在電力運(yùn)維現(xiàn)場和特種設(shè)備檢測場景中，兩類問題的咨詢量常年位居前列：一是GIS設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)溫升異常、局放預(yù)警時(shí)，怎么通過SF6氣體分解產(chǎn)物檢測快速鎖定故障類型？二是開展合規(guī)性SF6氣體分析時(shí)，哪些設(shè)備的檢測精度能夠滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管要求？

SF6因優(yōu)異的絕緣性能和滅弧能力，是中高壓GIS設(shè)備的主流絕緣介質(zhì)，正常運(yùn)行條件下化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，溫度低于500℃時(shí)幾乎不會發(fā)生自然分解。但當(dāng)GIS設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)局部放電、過熱、電弧等故障時(shí)，故障點(diǎn)周圍的溫度會快速升高，SF6分子會被高能粒子撞擊發(fā)生裂解，生成S原子、F原子以及低氟硫化物。如果設(shè)備內(nèi)部存在微量的水分、氧氣，這些裂解產(chǎn)物會進(jìn)一步發(fā)生氧化、水解反應(yīng)，生成多種穩(wěn)定的SF6氣體分解產(chǎn)物，其中HF酸分解、SO2F2、SOF2是*具備故障指示意義的三種特征組分【1】。

一、SF6氣體分解產(chǎn)物的生成路徑與故障關(guān)聯(lián)邏輯

不同故障能量下，SF6的裂解反應(yīng)路徑存在明顯差異，直接決定了特征產(chǎn)物的組分比例。當(dāng)故障能量較低，僅為電暈放電或者150-300℃的局部過熱時(shí)，裂解產(chǎn)生的低氟硫化物主要和氧結(jié)合生成SOF2，這一階段的水解反應(yīng)占比低，HF酸分解的量很少。當(dāng)故障能量升高，出現(xiàn)火花放電或者300-800℃的嚴(yán)重過熱時(shí)，更多的S原子會和兩個(gè)氧原子結(jié)合，SO2F2的生成速率會明顯提升。如果故障能量達(dá)到電弧級別，溫度超過1000℃，同時(shí)設(shè)備內(nèi)部水分含量超過100μL/L時(shí)，水解反應(yīng)會大幅加劇，HF酸分解的濃度會快速上升，同時(shí)伴隨SO2等其他產(chǎn)物生成。

這種生成路徑的差異性，是通過氣體分析判斷GIS設(shè)備故障類型的核心依據(jù)，相比紅外測溫、局部放電檢測等手段，SF6氣體分解產(chǎn)物檢測的靈敏度更高，能夠發(fā)現(xiàn)潛伏7天以上的早期故障，且不受設(shè)備外殼屏蔽、現(xiàn)場電磁環(huán)境的干擾，適合作為GIS設(shè)備故障的常態(tài)化排查手段。

二、典型特征組分與GIS設(shè)備故障的對應(yīng)關(guān)系

三種核心特征組分的濃度、比值，分別對應(yīng)不同的故障類型和嚴(yán)重程度，運(yùn)維和檢測人員可以根據(jù)檢測結(jié)果快速制定處置方案。

首先是SOF2，作為SF6裂解后氧化的初級產(chǎn)物，SOF2的濃度變化和故障的持續(xù)時(shí)間、能量累積程度直接相關(guān)。根據(jù)DL/T 1986-2019的相關(guān)要求，當(dāng)運(yùn)行中GIS設(shè)備內(nèi)的SOF2濃度超過0.5μL/L時(shí)，即可判定設(shè)備內(nèi)部存在早期故障【2】。多數(shù)情況下，單純SOF2濃度升高對應(yīng)的是低能量的潛伏性故障，比如懸浮電位放電、金屬部件接觸不良導(dǎo)致的局部過熱，這類故障發(fā)展速度較慢，可在做好跟蹤檢測的前提下?lián)駲C(jī)安排檢修，無需立即停電。我們在華東某220kV變電站的運(yùn)維現(xiàn)場曾遇到過類似案例，運(yùn)維人員巡檢時(shí)檢測到GIS氣室的SOF2濃度達(dá)到0.7μL/L，SO2F2濃度為0.2μL/L，未檢測到HF，基于氣體分析結(jié)果判定為懸浮電位放電的潛伏性故障，后續(xù)停電檢修時(shí)確實(shí)發(fā)現(xiàn)了母線連接部位的螺栓松動問題，及時(shí)處理避免了故障擴(kuò)大。

然后是SO2F2，該產(chǎn)物的生成需要更高的鍵能，因此SO2F2的濃度直接反映了故障的能量等級。當(dāng)檢測到SO2F2濃度超過0.3μL/L，且SO2F2與SOF2的濃度比值大于0.6時(shí)，說明設(shè)備內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)了中高能量的故障，比如絕緣子表面爬電、金屬毛刺導(dǎo)致的火花放電，這類故障發(fā)展速度較快，需要在1個(gè)月內(nèi)安排停電排查。如果該比值超過0.8，且SO2F2濃度超過2μL/L，大概率已經(jīng)發(fā)生了絕緣擊穿類的惡性GIS設(shè)備故障，需要立即停運(yùn)檢修，避免發(fā)生設(shè)備爆炸、大面積停電等安全事故。

