第43卷第2期2021年4月
黑龙江电力
Heilongjiang Electric Power
Vol.43Nn2
Apr.2021
D01：10.13625/jki.hljec-2221.02.013
sf6分解产物产生机理和影响因素研究
付丽君，关艳玲，王啥
（国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨15/030）
摘要：针对GIS盆式绝缘子不同缺陷、GIS内部绝缘件裂纹和沿面放电、硅填料盆式绝缘子在稳态电流下的异常发热、绝缘件微粒放电四种情况下会产生分解产物问题，详细介绍了SF2分解产物特征组分的特点，并分析了局部放电缺陷和异常发热缺陷时分解产物的产生机理，最后研究了局部放电缺陷、异常发
热缺陷、吸附剂对分解产物的影响。对开关设备内部绝缘件在局部放电、异常受热下的分解产物产生机理及影响因素的分析，可以对SF2设备运行管理提供重要的指导意义和参考价值。关键词:SF2；分解产物；局部放电缺陷；异常发热缺陷
中图分类号：TM415文献标志码：A文章编号:2095-6843（2021）02-0146-04
Study on the mechanism and influencing factors of SF6decomposition products
FU Lijun,GUAN Yanling,WANG Han
麻薯面包的做法(State Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.Electric Power Rearch Institute,Harbin15/036,Chinn)
Abstroct:Aiming nt the proOleme of decomposition proOncte nngec fonc congitione,ch nt diCereet defects of GIS basin inlatoc.ang baco discharce of GIS intemai inlation parte,angocnai heating of silicon filleC bn-sin insulatoc nngec steany-state ciirregt and pabicie discharca of insulation pabt,the charactebsticn of decompost-tion proOncts of SF&arc intronnceC in detain,ang the mechamsm of decomposition proOncts in pdCidl disch—fe defect ang dnnormt heting defect i s analyzed.FinaHy,the in^lnegco of pabiae disch—fe defect,dnnormt heating defect ang ansorbeet o n
decomposition proOncts is stunnd.The tdlysis of the e—dtiog mechanism ang inflnee-tngeentrinoinerihcdctnmpninrinngpondctriinerihcngricognengicenrinngpnoriinerihciwnrithecnocgdcopnorinnednithnoec ang dnnormt heating con proviOe impobagt euinagco ang of—co valne fOo the opedtiog and manaaemedt of the SF&dllipmdlt.
Key worOt:SF6；decomposition progncts;pabiaj discharbe defecti;angormaj heating defecti
o引言
中国电网中普遍应用的气体绝缘开关设备包括GIS、SF6断路器、SF6混合气体开关等［1］0缺陷诊断是确保电网安全运行的关键措施之一，大量的事故统计分析表明：设备内部绝缘件缺陷是设备运行故障的重要来源。运行开关设备内部固体绝缘件出现的缺陷是动态发展的，甚至引起绝缘劣化，缺陷发展的不同阶段，绝缘件会产生不同的气态或固态分解产物。
放电和过热是SF6设备常见的两种主要故障，一般情况下,SF6设备不会产生具有毒性的气体，但
收稿日期:2021-01-04。
