SF6在线监测技术的应用与发展

SF6在线监测技术的应用与发展

何鹏寿

甘肃省陇南市文县大唐碧口水力发电厂，甘肃陇南，746412

摘要：SF6作为电力环境中重要的组成部分，其自身的纯净状况直接关系到绝缘性能，因此必须引起重视。在线监测作为确保SF6的重要技术手段，多年来已经有所发展，并且日趋成熟。文章深入分析当前SF6在线监测技术的发展动态，并且对其发展方向和主流技术展开了分析和讨论。

关键字：SF6；在线；监测；技术

SF6是气体绝缘金属封闭开关设备（GIS，GasInsulatedSwitchgear）最为常见和有效的绝缘介质，以良好的绝缘可靠工作特征著称。近年来随着GIS设备的不断深入应用，SF6也开始得到越来越多的关注，确保其稳定性并且及时发现其可能存在的问题，确定运行过程中的不稳定状态，成为了电力领域共同关注的重点问题之一。

一、SF6特性

SF6本身是一种无色无臭无毒的非燃性惰性化合物，属于重气体，SF6的分子结构中硫原子和氟原子呈典型的电负性特征，因此具有稳定的共价结构，使得其在一般的温度环境下呈现出良好的惰性，这些都使SF6成为绝缘领域的重要介质。然而在GIS环境中，电弧瞬时温度高达5000℃，触头和母线都会因此释放出金属蒸汽，与SF6发生化学反应，降低其稳定性并且呈现出腐蚀特征，为GIS系统内部的绝缘组件带来隐患。

随着研究的深入，总结出了一些SF6分解规律和结论：不管哪种形式的放电，SF6发生分解后产物的量与放电能量大致成比例关系；通过SO2、SOF2、SO2F2含量比例可分析判断放电剧烈程度，放电越剧烈，放电能量越大SO2含量越多、SOF2／SO2F2体积分数之比越大；通过H2S组分含量大小可判断故障的放电能量及故障是否涉及固体绝缘，CF4含量反映固体绝缘情况；气体分解产生的物质含量取决于电极材料的金属蒸发量。考虑到实际气体环境，会有H2O等分解物产生。

二、SF6在线监测技术原理与发展现状

由于SF6在GIS系统中的作用与地位不容忽视，因此一直以来在如何实现对其状态的监测方面给予了充分的关注。传统技术环境下，SF6气体的检测方式包括气压表测量法和密度继电器测量法，以及半导体测量法等，并且超声波测量以及负电晕放电测量也是常见的SF6监测方法。

其中气压表测量主要是对密闭的GIS中气体压力展开测度，从而实现对于GIS中SF6是否存在变质问题实现判断。但是考虑到在温度变化剧烈的环境中，SF6气体压力会随之有所变化，因此此种方式只有在环境温度变化不显著的时候才能展开有效应用，并且无法实现相关数据的自动化获取，其测定结果通常仅供参考。

而对于密度继电器测量而言，其机械属性本身决定了其抗震能力等方面均不尽如人意，因此无法实现气体微量泄露的测定。

半导体传感器则以二氧化锡半导体作为电极，依据其强亲氟化物的特征来实现对于空气中气体含量的测定。此种测定方式能够实现较高精度，并且在成本方面也占据极大优势，但是寿命相对有限，随着寿命的延伸其误报率有了显著增高。

采用超声波测速法展开对于SF6气体泄漏的测量，是根据超声波传播速度随气体摩尔质量增加而变化这一特性。SF6气体的摩尔质量是空气的五倍，因此当其发生泄漏的时候，会导致周围环境介质摩尔质量的显著上升，从而实现对于其密封状况的判断。此种工作方式虽稳定且精度较高，但是成本昂贵，因此难以实现大面积应用。

负电晕放电检测设备通常置于电站开关柜内，是当前比较常见的检测设备，具有结构简单、可靠性高的特征，且成本控制相对较容易，十分适合大范围在线监测。但是此种技术相对而言寿命较短，容易造成误报警问题的发生，可信度已经成为阻碍其进一步深入应用的主要因素。

