SF6斷路器開斷時(shí)SF6氣體分解物中的SO2和H2S含量進(jìn)行了詳細(xì)的研究。通過大量試驗(yàn)分別研究了開斷電流和燃弧時(shí)間對(duì)SF6分解物中SO2和H2S含量的影響;并對(duì)在滅弧室中有吸附劑和無吸附劑進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究;研究和分析了電弧能量對(duì)SF6氣體分解物的影響及SF6分解物中SO2和H2S含量在有吸附劑和無吸附劑下隨時(shí)間的變化關(guān)系。根據(jù)SF6分解物含量進(jìn)行SF6設(shè)備狀態(tài)判斷或缺陷﹑故障判斷以及在線檢測(cè)提供參考。

  SF6氣體具有極好絕緣性能和滅弧性能，SF6電氣設(shè)備是利用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)的。SF6電氣設(shè)備目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高壓和超高壓領(lǐng)域，它有體積小﹑重量輕﹑容量大﹑成套速裝﹑維修量少等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。某些正在運(yùn)行的SF6電氣設(shè)備存在缺陷或故障,影響了設(shè)備的正常運(yùn)行,甚至釀成事故,因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)SF6 電氣設(shè)備內(nèi)部缺陷或故障,對(duì)保證設(shè)備和電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。SF6氣體在電弧﹑放電和過熱作用下存在分解現(xiàn)象，通過檢測(cè)SF6分解產(chǎn)物的含量診斷設(shè)備內(nèi)部是否存在故障，將成為SF6 電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和故障診斷的一種有效方法[3-5]。

  開斷電弧作用下SF6氣體分解物的情況在試驗(yàn)和理論已經(jīng)有了很多研究成果，但在實(shí)際應(yīng)用方面的研究不多。電弧作用下SF6氣體分解產(chǎn)物主要有硫化物和氟化物。硫化物主要有SO2、H2S、SF4、SO2F2、SOF2等;氟化物主要有HF、CF4和金屬氟化物[6-7]。上述的分解物中SF4、SOF2 含量較大但不穩(wěn)定，很快在氧氣(O2)和水氣(H2O)雜質(zhì)影響下產(chǎn)生穩(wěn)定的SO2和HF，HF具有強(qiáng)腐蝕性，會(huì)與內(nèi)部金屬發(fā)生再反應(yīng)，通常開斷或故障后檢測(cè)到的氟化氫(HF)含量較小或檢測(cè)不到;CF4在新氣中含量就很大(200ul/l左右)，而在電弧作用下增加量卻相對(duì)較小，故不能作為檢測(cè)氣體。其它氣體分解物在設(shè)備內(nèi)部的含量極少。因此,把SO2、H2S作為檢測(cè)氣體研究SF6氣體分解物是可行的[8-9]。檢測(cè)的SO2 濃度是直接分解和水解產(chǎn)物的總量，H2S 是固體絕緣材料分解的特征組分。本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)對(duì)SF6斷路器開斷時(shí)SF6氣體分解物中的SO2和H2S含量進(jìn)行了詳細(xì)的研究，試驗(yàn)研究和分析了開斷電流、燃弧時(shí)間、電弧能量、吸附劑等因素對(duì)SF6分解物的影響，為根據(jù)SF6分解物含量進(jìn)行SF6設(shè)備狀態(tài)判斷或缺陷﹑故障判斷以及在線檢測(cè)提供參考。

  分解物中SO2和H2S的變化曲線可知在電弧燃燒時(shí)有SF6直接分解產(chǎn)生的SO2含量很少，大部分SO2是由其它中間分解物的進(jìn)一步反應(yīng)產(chǎn)生。試驗(yàn)研究證實(shí)電弧高溫作用下SF6分解的主要?dú)怏w產(chǎn)物是SF4、SOF2，但SF4、SOF2很快水解產(chǎn)生穩(wěn)定的SO2和HF[10-12]。一般認(rèn)為H2S氣體是固體絕緣材料分解的特征組分，其含量與絕緣材料的種類有關(guān)，本試驗(yàn)用的SF6斷路器氣體噴口絕緣材料是聚四氟乙烯。

