本文主要探討了GIS 中典型放電性故障特征及相應的SF6氣體分解產物和分解機理，給出了不同放電類型故障相關試驗結果，并對最常見的電暈放電故障給出了放電量與分解產物的關系。在此基礎上，歸納了不同放電故障下主要氣體分解產物的反應方程，并應用于一起GIS故障分析，為GIS 潛伏性故障及其故障類型判斷累積經驗。

引言

GIS在城市電網中得到廣泛的應用，目前由于此類設備的結構和接線方式上的特殊性，傳統的檢測方法很難監督其運行狀況，常規的SF6氣體的檢測方法僅檢測氣體濕度，無法判斷設備內部是否存在潛伏性故障。

SF6 氣體在設備正常的運行情況下均含有一定量雜質，當設備內部存在故障時，在電弧或高溫的作用下，SF6氣體本身或SF6與設備內部的絕緣材料相互作用會產生一定種類和一定量的雜質，通過對雜質種類和含量的分析，可以分析并判斷SF6 電氣設備內部存在故障的情況。

采用SF6氣體分析技術判斷設備內部故障，類似于采用絕緣油中溶解氣體分析方法判斷充油設備內部故障，具有無需設備停電、可及時跟蹤設備內部故障的發展狀況、方法簡便等優點。

1 GIS 設備中典型放電性故障及SF6氣體產物

GIS 設備在運輸、儲存和安裝中可能發生零部件松動，電極表面刮傷或安裝錯位引起的電極表面缺陷，導電微粒進入或工具遺忘在裝置內等，這些隱患的存在和發展會造成設備內部發生電弧放電、火花放電、電暈或局部放電。

針對以上多種類型放電性故障及相關SF6分解機理分別展開討論。

1.1 放電性故障類型

在SF6 氣體絕緣設備中，放電性故障是使SF6 氣體發生分解的主要原因。放電形式主要有3 種：電弧放電、火花放電、電暈或局部放電。

表1對3種放電類型的產生機理、信號特征、持續時間和放電能量等方面的特點進行了簡單的歸納與總結。

1.2 SF6氣體分解產物及規律

自20 世紀70 年代以來，國內外對SF6 氣體在不同放電條件下的分解特性進行了大量基礎研究，深入探討了SF6分解生成物的種類以及SF6分解的一般過程。如CHU F Y 于1986 年對SF6氣體分解物的研究進行了總結，后續研究又進一步完善了SF6 氣體分解產物種類，其中典型3 種放電下產生的SF6分解產物如表2所示。

目前國內外對典型放電故障下的SF6氣體分解產物特征形成了如下的共識：

（1）電弧放電，溫度往往可達20 000 K,會發生氣體熱分解現象。高溫下SF6 及其分解物會與金屬發生反應，形成金屬氟化物。在分解產物中，SOF2是最主要的穩定分解產物；CF4 是當電弧接觸有機材料時形成的；SO2是由SOF2水解形成。

（2）火花放電能量相對電弧放電較低，SOF2是最主要的分解產物；SO2F2的體積分數較電弧放電有所增加；SF4是火花放電中重要的初始產物。

（3）電暈或局部放電，SO2F2的體積分數相對電弧放電，火花放電情況下要高得多，被認為是最主要的氣體產物[5],可作為電暈或低能放電的一種特征。隨著放電能量降低（從電弧到火花），SO2F2 體積分數增大。電暈放電時，有微量水份和氧氣的前提下，最主要的穩定氣體是SOF2、SO2F2和SOF4[9].雖然電弧放電和火花放電的信號特征、持續時間和放電能量有所差別，但其放電機理和試驗結果有相似之處，故在后文中將這兩種放電故障類型的機理和試驗結果在一起描述和分析。

2 故障分析判斷實例

2.1 故障經過

2013年2月，某220 kV 站V4甲#、4乙#、5#母線A 相電壓降低至0 V（兩母線并列運行方式），同時2212線路A相電流及零序電流突增，故障性質為線路發生A相接地故障。220 kV縱聯差動保護動作跳閘，重合不成功，初次最大短路電流達12.39 A（二次值），折合一次值為30.98 kA.再次故障時最大短路電流達11.76 A,折合一次值為29.40 kA.

2.2 SF6氣體分析

對八昆二2212 間隔SF6 氣體進行現場測試，發現2212-2刀閘氣室（內含2212線路側電流互感器、2212-2-27、2212-17）SO2氣體嚴重超標，初步判定為氣室內部有放電故障。后又取氣體進行實驗室分析，檢測結果見表3.從檢測數據可以看出SO2,H2S,HF含量均遠遠高于注意值（50 ppm），可初步判斷為電弧放電，CF4,CO2,CO含量出現是當放電故障涉及到固體絕緣材料時的產物；可確定其故障為涉及到固體絕緣材料的貫穿性電弧放電，同時又檢測同期投運的兩個相鄰的氣室，其組分除空氣外均為0,可推斷該故障可能已經潛伏了一段時間由火化放電逐步變成電弧放電。

2.3 GIS解體分析

開倉檢查2212-2 氣室，發現倉體內部和導體上均有一層白色粉末，經檢查發現2212-2 刀閘動觸頭導向屏蔽罩嚴重燒損，燒損殘片已散落至倉體內和附著于倉體內壁上。動觸頭座靠近B相側有明顯放電點，靜觸頭屏蔽罩處有明顯放電點，2212-2刀閘倉動觸頭座靠近B相一側倉體上附著大量殘片。2212-2刀閘倉解體后，現場檢查發現動觸頭一側的均壓罩缺失，如圖1所示，但是在倉壁上發現一塊故障殘留物，初步分析，其可能是故障時，均壓罩燒損后留下的殘留物。

2.4 事故分析

故障發生后，將故障GIS返廠分析故障原因。2013年3月5日，在廠家進行故障GIS部件解體檢查，檢查發現2212-2刀閘動觸頭銅桿上有兩處放電痕跡，屏蔽罩鉚沖槽內無鉚沖痕跡。電科院對附著在桶壁上的分解產物做了成分檢測，主要成分為F、Fe、Al、Cr,可判斷為屏蔽罩受電弧作用后的分解產物。結合在該站內開倉檢查情況進行分析，初步判斷2212-2A相刀閘動觸頭導向屏蔽罩因鉚沖不實，造成脫落至動觸頭銅桿上，且在掉落過程中對筒壁圓筒與直筒相貫線處放電，是造成本次故障的直接原因。

3 結語

SF6 氣體含量分析能有效監測設備運行狀況，無需設備停電，適應當前狀態檢修的要求，具有較高的推廣價值。但由于缺乏數據積累，目前未能在測試方法和設備運行狀況評價方法上形成相關的標準，這些問題亟待在進一步的工作中得到解決。