SF6/N2混合气体分解产物检测方法及试验研究

SF 6 /N 2 混合气体分解产物检测方法及试验研究

原 发表在《高压电器》2020年第12期。

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DOI：10.13296/j.1001-1609.hva.2020.12.013

SF 6 /N 2 混合气体分解产物检测方法及试验研究

季严松 1 ，张　民 2 ，王承玉 1 ，毕建刚 1 ，梅锴盛 3 ，冯远程 4 ，　弓艳朋 1 ，黄　印 1 ，王　浩 1

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摘要

近年来，国家电 公司为响应国家节能减排号召，组织开展了SF6 /N2 混合气体用于GIS母线、隔离和接地开关的工作，研究确定了SF6 /N2 混合气体GIS母线、隔离和接地开关采用统一的30%：70%的混合比，多个厂家的产品通过了型式试验和新产品技术鉴定，并在变电站开展了工程试用。为了研究SF6 /N2 混合气体GIS设备运维手段， 中研究了SF6 /N2 混合气体分解产物检测方法及设备故障情况下分解产物特征组分。针对SF6 /N2 混合气体设备中的N2 由于设备故障或异常可能发生反应，生成氮氧化物和氮氟化物， 中研究提出了气相色谱分析方法和流程，应用该方法和流程可实现17种气体组分的分析。通过模拟设备局部放电、异常发热和开断电弧的缺陷，研究提出了SF6 /N2 混合气体在局部放电、异常发热和开断电弧情况下分解产物的特征气体组分及其变化趋势，为设备故障诊断和状态评价提供了依据。

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主要内容

六氟化硫(SF6 )气体因其具有优异的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于电气设备中，但SF6 气体温室效应是CO2 的23 900多倍，在空气中能够存在3 200多年，是《京都议定书》禁止排放的6种温室气体之一。国内外学者对SF6 混合气体的研究结果表明，SF6 与化学性能稳定、价格便宜的N2 构成的二元混合气体具有应用前景，使用低含量SF6 的SF6 /N2 混合气体具有良好的绝缘性能和一定的开合能力并且可以降低对局部电场畸变的敏感程度、解决SF6 气体的液化问题，更重要的是可以大大减少SF6 气体的使用量和排放量，减小对环境的温室效应影响，对加强节能减排和实现低碳发展具有重要意义。

2016年起，国家电 公司组织中国电科院、 省公司、GIS设备及相关仪器仪表厂家开展了SF 6 /N 2 混合气体GIS母线应用技术研究，从理论研究、产品研制、试验、运维等方面开展了研究工作，国内外GIS设备厂家积极配合，开展产品的研制和试验工作，混合气体GIS母线在设备结构不变的情况下采用SF 6 /N 2 混合气体绝缘(SF 6 :N 2 =30%:70%)，通过适当提高气体压力保证产品绝缘强度不降低。截至目前，共有8个厂家的28类GIS母线产品通过型式试验。2017年底，国家电 公司选取8座变电站开展混合气体GIS母线试运行工作，涵盖平高、西开、泰开、新东北、思源和长高6家制造厂8类产品。2018年起，国家电 公司组织各GIS厂家开展了126～252 kV SF 6 /N 2 混合气体GIS隔离和接地开关研制及型式试验，截至2018年8月，共有6个厂家的10类GIS隔离和接地开关产品通过型式试验和中国机械工业联合会主持的技术鉴定，并陆续开展试点应用。

GIS设备中SF 6 气体的检测技术较为成熟，气体纯度、湿度、分解产物及检漏技术应用于设备的状态检测中，并在设备状态检测和状态评价中起到了非常重要的作用。SF 6 气体分解产物检测方法及其在设备状态诊断方面的研究国内外已做了大量研究，SF 6 /N 2 混合气体分解产物成分检测国内外 道较少，Vial L等人做了SF 6 /N 2 (10:90)混合气体在火花放电时分解产物组分及影响因素研究。 中研究了SF 6 /N 2 混合气体分解产物的检测方法，通过模拟设备放电和发热，试验研究了SF 6 /N 2 混合气体分解产物的特征组分及其变化规律。

1 SF 6 /N 2 混合气体分解产物检测方法研究

2 SF 6 /N 2 混合气体分解产物试验研究

2.1 放电故障混合气体分解产物试验研究

2.2 过热条件下混合气体分解产物试验研究

2.3　电弧放电条件下混合气体分解产物试验研究

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结论

1)研究了SF6 /N2 混合气体绝缘GIS母线故障产生的分解产物组分的气相色谱检测方法和流程，提出了一种能够检测主要SF6 分解产物和部分氮氧化物和氮氟化物的气相色谱检测方法。

2)开展了模拟设备局部放电的试验，得到了设备局部放电情况下SF 6 /N 2 混合气体分解物特征组分SO 2 F 2 、SOF 2 、SO 2 、CO 2 、N 2 O和NF 3 ，体积分数最高为SO 2 F 2 ，其次为SOF 2 。

3)开展了模拟设备异常发热情况的试验，得到了设备异常发热情况下SF 6 /N 2 混合气体分解物特征组分为NF 3 、SO 2 和CO 2 ，体积分数最高为NF 3 ，其次为CO 2 。

4)开展了电弧放电试验，得到了SF 6 /N 2 混合气体在电弧放电情况下分解产物特征组分包括SO 2 F 2 、SOF 2 、SO 2 、H 2 S、CO 2 和NF 3 。35 kA电流试验中，分解产物组分中SOF 2 体积分数最高，其次是SO 2 F 2 ，第1、2次试验中未检测到H 2 S组分，分析原因可能是由于H 2 S气体的吸附性较强，在浓度不高的情况下容易被容器内壁吸附，随着容器壁钝化完成后试验产生的H 2 S才被检出。NF 3 在前3次试验中未测到，主要是由于放电产生的NF 3 浓度较低加之容器内壁吸附。16 kA和12 kA的试验产生的分解产物较35 kA电流试验大幅降低，单次产生的分解物浓度约为35 kA电流试验的1/10。

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季严松，张　民，王承玉，等. SF6 /N2 混合气体分解产物检测方法及试验研究[J]. 高压电器，2020，56(12)：97-102.

JI Yansong，ZHANG Min，WANG Chengyu，et al. Detection methods and experimental study on decomposition products of SF 6 /N 2 mixed gas [J]. High Voltage Apparatus，2020，56(12)：97-102.

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