SF6氣體絕緣介質局部過熱分解特性及微水影響機制研究.pdf

1、SF6氣體絕緣裝備(氣體絕緣組合電器GIS,氣體絕緣斷路器GCB,氣體絕緣變壓器GIT和氣體絕緣管線GIL等)因其占地面積小、運行安全可靠、電磁污染小等突出優(yōu)勢被廣泛應用于高壓、超/特高壓輸變電和大中城市群供電系統(tǒng)中,已成為構建智能電網、建設現代變電站的首選設備。
　　然而,SF6氣體絕緣裝備在運行過程中,其內部不可避免地會存在接觸不良、磁路飽和、磁短路等缺陷,這些缺陷如果得不到及時的處理,會造成SF6氣體絕緣裝備局部過熱,出現局

2、部過熱性故障(Partial Over-thermal Fault,POF)。如不及早發(fā)現并及時治愈POF,它會像設備內部前期“腫瘤”一樣,由小變大,由弱變強,甚至由局部發(fā)展到整體,逐步發(fā)展成為嚴重的局部熱燒蝕等突發(fā)性絕緣故障,使設備絕緣能力完全喪失,最終可能導致因設備故障誘發(fā)電網大面積停電的嚴重事故。令人遺憾的是目前尚無一種能夠有效監(jiān)測SF6氣體絕緣裝備內部POF故障的監(jiān)測方法。另外,學界有關SF6熱穩(wěn)定性的認識普遍集中在“低于500

3、℃時不會發(fā)生分解”這一學術觀點。本文在研究過程當中發(fā)現SF6在大約260℃時便會發(fā)生分解,而SF6在POF作用下的分解過程與POF故障狀態(tài)具有極其密切的內在聯系。為此,本文提出利用SF6過熱分解原理來監(jiān)測氣體絕緣裝備POF的學術思路,以期解決SF6氣體絕緣裝備內部POF監(jiān)測的難題。開展的主要工作和所取得的創(chuàng)新性成果如下:
　?、俑鶕F6氣體絕緣裝備內部POF的特點,研制用于實驗模擬POF的物理缺陷模型,設計出模擬SF6在POF作

4、用下分解的過熱分解實驗系統(tǒng)以及實驗分析方法;采用有限元法對所研制的SF6過熱分解實驗密閉氣室內部的熱場和SF6氣體發(fā)生對流的速度場進行仿真建模分析,同時利用溫度傳感器陣列對密閉氣室內部的溫度進行了測量。仿真和實測結果表明:所研制的SF6過熱分解實驗系統(tǒng)能夠有效的模擬SF6氣體絕緣裝備內部POF的局部高溫效應,且在模擬實驗過程中,密閉氣室腔體表面的溫度最高不會超過70℃,避免了實驗過程中 SF6氣體與氣室內壁發(fā)生附加反應,為系統(tǒng)研究SF6

5、過熱分解特性及其分解機理奠定了實驗基礎。
　?、谠谘兄频腜OF分解實驗系統(tǒng)上進行大量SF6分解實驗,獲取了SF6在POF溫度為260~500℃之間的過熱分解特性,根據所得SF6過熱分解規(guī)律和各分解組分的性質,確定了表征SF6過熱分解特性和POF故障屬性的主要特征組分,并揭示各特征分解組分所代表的物理意義。研究發(fā)現:SF6在POF溫度為260℃時便會開始有明顯的分解過程,其主要分解組分有SO2F2、SOF4、SOF2、SO2、H2S

6、、HF、CO2和CF4等,且不同產物與POF故障嚴重程度的內在關系差異顯著;SO2F2、SOF4、SOF2和SO2是SF6在POF作用下所形成的最為主要的特征組分,其生成量在很大程度上表征了SF6絕緣介質的劣化程度;H2S是故障達到一定程度(360℃)后才會出現的特征組分,是表征POF故障性質躍變的標志性特征組分;CF4和CO2是表征POF涉及有機絕緣材料的關鍵特征產物。
　　③為了建立利用SF6分解原理診斷SF6氣體絕緣裝備PO

7、F故障狀態(tài)的標準,根據所得的SF6過熱分解特性,并結合SF6氣體絕緣裝備內部典型POF的形成機理,構建出三類(共17個)表征SF6氣體過熱分解特性和POF故障屬性的特征量,并揭示了各特征量所蘊含的物理意義,在此基礎上給出POF故障狀態(tài)區(qū)間劃分準則。研究表明:所構建的總分解量、特征分解產物有效產氣速率RRMS和組分含量特征比值等三類(共17個)特征量能夠有效的表征POF故障性質、發(fā)展趨勢和嚴重程度,據此給出的POF故障劃分準則可以為現場初

8、步檢測、評判POF提供了理論依據。
　　④根據低氣壓降低液體介質沸點的原理,提出了一種微量H2O精確注入控制裝置與方法,在此基礎上結合SF6氣體絕緣裝備安全運行所允許的微量H2O范圍,研究了微量H2O對SF6過熱分解過程的影響特性及其作用機制。研究表明:由于微量H2O直接作用于各特征組分的生成過程,其對各特征分解產物的生成量都有影響,但與H2O含量之間的關系因組分種類的不同而差別迥異。
　　⑤依據微量H2O對各特征分解組分的