  開斷后隨著時(shí)間的增加SO2和H2S的變化趨勢(shì)基本上一致，含量均迅速上升，6個(gè)小時(shí)后 SO2含量達(dá)到**值96.57uL/L，7個(gè)小時(shí)時(shí) H2S含量達(dá)到**值13.14uL/L。達(dá)到**值后分解物含量在吸附劑的作用下又迅速下降，在200小時(shí)后H2S含量降為0，但SO2的含量趨于穩(wěn)定在3.14uL/L。30天后測(cè)定SO2仍穩(wěn)定在3.14uL/L ，H2S含量為0。在不換吸附劑的情況下重新開斷5kA(峰值)的電流發(fā)現(xiàn)吸附劑仍具有吸附功能，可見吸附劑并為飽和，但SO2的濃度趨于穩(wěn)定在3.43uL/L。試驗(yàn)和分析證實(shí)本試驗(yàn)使用的吸附劑—分子篩對(duì)SO2的吸附是物理吸附，當(dāng)吸附劑吸附的量達(dá)到一定程度時(shí)吸附劑對(duì)SO2的吸附速率和SF6氣體中SO2的含量濃度間達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，平衡濃度的大小與吸附劑的飽和程度以及氣體壓強(qiáng)有關(guān)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：在開斷電流小于15kA(有效值)時(shí)在吸附劑的吸附下分解物都將變?yōu)?，而大于20kA(有效值)時(shí)SO2在長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的吸附后仍有剩余。

  3.2 開斷電流大小對(duì)SO2和H2S含量的影響

  無吸附劑時(shí)開斷電流(有效值)大小對(duì)分解物含量影響擬合曲線。由于斷路器操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間離散性使各開斷電流下燃弧時(shí)間有所不同，但相差不大，燃弧時(shí)間控制在9.7ms到10.2ms之間，基本上是半個(gè)周期的燃燒電弧。各開斷電流下的數(shù)值是無吸附劑時(shí)分解物達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的數(shù)值。由圖5知SO2和H2S的含量均隨著開斷電流的增大而增加，且增長(zhǎng)的速度越來越快，圖示SO2和H2S含量擬合曲線均是二階曲線，說明分解物與電流的二次方成正比，這與理論相吻合。

  有吸附劑時(shí)開斷電流(有效值)大小對(duì)分解物含量影響擬合曲線。燃弧時(shí)間控制在9.6ms到10.1ms之間。由于在有吸附劑的時(shí)候分解物含量隨時(shí)間變化較快(見圖4)，圖6顯示的各開斷電流下的數(shù)值是有吸附劑時(shí)分解物含量的**值。由圖6知SO2和H2S的含量均隨著開斷電流的增大而增加，增長(zhǎng)的速度在開斷電流小于5kA時(shí)變化較慢，在5到15kA時(shí)基本上成線性變化，在大于15kA時(shí)增長(zhǎng)非常迅速。這是吸附劑的吸附速率造成的，吸附劑的吸附速率和分解物的濃度有關(guān)。開斷電流小于5kA時(shí)分解物濃度較小，吸附劑很快就完全吸附;開斷電流在5到15kA時(shí)分解物濃度保持在一定范圍內(nèi)，此時(shí)吸附劑吸附速率隨分解物含量濃度增大而增加;開斷電流在20kA或以上時(shí)分解物濃度很大，吸附劑的吸附速率將不再隨濃度增加而增大了。

  有吸附劑相比無吸附劑時(shí)在同樣大的開斷電流下分解物含量**測(cè)量值明顯偏小，且不及無吸附劑時(shí)測(cè)量值的四分之一。這一方面是由于吸附劑吸收了SF6氣體中的水分等雜質(zhì)，降低了SF6氣體的直接分解;另一方面是由于分解物在測(cè)量過程中被吸附劑吸附。吸附劑具有這兩個(gè)方面的作用。

  4、 結(jié)論

  對(duì)不同參數(shù)條件下SF6分解物的試驗(yàn)研究表明：電弧下直接產(chǎn)生的SO2含量較少，大部分是中間產(chǎn)物繼續(xù)水解產(chǎn)生的，H2S含量相比SO2較小。對(duì)于額定短路電流為25kA的SF6斷路器在無吸附劑時(shí)電弧開斷后SO2和H2S的含量均增加，且在幾十個(gè)小時(shí)內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定值;有吸附劑時(shí)分解物含量迅速增加后又迅速降低，在小于15kA(有效值)電流開斷時(shí)分解物含量*終吸附到零，大于20kA時(shí)分解物有剩余。

  在燃弧時(shí)間相同，電弧電壓變化趨勢(shì)一致的條件下，分解物含量與開斷電流的二次方成正比。在開斷電流相同的條件下，分解物含量隨燃弧時(shí)間增長(zhǎng)而增大，但在10ms附近增長(zhǎng)緩慢，在5ms和15ms等開斷電流峰值附近增長(zhǎng)迅速。無吸附劑時(shí)分解物含量與電弧能量成正比，且每千焦能量分解物大概在15uL/L～20uL/L之間。吸附劑對(duì)分解物含量影響很大，有吸附劑時(shí)測(cè)量值大概是無吸附劑時(shí)測(cè)量值的1/5到1/4，吸附劑的吸附速率與分解物的含量濃度有關(guān)，并隨著分解物濃度的增大而增大。