过构建SF6气体分解产物检测系统，对运行中的GIS内部气体特征产物进行实时监控，分析气体特征产物含量及其变化趋势，从而快速判断GIS内部放电类型。
更进一步地，所述的快速判断指的是SF6气体分解产物检测系统的工作时间为8～12小时。
进一步地，所述的GIS放电故障阈值判断对照表如下：
Figure BDA0002567962550000031
表格中，/表示未发生故障。
更进一步地，GIS放电故障阈值判断对照表的使用方法如下：气体样品组分C2F6含量进行归一化处理，其结果为[1，3)时，继续进行CF4含量和CO2含量归一化处理，CF4含量的归一化处理结果为[25，50)且CO2含量的归一化处理结果为[10，25)，放电故障为火花放电；CF4含量的归一化处理结果为[10，25)且CO2含量的归一化处理结果为[3，10)，放电故障为沿面放电；
CF4含量的归一化处理结果无明显变化且CO2含量的归一化处理结果为[3，10)，继续进行CO含量归一化处理，CO含量的归一化处理结果＜1时，放电故障为尖端放电；
C2F6含量归一化处理的结果不为[1，3)时，未发生放电故障。
本发明的核心是提供一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，建立该方法的实验平台和检测方法能与实际运行工况保持一致，提高了GIS放电故障诊断的灵敏度和准确性，该方法通过构建SF6气体分解产物检测系统，对运行中的GIS内部气体特征产物进行实时监控，分析气体特征产物含量及其变化趋势，从而快速判断GIS内部放电类型，为实际GIS放电故障诊断提供指导。
附图说明
图1为本发明GIS放电故障阈值判断对照表的使用流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明进行详细说明。
实施例
一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其包括步骤：
1)设置特征产物判断组GA，GA包括C2F6、CF4、CO2和CO四种特征产物；
2)设置特征产物含量变化组GB，GB包括＜1、[1，3)、[3，10)、[10，25)和[25，50)；
3)设置放电缺陷判断组GC，GC包括尖端放电、沿面放电和火花放电；
4)将GA、GB和GC构成GIS放电故障阈值判断对照表；
5)在运行中的GIS上加入现场故障检测用便携式气相色谱仪和精密露点仪，构成SF6气体分解产物检测系统；
6)对运行中的GIS进行微氧和微水含量测试；
7)实时抽取GIS内部气体样品，通过便携式气相色谱仪分析气体样品组分含量，将得到的特征产物含量进行归一化处理，并与GIS放电故障阈值判断对照表进行对比，最终确定GIS内部的放电故障类型。
GIS放电故障指的是尖端放电、沿面放电和火花放电，其中尖端放电和沿面放电是指放电能量较小的局部放电，在GIS内部为潜伏性故障；火花放电是指出现明显放电通道的沿面闪络放电，放电强度高，在GIS内部为突发性故障。
现场故障检测用便携式气相色谱仪采用华爱GC9760B或朗析LX-3100便携式气相色谱仪。
微水和微氧含量测试要求指的是检测的GIS内部气体环境应满足DL/T 596-1996标准要求，即运行中GIS的O2含量不超过2000ppm，H2O含量不超过300ppm。
比例归一化处理指的是将气体样品组分含量GEi与原有SF6气体中的组分含量GPi带入式(1)计算，从而得到归一化处理结果GBi，其中i＝1,2,3,4，分别表示C2F6、CF4、CO2、CO；
Figure BDA0002567962550000041
最终确定GIS内部的放电故障类型指的是满足实时检测至少3小时的气体样品结果均符合GIS放电故障阈值判断对照表，从而确定GIS内部的放电故障类型。
通过构建SF6气体分解产物检测系统，对运行中的GIS内部气体特征产物进行实时监控，分析气体特征产物含量及其变化趋势，从而快速判断GIS内部放电类型。
所述的快速判断指的是SF6气体分解产物检测系统的工作时间为8～12小时。
所述的GIS放电故障阈值判断对照表如下：
Figure BDA0002567962550000042
Figure BDA0002567962550000051
GIS放电故障阈值判断对照表的使用方法如下：气体样品组分C2F6含量进行归一化处理，其结果为[1，3)时，继续进行CF4含量和CO2含量归一化处理，CF4含量的归一化处理结果为[25，50)且CO2含量的归一化处理结果为[10，25)，放电故障为火花放电；CF4含量的归一化处理结果为[10，25)且CO2含量的归一化处理结果为[3，10)，放电故障为沿面放电；
CF4含量的归一化处理结果无明显变化且CO2含量的归一化处理结果为[3，10)，继续进行CO含量归一化处理，CO含量的归一化处理结果＜1时，放电故障为尖端放电；
C2F6含量归一化处理的结果不为[1，3)时，未发生放电故障。
应用例
以一台252kV GIS为例，前期通过特高频局部放电监测系统检测到局放信号的产生，对该放电腔室段进行基于SF6分解产物分析的放电故障诊断，包括步骤：
1)设置特征产物判断组GA，GA包括C2F6、CF4、CO2、CO四种特征产物；
2)设置特征产物含量变化组GB，GB包括＜1、[1，3)、[3，10)、[10，25)和[25，50)；
3)设置放电缺陷判断组GC，GC包括尖端放电、沿面放电、火花放电；
4)将GA、GB、GC构成GIS放电故障阈值判断对照表，见表1；
表1 GIS放电故障阈值判断对照表
Figure BDA0002567962550000052
Figure BDA0002567962550000061
5)在252kV GIS放电腔室段上加入现场故障检测常用便携式气相色谱仪华爱GC9760B、精密露点仪，从而构成SF6气体分解产物检测系统。
6)对放电腔室段进行微氧、微水含量测试，得到O2含量为285ppm，H2O含量为204ppm，均满足DL/T 596-1996标准要求。