作者简介：付丽君（485），女，高级工程师，主要从事电力化学工作。
SF6后，的会伴随着一系列化学反应的发生而产生，比如，大量的硫化物会在绝缘材料高温热解时产生，因此，设备在使用过程中，需要实时监测S02含量及S02的浓度总量。当故障初现时，设备不会产生大量的SO2,SO2的浓度是随着分解物的增多而上升的［2-6］，所以分析开关设备内部绝缘件在局部放电、异常受热下的分解产物产生机理及影响因素，对设备运行管理具有重要的指导意义和参考价值。
1开关设备内部绝缘件缺陷的分解产物特征组分
当SF6开关设备内部绝缘件出现缺陷时都会产生分解产物特征组分，比如盆式绝缘子沿面放电、机械裂纹、异常发热、绝缘拉杆的沿面放电、绝缘件
第2期付丽君，等:S F6分解产物产生机理和影响因素研究-147-
出现微粒放电、裂纹放电和异常发热过程。
1）GIS盆式绝缘子不同缺陷产生的SF6气体分解产物下特点：绝缘沿面和放电缺陷均产生较大含量的CO2和SOF2，及稍少含量的CO和SO2F2；绝缘沿面缺陷均产生了SO2F和cos，采用铁电极产生了较大含量的CF7和较小含量的CS2；绝缘缺陷产生的组分多、含量高，电极产生的成分铜电极产生的多。
2）GIS内部绝缘件裂纹和沿面放电时分解产物特征组分情况：铝填料绝缘盆子与SF6气体发生反应的临界温度应不高于140兀；SO2、H2S、CO2含量在试验前期保持稳定，试验进行到某个临界点时，会呈显的增长趋势，应是判断该的表征物质，此外C2F6可能在该工况的早期对其有响应，SO2F2也可能是该的表征物质。
3）硅填料盆式绝缘子在稳态电流下的异常发热过程分解产物特征组分：硅填料绝缘盆子与SF6气体发生的临界不高于221oC；SCO、CO、CO2在试验前期保持稳定，试验进行到某个临界点时，会呈显的增长趋势，是判断该的表征物质，此外CF6在该工况的早期对其有响应, CS2也可能是该的表征物质。
4）绝缘件微粒放电分解产物特征组分：自由微粒放电缺陷下，CO2、SOF2和SO2f2为自由微粒放电缺陷下的主要特征分解产物,SO2 放电的进并没显的变化。同样条件下的两种自由微粒放电分解产物种类相同，含量变化均呈增加的趋势，但同一种产物在两种几乎同样的条件下其产值却的差别，这是由于自由微粒放电存在较大的分散致。CO2可能来自于不锈钢电极，也可能是环氧树脂绝缘材料在局放过程中释放出的活C原子与杂质O或ho得来。两种产物中sof2的产物高于SO2f2,SOF2可能主要由SF4水解生成，而SO2F的生成可能主要是由SF2与。2 得来。固定微粒放电下的分解产物中除了有CO2、SOF2和SO2f2生成以外，还检测到了一种新的产物CF4，并且CF4是在固定微粒放电下放电电压较高时产生的，因此推断C来自于环氧树脂绝缘材料的裂解。
2绝缘件缺陷下分解产物的产生机理
2.1局部放电缺陷
美国学者R.J.VanBrunt等人提出的“区域反应模型”对SF6的局部放电分解机理的解释更加有帮助，具体如图1所示。SF6气室内的放电区域主要三个区域：辉光区、离子漂移区主气室。
看出，三个区域存在的物理化学过程存在明显差异SF6分解成初级产物SF的过程主要发生在辉光区。初级分解产物SF（二1,2,…5）中,SF5和SF3等不稳定，而SF2和SF4具有对称结构，相对稳定，所以SF4和SF2为辉光放电区内SF6的主要分解产物。而SF6分解生成SF4所需的能量生成SF2的低,SF4 更大。SF5虽然不稳定，但是SF6最容易分解为SF5，而SF5会反应生成SOF4，进一步生成SO2F2，所以SF5的生成也会影so2f2的生成。在主气室内主要是SF4、SF2和SOF4等与水分氧气的杂质反应，生成较稳定的分解组分SO2F2和SOF2等,SO2F和SOF2是局部放电作用下SF6分解生成的主要稳定产物。
辉光区域：
sf5+o-*sof4+f
sf4+o^sof4
SF5+0H-*SOF4+HF
离子迁移区域：
SF6+SO2-*Products
SF&+SOF4-SOFj+SFs C
O2+S—O2+S_J
主气室放电区域：、
SF4+H2O—SOF2+2HF I
SF2+O2->SO2F2r
SOF4+H2O-SO2F2+2HF J
图1局部放电下S叫气体分解机理
Fig.1Decomposition mechanism of SF6
一千零一夜动画片全集
gas under partial discharge
放电区域存在料（如不锈钢金电、绝缘料），室的F原子和O原子还会与料释放出的C原子发生反应，生成CF4和CO2等产物〔4一6。在高温条件下，C原子还会和CO2反应生成CO⑺。