接下來講HF酸分解的指示意義：HF是SF6裂解產(chǎn)物水解后的*終酸性產(chǎn)物，HF酸分解的濃度同時(shí)受故障能量和設(shè)備內(nèi)部水分含量兩個(gè)因素影響。當(dāng)檢測到HF濃度超過0.2μL/L時(shí)，說明設(shè)備內(nèi)部不僅存在故障，還存在水分超標(biāo)的問題，HF會和GIS設(shè)備內(nèi)部的環(huán)氧樹脂絕緣子、陶瓷密封件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成粉末狀的氟化物附著物，這些附著物會附著在絕緣件表面，進(jìn)一步降低絕緣強(qiáng)度，加速故障發(fā)展。如果HF濃度超過1μL/L，說明設(shè)備的絕緣部件已經(jīng)發(fā)生了不可逆的腐蝕，檢修時(shí)需要同步更換受腐蝕的絕緣部件，不能僅做氣體更換處理【3】。

三、不同場景下SF6氣體分析的設(shè)備選型與操作規(guī)范

不同用戶群體開展SF6氣體分析的核心需求存在差異，選型適配的檢測設(shè)備是保障檢測結(jié)果可靠的前提。

對于B端的電力運(yùn)維企業(yè)、新能源電站、工業(yè)用戶的自備電廠來說，SF6氣體分析的核心需求是快速、準(zhǔn)確、低成本，能夠在現(xiàn)場快速完成檢測，及時(shí)排查GIS設(shè)備故障，減少停電損失。針對這類需求，司南SF6綜合測試儀是比較合適的選擇，它支持同時(shí)檢測SOF2、SO2F2、HF、SO2、H2S等多種SF6氣體分解產(chǎn)物，檢測下限可達(dá)0.1μL/L，單次檢測時(shí)間不超過3分鐘，無需送樣到實(shí)驗(yàn)室，運(yùn)維人員在現(xiàn)場即可完成操作。設(shè)備內(nèi)置故障診斷模型，輸入檢測數(shù)值后可自動生成故障類型參考建議，降低了對運(yùn)維人員能力的要求，同時(shí)設(shè)備的采購和使用成本遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)室檢測設(shè)備，適合日常巡檢、故障排查等場景使用。

對于G端的電力監(jiān)管機(jī)構(gòu)、特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)、電網(wǎng)公司的驗(yàn)收部門來說，SF6氣體分析的核心需求是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、合規(guī)，能夠作為驗(yàn)收、執(zhí)法、責(zé)任判定的依據(jù)。針對這類需求，DILO 3-035-R006型SF6檢測設(shè)備符合現(xiàn)行GB、DL、IEC等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的檢測要求，檢測數(shù)據(jù)的重復(fù)性誤差不超過2%，檢測結(jié)果具備行業(yè)公信力，可作為出具官方檢測報(bào)告的依據(jù)。該設(shè)備支持多批次氣樣的連續(xù)檢測，適合開展批量GIS設(shè)備的驗(yàn)收檢驗(yàn)、年度監(jiān)督檢測等場景使用，滿足監(jiān)管部門對檢測數(shù)據(jù)可追溯、可校驗(yàn)的要求。

無論使用哪類設(shè)備開展SF6氣體分析，都需要遵循統(tǒng)一的操作要求：采樣前要對采樣管路進(jìn)行至少3次吹掃，避免殘留的往期氣樣導(dǎo)致交叉污染；采樣流量控制在0.3-0.5L/min之間，避免流量過大導(dǎo)致組分失真；檢測環(huán)境溫度要控制在10-35℃之間，溫度過低會導(dǎo)致HF等組分吸附在管路內(nèi)壁，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

四、基于SF6氣體分解產(chǎn)物檢測的全生命周期運(yùn)維建議

對于GIS設(shè)備的全生命周期運(yùn)維，建議將SF6氣體分析納入常態(tài)化運(yùn)維體系，分階段開展檢測，實(shí)現(xiàn)故障的早發(fā)現(xiàn)、早處置。

首先是安裝驗(yàn)收階段，在GIS設(shè)備充氣完成靜置24小時(shí)后，開展*SF6氣體分解產(chǎn)物檢測，留存SOF2、SO2F2、HF等組分的基線濃度數(shù)據(jù)，作為后續(xù)運(yùn)行階段對比的依據(jù)，這一階段建議使用DILO 3-035-R006開展檢測，確?；€數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免后續(xù)故障判斷時(shí)出現(xiàn)偏差。

然后是日常運(yùn)維階段，110kV及以下電壓等級的GIS設(shè)備每12個(gè)月開展一次氣體分析，220kV及以上電壓等級的GIS設(shè)備每6個(gè)月開展一次檢測，重點(diǎn)對比各組分的濃度變化趨勢。如果出現(xiàn)SOF2濃度升高但未超過閾值的情況，要將檢測周期縮短到1個(gè)月，跟蹤故障發(fā)展情況，這一階段可使用司南SF6綜合測試儀開展現(xiàn)場檢測，提升運(yùn)維效率，降低檢測成本。

如果檢測到SO2F2、HF酸分解產(chǎn)物同時(shí)超標(biāo)，要立即聯(lián)合局部放電檢測、紅外測溫等手段，定位故障點(diǎn)，根據(jù)故障嚴(yán)重程度安排檢修計(jì)劃。同時(shí)要按照《電力設(shè)備安全管理辦法》的要求，將所有檢測記錄留存至少3年，確保數(shù)據(jù)可追溯，滿足監(jiān)管要求。

參考文獻(xiàn)

【1】 GB/T 18867-2014 六氟化硫電氣設(shè)備氣體分解物檢測技術(shù)導(dǎo)則

【2】 DL/T 1986-2019 六氟化硫電氣設(shè)備分解產(chǎn)物試驗(yàn)方法

【3】 中國電力科學(xué)研究院《SF6電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)手冊》