SF6气体分解物检测技术应用现状和发展张钧钧

SF6气体分解物检测技术应用现状和发展张钧钧

张钧钧

（福建水口发电集团有限公司福建水口350004）

摘要：通过检测SF6的微量分解产物就可以判断设备是否存在故障，但是这些分解产物成分复杂、组分含量不稳定、含量又极低，而且大部分与SF6的性质相似，导致测量难度很大，目前广泛应用的检测方法各有优劣，建立一种有效、可靠的SF6气体分解产物检测方法将是今后的研究热点。

关键词：SF6气体分解物；检测技术；应用现状

一、现有检测技术应用现状

（一）气体检测管法

通过检测装置从高压电气设备中提取一定体积的SF6气体，分别通过SO2、HF检测管，这些分解产物会在检测管中起化学反应，并改变颜色，可根据变色柱的长短，定量的读出SF6气体中SO2和HF的浓度。优点：检测管能够检测到其体积分数10-6级的SO2或HF。缺点：容易受到温度、湿度和存放时间的影响，并且对其它主要分解气体没有检测作用，不能全面反应SF6放电分解气体组分情况，限制了它的应用推广。

（二）气相色谱法（GC）

气相色谱法是目前国内外用于SF6放电分化气体组分检测的最常用办法，也是IEC60480和GB/T18867共同推荐的检测办法。色谱法运用不同物质在两相中具有不同的分配系数（或吸附系数、渗透性），当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行屡次重复分配而完成别离。通过检测器和记录器，这些被分隔的组分成为一个个的色谱峰。气相色谱仪能够一起检测其体积分数低至10-6级的CF4、SF6、SO2F2、SOF2、SO2等气体组分。优点：它具有检测组分多、检测灵敏度高等优点。缺陷：存在取样和分析过程中可能混入水分导致一些组分水解、对S02F2和SO2的检测比较困难、不能检测HF和部分放电主要成分之一的SOF4等缺陷。气相色谱检测法中色谱进样的特性决定了检测耗时较长，不可能做到接连在线监测；温度对色谱柱分别作用的影响以及色谱柱运用一段时刻后需求清洗等固有特性决议了色谱技能对环境要求高，不适于现场在线监测运用。

（三）固体电解质传感器

该办法是运用化学气敏器材检测气体组分。化学气敏传感器是运用对被测气体的形状或分子结构具有选择性抓获的功用（接受器功能）和将抓获的化学量有效转换为电信号的功能（转换器功能）来工作的。当被测气体被吸附到气敏半导体表面时，其电阻值会发生变化。目前国内外用气体传感器法能够检测的气体主要是比较常见的气体如SO2、HF和H2S，而对重要的气体组分SO2F2，SOF2，SF4，SOF4和CF4则力不从心。优点：它具有检测速度快，效率高，能够与计算机合作运用然后完成主动在线检测确诊等杰出优点。缺陷：存在检测气体组分单一等缺陷；此外，它存在组分间的干扰问题，如：H2S传感器会对SO2有呼应以及HF传感器运用寿命短等问题。

（四）离子移动度计（IMS）

离子移动度计是一种对六氟化硫气体质量进行现场监测的新方法，它通过对设备中六氟化硫气体中总体杂质含量的测定，来反映设备中六氟化硫气体的劣化程度。优点：能测10-6级的SF6气体分解物杂质总量，缺点：易受实验环境条件影响，现场测试时每次测试前都必须重新进行参考气测量。此外，只能测量污染物的总量，不能反应气体分解物的具体分析，无法实现故障性质和位置的判断。

（五）色谱-质谱法（GC-MS）

色谱-质谱法GC/MS被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定，其具有GC的高分辨率和MS的高灵敏度。优点：色谱-质谱法可测得1ppmv数量级的气体如SOF2，SO2F2，SOF4和CF4，还有些更少见的气体成分如Si（CH3）2F2，随着色谱-质谱技术的发展和在线分析识别功能增强，色谱-质谱法提高了分析灵敏度，广泛用于常规试验分析。缺点：价格昂贵。SF6气体分解物现有的现场检测设备均采用电化学传感器，这种传感器精度低、易中毒失效、零位漂移频繁、使用寿命短，不能满足在线监测的长时间运行要求，并会对气体产生污染，不利于循环。红外传感器是分析化学中的常用传感器，测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，有灵敏度高，响应快等优点。基于红外测试技术的SF6气体分解产物检测手段是未来发展方向之一。

二、红外测试技术

（一）红外光谱分区

红外光谱区按波长范围不同分为以下三个区域，它们的波长范围依次增大，应用领域也各不相同。1）近红外光区（0.75~2.5μm）。近红外光区的作用在探讨稀土还有其它金属离子时特别有用，其吸收带是由带有氢原子团震动的基频吸收而带来的。不光适用于之前这几种物质，还适用于对水、酒精、部分高分子化合物的专业的检测。2）中红外光区（2.5~25μm）。在这个中红外光区，因为基频的分子震动是气体、液体等等吸收最为强烈的震动区域，所以很多的离子、化合物最为强烈的吸收区域都在这个波段以内，也就造成了这个中红外波段很容易用做对待测物质的测量。而且就目前所研究和应用在工农业场合的检测仪来说，利用中红外波段的检测是技术上最好、理论上最直观直接并且具有很多实用经验和资料的，就其应用也是推广的最成功的。在我们常提到的红外吸收法中，很多就会使用这个波段的进行检测。3）远红外光区（25~1000μm）。在这个所讨论的波长部分，原因是被测物质重原子的伸缩运动、晶格振动、振动或者振动-转动的跃迁等造成的。远红外区域中，并不常用来进行分析被测物体，原因是这个地方的红外光能量弱，不易观察。

（二）红外光谱检测

气体组分红外光谱检测可以利用朗伯-比尔定律实现定量计算，其表达式如下:

（三）红外吸收原理的特点

选择性好。每种气体都有特定的红外吸收光谱，除光学异构外，没有两种化合物的红外光谱是完全相同的。不会造成互相的干扰而在测量输出的信号中引起难以分辨的误差。

不易受有害气体的影响而中毒、老化。有些测试方法因为有特定的测量区域，过高或者过低都不会得到准确的测量值，有时候还会使敏感原件失效，不能够继续恢复使用。红外传感方式就完全不存在这样的问题。

响应速度快、稳定性好。不少气体传感装置在刚开机或者重新启动时要经过较长的时间来反应，也会因温度太高影响仪器自身的精度。这些问题在红外传感器上是不存在的。

信噪比高，使用寿命长、测量精度高。在使用时可以发现它具有很直接明确的信号输出，而且非高温高压化学反应等情况使用时没有大的无用干扰、并且原件可认为是半永久的不会消耗过快不必经常跟换、输出信号与所测实际情况的联系较为准确。

三、结论

当前，人们在水分、氧气以及放电能量影响SF6气体分解产物方面取得了一定成绩，且基本掌握了各种影响因素的作用机理，但研究人员还应进一步深入探索，以便掌握更多关于SF6气体的分解知识，全面了解SF6气体分解产物的作用过程，从而确保电气设备的安全稳定运行。

参考文献：

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[2]唐炬，陈长杰，刘帆，等.局部放电下SF6分解组分检测与绝缘缺陷编码识别[J].电网技术，2011（01）.

[3]潘臻,温定筠,彭鹏,范迪铭,王津.SF6气体分解产物检测技术在开关类设备状态诊断中的应用[J].高压电器,2016,52(07):196-201.

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