SF6氣體絕緣介質(zhì)局部過熱分解特性及微水影響機(jī)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(yùn)行安全可靠、電磁污染小等突出優(yōu)勢被廣泛應(yīng)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(gòu)建智能電網(wǎng)、建設(shè)現(xiàn)代變電站的首選設(shè)備。
　　然而,SF6氣體絕緣裝備在運(yùn)行過程中,其內(nèi)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(shí)的處理,會造成SF6氣體絕緣裝備局部過熱,出現(xiàn)局

2、部過熱性故障(Partial Over-thermal Fault,POF)。如不及早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)治愈POF,它會像設(shè)備內(nèi)部前期“腫瘤”一樣,由小變大,由弱變強(qiáng),甚至由局部發(fā)展到整體,逐步發(fā)展成為嚴(yán)重的局部熱燒蝕等突發(fā)性絕緣故障,使設(shè)備絕緣能力完全喪失,最終可能導(dǎo)致因設(shè)備故障誘發(fā)電網(wǎng)大面積停電的嚴(yán)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(nèi)部POF故障的監(jiān)測方法。另外,學(xué)界有關(guān)SF6熱穩(wěn)定性的認(rèn)識普遍集中在“低于500

3、℃時(shí)不會發(fā)生分解”這一學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。本文在研究過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)SF6在大約260℃時(shí)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(nèi)在聯(lián)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(xué)術(shù)思路,以期解決SF6氣體絕緣裝備內(nèi)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?jù)SF6氣體絕緣裝備內(nèi)部POF的特點(diǎn),研制用于實(shí)驗(yàn)?zāi)MPOF的物理缺陷模型,設(shè)計(jì)出模擬SF6在POF作

4、用下分解的過熱分解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)分析方法;采用有限元法對所研制的SF6過熱分解實(shí)驗(yàn)密閉氣室內(nèi)部的熱場和SF6氣體發(fā)生對流的速度場進(jìn)行仿真建模分析,同時(shí)利用溫度傳感器陣列對密閉氣室內(nèi)部的溫度進(jìn)行了測量。仿真和實(shí)測結(jié)果表明:所研制的SF6過熱分解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠有效的模擬SF6氣體絕緣裝備內(nèi)部POF的局部高溫效應(yīng),且在模擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程中 SF6氣體與氣室內(nèi)壁發(fā)生附加反應(yīng),為系統(tǒng)研究SF6

5、過熱分解特性及其分解機(jī)理奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　?、谠谘兄频腜OF分解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行大量SF6分解實(shí)驗(yàn),獲取了SF6在POF溫度為260~500℃之間的過熱分解特性,根據(jù)所得SF6過熱分解規(guī)律和各分解組分的性質(zhì),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(xiàn):SF6在POF溫度為260℃時(shí)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(chǎn)物與POF故障嚴(yán)重程度的內(nèi)在關(guān)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(zhì)的劣化程度;H2S是故障達(dá)到一定程度(360℃)后才會出現(xiàn)的特征組分,是表征POF故障性質(zhì)躍變的標(biāo)志性特征組分;CF4和CO2是表征POF涉及有機(jī)絕緣材料的關(guān)鍵特征產(chǎn)物。
　?、蹫榱私⒗肧F6分解原理診斷SF6氣體絕緣裝備PO

7、F故障狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)所得的SF6過熱分解特性,并結(jié)合SF6氣體絕緣裝備內(nèi)部典型POF的形成機(jī)理,構(gòu)建出三類(共17個(gè))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(yùn)含的物理意義,在此基礎(chǔ)上給出POF故障狀態(tài)區(qū)間劃分準(zhǔn)則。研究表明:所構(gòu)建的總分解量、特征分解產(chǎn)物有效產(chǎn)氣速率RRMS和組分含量特征比值等三類(共17個(gè))特征量能夠有效的表征POF故障性質(zhì)、發(fā)展趨勢和嚴(yán)重程度,據(jù)此給出的POF故障劃分準(zhǔn)則可以為現(xiàn)場初

8、步檢測、評判POF提供了理論依據(jù)。
　?、芨鶕?jù)低氣壓降低液體介質(zhì)沸點(diǎn)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(chǔ)上結(jié)合SF6氣體絕緣裝備安全運(yùn)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(jī)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(chǎn)物的生成量都有影響,但與H2O含量之間的關(guān)系因組分種類的不同而差別迥異。
　?、菀罁?jù)微量H2O對各特征分解組分的