三、深入推动SF6在线监测技术的发展

就当前技术的发展趋势而言，在先进的传感技术以及微电子技术的发展环境之下，配合当前信息时代中发达的通信技术，对于SF6的检测必然呈现出在线、连续以及自动化的整体发展特征。目前主要在该领域中监测技术发展的主要方向，基本都基于朗伯比尔定律以及红外探测原理等，以光谱的吸收作为重要手段的检测工作方式在该领域中的应用呈现出显著上升趋势，并且更多关注温湿度的检测也成为面向SF6展开工作的重要手段。

对于该领域而言，激光检测是重要的技术发展方向。激光探测器的测量范围保持在0-2000μL/L，灵敏度可以达到1μL/L，远远低于当前我国安全规程所限定的1---μL/L水平，因此在该领域中呈现出良好的灵敏特征。而随着国家对于环境保护态度在不同领域的明确，这种良好的灵敏特征必然会在未来表现出更好的应用优势。除此以外，采用激光检测技术展开对于SF6的检测工作，还能够对于其检测阈值进行调整，有效实现定量检测。虽然此种技术的一次投入偏高，但是维护工作量降低，且寿命较长，误报率极低，可以依据现场的实际需求对监测点展开布局实现成本的有效控制。

独立的氧气传感器也是SF6在线监测领域中主要的技术发展方向。通常将氧气传感器与SF6传感器相互组合，形成双气体探头展开工作。此种探头能够对单纯SF6探头检测准确度偏低以及稳定性不高的问题有所改善。在激光检测技术环境之下，由于其检测精度和敏感性都较高，因此并不需要针对每个监测点都安装独立的氧气传感器，仅需要安装一台即可有效展开工作。通常在开关站选取合适位置，确保信号能够展开正常稳定传输即可。通常氧气传感器的测量范围应当保持在1-25%范围内，精度不小于1%，纯氧量告警低于20%即可。

红外探测同样是SF6在线监测技术体系中的重点，主要是考虑到气体分子对辐射的吸收、散射而衰减，因此可以利用气体对某一特定波段的吸收来实现对该气体的检测。红外探测主要是通过将光波入射到检测区反射物体之上，而后接受反射波并且考察被测气体吸收率，并且对相关数据进行进一步处理，最终实现SF6在线监测任务。

实际工作中，SF6气体温度、湿度、压力以及其他相关分解物质的在线测定，已结合成为一个完整的系统。绝缘性能、灭弧能力以及SF6气体中的水分含量等，是判断SF6断路器工作状态的几个重要指标，其中SF6气体密度以及水分含量两个主要方面能够直接反应其灭弧能力。触头和母线会在电弧的高温作用之下释放金属蒸汽，如果箱内有水分，那么终会生成CuF2、WO3、AlF3、SOF2等物质，这些物质不仅会对设备有腐蚀，还会危及到人身安全。基于此种考虑，需要重点对SF6气体压力和湿度以及分解物展开监测。其中气压的检测还主要用以反映密度状态，进一步考察SF6的绝缘性能和开断能力，此外，气压也是判断是否存在泄漏的重要依据。对于湿度而言，超过30%就会在绝缘漆表面出现SF6电弧分解物，如果水分含量进一步上升，这些分解物会呈现出半导体特征，从而使得绝缘子表面电阻下降，甚至将高压绝缘击穿。在对湿度进行监测的时候，应当注意需要将获取到的湿度值换算到20℃环境下才能展开分析用。而对于气体分解物的监测，需要对SF6气体在各种环境下作用后的产物的可能情况有深入了解。从气体成分的角度看，考虑到SF6的分解物中主要含有SO2、HF以及H2S几种，因此可以采用红外光谱技术来实现对于气体的测量，同时也包括对于气体中所含水分的确定，以及对断路器内部故障的诊断。

三、结论

随着更加先进的控制技术的应用，SF6气体在线监测装置必然更多会和变电站安全系统融合，逐步的变为和消防等结为一体的集中控制系统。

参考文献：

[1]胡晓光,孙来军．SF6断路器在线绝缘监测方法研究[J].2006,26(4)