基于紅外吸收光譜法的SF6局部放電分解組分特性研究.pdf

1、局部放電(Partial Discharge，簡(jiǎn)稱PD)是氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Substation，簡(jiǎn)稱GIS)早期絕緣缺陷的重要表征，研究表明GIS中的絕緣氣體SF6在PD下會(huì)發(fā)生分解，其分解組分情況與缺陷類型、放電量大小、放電時(shí)間、氣體壓強(qiáng)有著密切聯(lián)系，通過(guò)分析SF6局部放電分解組分可以實(shí)現(xiàn)GIS的故障診斷和狀態(tài)評(píng)估。傅里葉變換紅外吸收光譜法(Fourier transform infrared spect

2、roscopy簡(jiǎn)稱FTIR)具有檢測(cè)速度快、可檢測(cè)組分種類多、檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、樣品無(wú)需前處理、吸光度和組分濃度線性特性好等優(yōu)點(diǎn)，本文利用其實(shí)現(xiàn)GIS內(nèi)部SF6分解組分的定性定量分析。
　　 由朗伯-比爾定律可知，檢測(cè)組分的濃度和光程長(zhǎng)成反比，用0.1米光程長(zhǎng)氣體池檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其不能實(shí)現(xiàn)GIS內(nèi)部痕量氣體的分析，為此必須研制長(zhǎng)光程檢測(cè)裝置，推算得所需光程長(zhǎng)為20米。依據(jù)懷特池原理，采用入射光與兩物鏡曲率中心不在一

3、條直線上的入射方式和反射率高達(dá)98％的黃金鍍膜反射鏡，在4.3升的有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了40次的反射，成功的將光程長(zhǎng)增至20米。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得氣體池的最佳檢測(cè)氣壓為100kPa，紅外光譜儀的最佳分辨率為0.5cm-1，對(duì)比以上兩種氣體池分析SF6分解組分的光譜圖，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)光程的分辨率高、信噪比高、穩(wěn)定性好、線性特性好，能夠滿足SF6局放微量組分的檢測(cè)。
　　 利用針-板電極模擬金屬突出物缺陷，在已搭建好的SF6氣體分解組分模擬試驗(yàn)裝置上

4、進(jìn)行局部放電實(shí)驗(yàn)，放電時(shí)間96小時(shí)，每12小時(shí)采一次氣進(jìn)行紅外分析，并將結(jié)果與氣相色譜的進(jìn)行對(duì)比，兩者分析結(jié)果大體類似，但是前者可檢測(cè)的組分種類比后者多，抗干擾能力強(qiáng)，并且可以直觀根據(jù)光譜圖定性的判斷組分變化情況。利用二維紅外相關(guān)光譜法宏觀放大被SF6紅外吸收區(qū)段淹沒(méi)的組分信號(hào)，有效的識(shí)別出了SOF4、CF4兩種重要的SF6局部放電分解組分。最終檢測(cè)到SOF2、SO2F2、SF4、SOF4、SO2、CO、CF4七種氣體分解組分，其中SO

5、F2、SO2F2、CO和SO2四種氣體的規(guī)律性強(qiáng)，可以作為SF6放電分解的特征氣體。
　　 對(duì)局部放電裝置進(jìn)行放電量標(biāo)定，從理論上分析紅外定量分析的可行性，得到了最佳檢測(cè)背景氣體為純的SF6，獲取了四種SF6局部放電分解組分的標(biāo)準(zhǔn)光譜圖，算得最優(yōu)吸收頻率處的吸光系數(shù)，在五種放電量下進(jìn)行SF6局部放電試驗(yàn)，利用FTIR定量分析發(fā)現(xiàn)某些SF6局部放電分解組分極其不穩(wěn)定，要想得到其真實(shí)的分解過(guò)程，就必須及時(shí)的進(jìn)行組分分析。實(shí)驗(yàn)室獲取了

6、SOF2、SO2F2、SO2、CO四種特征組分在五個(gè)放電量下濃度隨放電時(shí)間的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)SF6局部放電分解時(shí)存在一個(gè)臨界放電量，放電量低于該值時(shí)分解可以不考慮；SOF2、SO2F2在不同的視在放電量下有不同的產(chǎn)氣率，產(chǎn)氣率隨放電量的增加而明顯增大，在特定的放電量下可以依據(jù)濃度變化趨勢(shì)反演出放電時(shí)間；SO2的濃度受水汽的影響大，但是在一定水汽量時(shí)可以用于反演濃度計(jì)算；CO是涉及固體絕緣時(shí)的特征組分，可以根據(jù)能否檢測(cè)到該組分判定是否涉及固