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，簡稱PD)是氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Substation，簡稱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、放電時間、氣體壓強有著密切聯(lián)系，通過分析SF6局部放電分解組分可以實現(xiàn)GIS的故障診斷和狀態(tài)評估。傅里葉變換紅外吸收光譜法(Fourier transform infrared spect

2、roscopy簡稱FTIR)具有檢測速度快、可檢測組分種類多、檢測精度高、抗干擾能力強、使用壽命長、樣品無需前處理、吸光度和組分濃度線性特性好等優(yōu)點，本文利用其實現(xiàn)GIS內部SF6分解組分的定性定量分析。
　　 由朗伯-比爾定律可知，檢測組分的濃度和光程長成反比，用0.1米光程長氣體池檢測發(fā)現(xiàn)其不能實現(xiàn)GIS內部痕量氣體的分析，為此必須研制長光程檢測裝置，推算得所需光程長為20米。依據懷特池原理，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98％的黃金鍍膜反射鏡，在4.3升的有限空間內實現(xiàn)了40次的反射，成功的將光程長增至20米。通過實驗分析得氣體池的最佳檢測氣壓為100kPa，紅外光譜儀的最佳分辨率為0.5cm-1，對比以上兩種氣體池分析SF6分解組分的光譜圖，發(fā)現(xiàn)長光程的分辨率高、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。
　　 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裝置上

4、進行局部放電實驗，放電時間96小時，每12小時采一次氣進行紅外分析，并將結果與氣相色譜的進行對比，兩者分析結果大體類似，但是前者可檢測的組分種類比后者多，抗干擾能力強，并且可以直觀根據光譜圖定性的判斷組分變化情況。利用二維紅外相關光譜法宏觀放大被SF6紅外吸收區(qū)段淹沒的組分信號，有效的識別出了SOF4、CF4兩種重要的SF6局部放電分解組分。最終檢測到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，可以作為SF6放電分解的特征氣體。
　　 對局部放電裝置進行放電量標定，從理論上分析紅外定量分析的可行性，得到了最佳檢測背景氣體為純的SF6，獲取了四種SF6局部放電分解組分的標準光譜圖，算得最優(yōu)吸收頻率處的吸光系數，在五種放電量下進行SF6局部放電試驗，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，要想得到其真實的分解過程，就必須及時的進行組分分析。實驗室獲取了

6、SOF2、SO2F2、SO2、CO四種特征組分在五個放電量下濃度隨放電時間的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)SF6局部放電分解時存在一個臨界放電量，放電量低于該值時分解可以不考慮；SOF2、SO2F2在不同的視在放電量下有不同的產氣率，產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濃度變化趨勢反演出放電時間；SO2的濃度受水汽的影響大，但是在一定水汽量時可以用于反演濃度計算；CO是涉及固體絕緣時的特征組分，可以根據能否檢測到該組分判定是否涉及固