7)对放电腔室段进行10小时连续检测，每隔1小时抽取腔室内部气体样品，通过便携式气相色谱仪分析气体样品组分含量，表2给出了SF6气体中C2F6、CF4、CO2、CO四种特征产物含量，作为初始值，表3给出了放电10小时中C2F6、CF4、CO2、CO四种特征产物含量的变化情况，表4给出了C2F6、CF4、CO2、CO四种特征产物含量的归一化处理结果。
表2 C2F6、CF4、CO2、CO四种特征产物含量初始值
特征产物名称 C<sub>2</sub>F<sub>6</sub> CF<sub>4</sub> CO<sub>2</sub> CO
含量/ppm 1255 0.11 0.54 0.72
表3 C2F6、CF4、CO2、CO四种特征产物含量变化情况
Figure BDA0002567962550000062
表4 C2F6、CF4、CO2、CO四种特征产物含量归一化结果
Figure BDA0002567962550000063
Figure BDA0002567962550000071
8)将表4的特征产物含量归一化结果按照图1的流程图可以判断得出，通过该方法可以在实时检测7小时左右确定放电腔体内的放电类型为沿面放电，且在实时检测10小时左右确定放电情况加剧，绝缘进一步劣化，在绝缘子表面已经产生火花放电。
9)GIS停止运行后对该放电腔室段进行解体检查，发现在其中一侧盆式绝缘子的凹面上有明显火花放电后形成的碳化树痕通道，这与本发明方法所得到的判断结果一致。
以上所述的实施例仅用来说明本发明的技术方案，并不是对本发明保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其特征在于,包括步骤：
1)设置特征产物判断组GA，GA包括C2F6、CF4、CO2和CO四种特征产物；
2)设置特征产物含量变化组GB，GB包括＜1、[1，3)、[3，10)、[10，25)和[25，50)；
3)设置放电缺陷判断组GC，GC包括尖端放电、沿面放电和火花放电；
4)将GA、GB和GC构成GIS放电故障阈值判断对照表；
5)在运行中的GIS上加入现场故障检测用便携式气相色谱仪和精密露点仪，构成SF6气体分解产物检测系统；
6)对运行中的GIS进行微氧和微水含量测试；
7)实时抽取GIS内部气体样品，通过便携式气相色谱仪分析气体样品组分含量，将得到的特征产物含量进行归一化处理，并与GIS放电故障阈值判断对照表进行对比，最终确定GIS内部的放电故障类型。
2.根据权利要求1所述的一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其特征在于，GIS放电故障指的是尖端放电、沿面放电和火花放电，其中尖端放电和沿面放电在GIS内部为潜伏性故障，火花放电在GIS内部为突发性故障。
3.根据权利要求1所述的一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其特征在于，现场故障检测用便携式气相色谱仪采用华爱GC9760B或朗析LX-3100便携式气相色谱仪。
4.根据权利要求1所述的一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其特征在于，微水和微氧含量测试要求指的是检测的GIS内部气体环境应满足DL/T 596-1996标准要求，即运行中GIS的O2含量不超过2000ppm，H2O含量不超过300ppm。
5.根据权利要求1所述的一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其特征在于，比例归一化处理指的是将气体样品组分含量GEi与原有SF6气体中的组分含量GPi带入式(1)计算，从而得到归一化处理结果GBi，其中i＝1,2,3,4，分别表示C2F6、CF4、CO2、CO；
Figure FDA0002567962540000011
6.根据权利要求1所述的一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其特征在于，最终确定GIS内部的放电故障类型指的是满足实时检测至少3小时的气体样品结果均符合GIS放电故障阈值判断对照表，从而确定GIS内部的放电故障类型。
7.根据权利要求1所述的一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其特征在于，通过构建SF6气体分解产物检测系统，对运行中的GIS内部气体特征产物进行实时监控，分析气体特征产物含量及其变化趋势，从而快速判断GIS内部放电类型。
8.根据权利要求7所述的一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其特征在于，所述的快速判断指的是SF6气体分解产物检测系统的工作时间为8～12小时。
9.根据权利要求1所述的一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其特征在于，所述的GIS放电故障阈值判断对照表如下：
Figure FDA0002567962540000021
表格中，/表示未发生故障。
10.根据权利要求9所述的一种基于SF6分解产物分析的GIS放电故障诊断方法，其特征在于，GIS放电故障阈值判断对照表的使用方法如下：气体样品组分C2F6含量进行归一化处理，其结果为[1，3)时，继续进行CF4含量和CO2含量归一化处理，CF4含量的归一化处理结果为[25，50)且CO2含量的归一化处理结果为[10，25)，放电故障为火花放电；CF4含量的归一化处理结果为[10，25)且CO2含量的归一化处理结果为[3，10)，放电故障为沿面放电；
CF4含量的归一化处理结果无明显变化且CO2含量的归一化处理结果为[3，10)，继续进行CO含量归一化处理，CO含量的归一化处理结果＜1时，放电故障为尖端放电；
C2F6含量归一化处理的结果不为[1，3)时，未发生放电故障。
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