《小樣本SF6微觀分解特性下的GIS故障表征及其廣義化的研究》是依託中國科學院電工研究所，由韓冬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：小樣本SF6微觀分解特性下的GIS故障表征及其廣義化的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：韓冬
- 依託單位：中國科學院電工研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以六氟化硫(SF6)為絕緣介質的氣體絕緣開關設備(GIS)已成為現代變電站首選設備和重要標誌之一。在GIS的總事故率中絕緣缺陷類型故障占較高比例，且某些對設備危害較大的潛伏性異常是隨運行時間的推移逐漸發展成故障的，埋下了很大的隱患。當GIS發生此類故障時，SF6會發生分解且其氣體分解物組分與故障模式有定量的對比關係。本項目利用故障實驗平台，從小樣本試驗數據出發，以SF6氣體分解物為研究對象，分別對電弧放電、火花放電、局部放電和局部過熱故障的SF6微觀分解特性以及定量GIS故障表征兩方面進行基礎科學研究。圍繞試驗數據樣本有限且與實際運行存在差異的特點，提出了小樣本數據的研究思想和策略，並以SF6斷路器為試品，在小樣本子空間下探索GIS故障特性的趨勢變化空間，評價故障表征的可信度。本項目旨在揭示SF6分解演化規律並確立GIS故障表征方法，為基於分解氣體法的GIS線上監測及狀態檢修提供理論依據。
結題摘要
當SF6氣體絕緣電氣設備發生絕緣故障時，SF6會分解，並與氣體雜質、水分和絕緣材料等進一步反應生成強毒性和強腐蝕性的氣體和固體分解物。為分析絕緣故障下SF6氣體分解物與故障之間的關係，本項目搭建了模擬絕緣故障的實驗系統，包括電暈放電、火花放電、沿面放電和局部過熱等，並進行了大量的實驗研究。利用氣相色譜-質樸儀分析了SF6在絕緣故障下的主要氣體分解物及其變化趨勢，闡述了不同絕緣故障下分解氣體的特徵和形成機理。電暈放電的主要分解氣體為SOF2+SO2、SO2F2、CF4和CO2等，分析了針-板電極和針-針電極下分解物的含量、生成速率及各含量比值，隨各因素的變化趨勢。其中，SF6分解物含量隨施加電壓的升高、故障時間的延長而增大，隨電暈起始電壓的升高、氣體壓力的增大、電極距離的拉長而降低。硫氟化物比值(SOF2+SO2)/SO2F2隨施加電壓的增大而減小； (SOF2+SO2)/SO2F2隨電暈起始電壓的升高、氣體壓力的升高而增大。推導了SOF2+SO2、SO2F2等氣體與氣體壓力之間的擬合公式，擬合了分解物含量隨施加電壓和氣體壓力的變化趨勢。火花放電的主要分解氣體為SOF2+SO2、SO2F2、CF4和CO2等。分解物含量隨擊穿電壓的升高而增大，(SOF2+SO2)/SO2F2隨擊穿電壓的升高而增大，隨擊穿電壓進一步升高，比值呈飽和趨勢； CO2/CF4隨擊穿電壓的升高而降低，隨擊穿電壓進一步升高，比值也很快呈現飽和趨勢。 沿面放電中，SF6四種分解物的含量隨施加電壓的升高而增大。當固體絕緣表面被破壞時，CF4的含量顯著增加，其他氣體含量略有增加。利用光學顯微鏡對放電前後固體絕緣表面進行了樣貌分析，發現材料表面在放電後出現了嚴重的放電燒蝕。 局部過熱的主要分解物為SO2和CO2，其含量隨過熱溫度和過熱持續時間的增加而增加，不同的金屬材料對SF6氣體分解物的形成過程有重要影響，導致了分解氣體含量的差異。 放電故障的主要特徵產物如SO2F2和CF4在局部過熱中的檢測均為痕量；放電涉及固體絕緣材料時，CF4的含量明顯增大；火花放電產生的能量較電暈放電大，分解物種類也較多。 (SOF2+SO2)/SO2F2受放電強度、氣體壓力等的直接影響，可用於區分不同類別的故障，並是判斷電暈故障嚴重程度和放電強弱的最重要的指標。