2.2异常发热缺陷
SF6在常条件下热稳定，同时在500C下不活，电在常的，在GIS设备内部也会产生高温点。这些点的由于能的增加或者是电气接触不良，如果这些点在局限的区域内其温度在220C附近甚至更高时,SF6气体会与一些金属发生反应，生成金属氟化物和金属硫化物等产物。SF&分子通过热作用的助力开始分离，金属、有机绝缘材料、水分或者氧气等会与SF6反应产生分解产物，除了氟化物和硫化物在外壳表面形成外，还发现了-分解组分SO2，水分对于SO2的形成具有显著的影
⑻。达到300C时，金属和有机材料的表
・144・黑龙江电力第43卷
面受到侵蚀，主要原因是碳或硫的氧化物与SF 6气 体发生反应。温度达到36/兀时，产生大量SO 2气。 达到440 °C 时，开始产生,45/ °C 时,HF 和SOF 2是主要产物,60 C 是SF 6气体分解
临界温度，此时，分解产物主要是SF 4和SF 2〔9。有 机材料与S 接触时通常会产生HS ，，高温会对
到催化加速的作用。
相比于
热，固体绝缘件过热所产生的
分解产物种类、
与
热下 显
的差异。 热下，主要 分解产物为
SOF 2、SO 2、C 0和CO 。其中CO 和C02中C 的来源 为高温下不锈钢表面释放出的活性C，而在
绝
缘件过热下，不仅SF 6 参与到了过热分解的反
，而且高温下 绝缘件的裂化和分解也导
致了分解产物的多样性，除了
的SOF2、
SO 2、C0和C02，还有新的 产物生成，如CH 4、
H s 、cos I CF 4。
3
绝缘件缺陷产生分解产物的影响 因素
3. 0局部放电缺陷
固定金属微粒放电下气压对SF 6分解产物的影
响，如图2所示。可以看出，高压强下，SF6气体局
部放电起始电压升高，不利于电晕的产生，限制了放 电能量，分解产物产量相 小，CO 、CF 4、SOF2 +
SO 2和SO 2 F 2的产量均随气压的增加 低。
(L .
」d 、鰹忘
O S +H O S
端午吃什么
15
2
20
O 5
3 26
5
4
3
7
」.3、鰹嘗
12
14 16 18 20放电时间/h
CF 4 0.3 MPa -■- CF 4 0.4 MPa
6
4 2 0 8 6 4
1111(L Hj d
、鰹瘫
H O S
12 14 16 18 20
放电时间/h
20
14 16 18放电时间/h
12 14 16放电时间/h
18 20
2」12
(SF 6+150 |ji L/L H 2O, U=27 kV)
图2局部放电下气压对分解产物的影响
Fig. 2 Effect of gat pressurs on decomposition produclt undcs partial discharoc
3.2异常发热缺陷长征之路
在绝对压强为0,0 MPn，过热故障温度为300 C , 无吸附剂的条件下进行固体绝缘件过热下SF 6分解 实验，并保持气室内初始含水 致。对比
0.3 MPa 和0.5 MPn 下各分解产物产量，可以发现
各项分解产物 H 、CO 、CH 4、CO 2、H2S 、COS 、SOF2 +
SO 2的产自动化就业
压的增加 加。此外，当SF 6压 时，还检测到了新的生成产物CS 2O 3.0吸附剂对分解产物检测的影响为吸附SF 6气体中的水分、杂质和分解产物，一般在SF 6电气设备中装有吸附剂，这样会对设备故
的判定产生
诘问
°理 态下，吸附剂KDHF -
00对SF 6分解产物中的SO 2和SOF 2 的吸附速
率会 时间的推移
小，最后趋于零。分析
能原因：
1）容器内
分子
吸附剂作用时间
长 ，分子
变慢，离吸附剂 的
考勤系统管理分子移动到吸附剂附近需要一定时间，导致分
解产物的 下
变慢；
）吸附剂的吸附能力 吸附时间和吸附S02
第2期付丽君，等:SF6分解产物产生机理和影响因素研究-149-
气体浓度的增加而减弱U0];
3)当吸附剂吸附一定量的SO2以及SOF2气体后肯定会达到饱和状态，或者将SO2以及SOF2气体完全吸收U1]0
4结语
sf6开关设备的盆式绝缘子绝缘沿面、机械裂纹、异常发热、绝缘拉杆的沿面放电、绝缘件出现微粒放电、裂纹放电和异常发热过程都会产生内部绝缘件缺陷的分解产物特征组分。阐述了局部放电缺陷和异常发热缺陷时的分解产物的产生机理。分析了局部放电缺陷、异常发热缺陷、吸附剂对分解产物的影响。
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(编辑何晓会、王珊珊)
