姚唯建 程诺伟
广东省电力试验研究所，广东 广州510600
六氟化硫变压器是以六氟化硫代替传统的绝缘油作为主要绝缘介质的变压器，它具有绝缘强度高、不燃和防爆等优点，特别适合于城市中心区域变电站。由于传统的介质检测方法不能适应绝缘介质的改变，因此，必须提出有关相应的检测手段，以监督设备的安全运行。
1 六氟化硫变压器的气体质量指标
六氟化硫变压器对六氟化硫气体质量有特殊的要求，如深圳供电局引进日本三菱株式会社的六氟化硫变压器，容量为50 MVA，采用强迫循环风冷却，表1是由厂家提供的气体质量指标。目前国内尚未制定有关的技术指标。
表1 六氟化硫变压器气体质量指标 %
纯度
φ(CF4)
φ(CO2)
φ(CO)
湿度(20 ℃)
＞97
＜0.01
＜0.3
＜0.03
＜0.02
2 六氟化硫变压器特征气体的产生
变压器在运行中可能会发生过热、局部放电、闪络和电弧等故障，这些故障均以热的形式表现出来。对于传统绝缘油变压器，通常采用气相色谱的方法，通过分析油裂解出来的甲烷、乙烷和氢等特征气体来进行故障判断。而六氟化硫作为绝缘介质，在一定的温度下会分解，但又极易复合，因此，在六氟化硫气体中检测其分解物是极为困难的。但在故障波及固体绝缘时，六氟化硫会产生一些分解物，如绕组出现过热、放电等故障时，导线的固体绝缘物(如聚酯薄膜、绝缘纸等)会炭化分解产生一氧化碳和二氧化碳，含量随故障的能量大小而变化。如绝缘纸在温度超过100 ℃时会有下列反应：
当温度大于300 ℃，水分、空气等杂质含量较高时，并在金属(例如铜)的作用下，六氟化硫气体可能会产生以下的反应：
还有可能水解为低氟化合物和氢氟酸：
因此可以通过检测这些分解物来判断故障。
3 模拟过热故障试验
为了模拟六氟化硫变压器绕组发生过热的情形，我们使用图1的实验装置测量六氟化硫气体在固体绝缘下过热的分解物。容器内充0.2 MPa压力的六氟化硫气体，试验时控制温度为150～250 ℃，每加热1 h取出气体，检测四氟化碳、一氧化碳和二氧化碳的体积分数，数据见表2。从表2的数据看出，在六氟化硫气体中的固体绝缘的过热分解会产生一氧化碳和二氧化碳，其体积分数与过热点的温度、时间呈正比。加热后的一氧化碳是加热前的40～80倍，加热后的二氧化碳与加热前无太大差别。温度为150 ℃时绝缘纸开始炭化；加热温度大于250 ℃时，绝缘纸极易炭化。特征气体以一氧化碳变化突出，绝缘纸在缺氧的气氛下，加热炭化过程的产物主要为一氧化碳。因此，将检测一氧化碳气体作为检测六氟化硫变压器的主要质量指标是必要的。
图1 固体绝缘故障模拟装置
表2 模拟装置杂质体积分数测试结果 %
时间
φ(CF4)
φ(CO)
φ(CO2)
φ空气
加热前
加热1 h
加热2 h
加热3 h
加热4 h
加热5 h
0.036 4
0.036 6
0.037 5
0.037 2
0.037 1
0.039 7
0.000 3
0.012 6
0.016 7
0.015 2
0.017 2
0.022 5
0.010 0
0.011 0
0.017 5
0.017 4
0.013 4
0.014 4
0.098
0.101
0.102
0.101
0.101
0.103
4 特征气体的检测方法
4.1 可水解氟化物和酸度
可水解氟化物来源于合成六氟化硫气体时的副产物或高电压下的电弧分解产物，这些产物可以水解或碱解，使用吸收振荡的方法进行水解，测定可用茜素-氟镧络合比色法和氟离子选择电极法，以HF的质量比表示气体中低氟化合物的总量。
六氟化硫的酸度测试方法：以一定量的气体被过量的碱液吸收，然后用酸标准液滴定，根据酸溶液的体积、浓度的消耗程度来计算六氟化硫的酸度。
4.2 四氟化碳与亚硫酰等
六氟化硫气体中的四氟化碳与亚硫酰等是用气相色谱的方法进行测定，可用热导检测器测定，若要提高灵敏度可用火焰光度检测器。色谱柱材料可用GDX-104或Porapak-Q与3X分子筛混合。
4.3 一氧化碳和二氧化碳
常规方法是用气相色谱进行测量，柱材料采用活性碳或碳分子筛，一氧化碳和二氧化碳用热导检测器检测，检测灵敏度约为0.01%(体积分数)，采用双热导池的方式。柱温度应考虑使用程序升温，加快出峰时间，检测谱图见图2。若用经过镍触媒转换后用氢火焰检测器检测，检测灵敏度不小于0.002 5%(体积分数)，但要考虑六氟化硫气体对镍触媒的毒化。
图2 六氟化硫气体中的—氧化碳和二氧化碳谱图
5 讨论
六氟化硫变压器(包括互感器)的气体检测试验除了检测湿度外应增加检测一氧化碳、二氧化碳和水解氟化物等项目，这样可以把这些气体体积分数的变化作为判断潜伏性故障的依据。由于六氟化硫变压器运行时间不长，对气体采样、检测方法及判断标准等尚未规范，应建立规范的试验方法及质量标准，采用逐年跟踪检测的方法进行监视，积累经验，为安全运行提供有效的依据。
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