一種分析電氣設備中的SF₆的分解產物的方法

2023-10-11 22:21:49 1

專利名稱：一種分析電氣設備中的SF6的分解產物的方法
技術領域：
本發明屬於 分析檢測領域，具體地涉及到一種分析電氣設備中的SF6的分解產物 的方法。
背景技術：
六氟化硫(SF6)在常溫常壓下是一種無色、無味、無毒、不燃、化學性質極穩定的合 成氣體。SF6的分子為單硫多氟的對稱結構，具有極強的電負性，賦予它優良的電絕緣和滅 弧性能。目前，SFJt為新一代的絕緣介質，被廣泛應用於高壓、超高壓電氣設備中。充裝SF6 的電氣設備佔地面積少、運行噪聲小，無火災危險，極大地提高了電氣設備運行的安全可靠 性。SF6氣體在過熱、電弧、電火花和電暈放電的作用下，會發生分解，其分解產物還 可與設備中的微量水分、電極和固體絕緣材料發生反應，其產物比較複雜，有氣體雜質，如 四氟化碳(CF4)、氟化硫醯(SO2F2)、氟化亞硫醯(SOF2)、二氧化硫(SO2)、十氟一氧化二硫 (S2OF10)等，還有一些固體雜質，如氟化鋁(AlF3)、氟化鎢(WF6)等，具體分解途徑見下表。
SOF4-HHtO —— SO,F,+2HF
令y^*4
+1/20, 十 F,+1/20,
I Z. 『 Γ
SF4-+H2O ——> SOF!十2HF -十Η:0—— S02+2HFΛ.
SFe ---SFx+ (6-s) F ————*-CuF；.. A Ir 3, WF^. CF『 SF;
t
SF2, SF4 ——^H2O *--「#SOF2+2HF對於運行中的電氣設備，判斷其設備內部運行狀態相對困難，通過分析檢測SF6氣 體的分解產物是判斷SF6氣體絕緣設備內部運行情況的一個強有力手段。近年來，廣東省 通過檢測SF6氣體中CF4和SO2等分解產物的含量已經成功判斷了多起電氣設備故障。根 據以往研究經驗和實際工作，通過SF6氣體的分解產物SO2F2也可以有效判斷SF6氣體絕緣 設備內部運行情況，是成功判斷電氣設備故障的一個強有力手段。目前，分析SF6分解產物的常用方法為配備熱導率檢測器(TCD)的氣相色譜法，利 用配備熱導率檢測器(TCD)的氣相色譜法分析SF6分解產物0&、30&容易實現，但對SO2F2 和SO2定量測定非常困難。因為SF6中除上述雜質外，還存在氟化碳類物質，如六氟乙烷 (C2F6)、八氟丙烷(C3F8)、十氟丁烷(C4Fltl)等，這些雜質同SO2F2會共溢出，不能區分開來。在 某些色譜柱的條件下，SO2F2甚至不能從其本底SF6中分開，而與SF6共溢出，詳見圖1 (圖1為IEC60480-2004中給出典型的SF6分解產物氣相色譜圖)。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種分析電氣設備中的SF6的分解產物的方 法。該方法可以有效解決現有技術手段不能準確分析SF6中分解產物SO2F2的問題，從而準 確判斷SF6氣體絕緣設備內部運行情況，保障電氣設備安全運行。一種分析電氣設備中的SF6分解產物的方法，包括以下步驟取樣；採用氣相色譜儀對樣品進行分析檢測，所述色譜儀的檢測部分由熱導率檢測器 (TCD)和火焰光度檢測器(FPD)兩個檢測器串連而成，色譜柱採用毛細柱GS GasPro，所述 色譜儀的全部管路必須鈍化。優選地，本發明的分析檢測參數為採用He氣作為載氣；柱溫箱初始溫度 50-800C，最終溫度120-200°C，加熱速率12_20°C /min。更優選地，採用He氣作為載氣，柱溫 箱初始溫度50°C，1°C /min升至55°C，15°C /min升至180°C，檢測器的尾吹流量為8_10ml/ min。經過大量實驗，最優化的參數組合為採用He氣作為載氣；進樣口溫度50°C，壓 力11. 6psi，流量18. 5ml/min，隔墊吹掃流量3ml/min，分流進樣，分流比為5 ；色譜柱通過流 量控制，流量2. 577ml/min，輔助壓力4. 35psi ；柱溫箱初始溫度50°C，1°C /min升至55°C， 15°C /min升至180°C ；TCD檢測器溫度200°C，參比流量30ml/min，尾吹流量8ml/min ；FPD 檢測器加熱器和輔助傳輸線溫度230°C，H2氣流量75ml/min，空氣流量lOOml/min，尾吹流 量 10ml/mino所述步驟(2)的所述分析檢測包括進樣，待測樣品通過TCD檢測器，不通過FPD 檢測器，主要分析空氣、CF4, C2F6和SF6 ；當SF6基本出峰完畢後(即當SF6分析完畢後)，待測樣品既通過TCD檢測器，也 通過FPD檢測器，TCD檢測器主要分析C3F8、C4F10, FPD檢測器主要分析S02F2、SOF2, S2OF10, SO2。本發明將採回的SF6樣利用配備TCD和FDP串連檢測器的氣相色譜法分析，利用 TCD檢測器分析SF6分解產物CF4、C2F6、C3F8、C4F1(1等，利用FPD檢測器分析SF6分解產物SOF2、 SO2F2、S2OFltl等。所述方法在利用氣相色譜法分析SF6分解產物時，全部氣樣都進入TCD檢測 器分析，僅有SF6組分後的各組分才進入FPD檢測器，因為採回的SF6樣中絕大部分為SF6, 如果這些過量的SF6全部進入FPD檢測器，會汙染FPD檢測器，影響後續測定。該方法不僅 能夠準確測定CF4、C2F6、C3F8、C4F1(1等雜質，還能夠準確測定SOF2、SO2F2、S2OFltl等雜質，使SF6 分解產物的分析更準確，從而能夠更有效的判斷電氣設備故障。


圖1為現有技術中用熱導率檢測器的氣相色譜法SF6分解產物氣相色譜圖；圖2-4分別為實施例1中，不同狀態下的由TCD和FPD兩個檢測器串連組成的色譜儀結構圖；圖5為實施例1中現有技術中TCD檢測器分析結果示意圖6為實施例1中本發明所述方法分析結果示意圖；圖7為實施例2中現有技術中TCD檢測器分析結果示意圖；圖8為實施例2中本發明所述方法分析結果示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行具體的描述，只用於對本發明進行進一步說明，不 能理解為對本發明保護範圍的限定。實施例1本實施例所述的分析電氣設備中的SF6分解產物的方法，包括以下步驟(1)取樣現場採樣部分各技術方案與現有技術都相同，從儲存罐中採集的六氟 化硫樣品必須具有代表性，樣品應當取自液態的六氟化硫，如果在儲存罐中沒有液態六氟 化硫，那麼所採集的樣品只能代表氣態的六氟化硫。在從儲存罐中採樣之前，存儲罐與分析 設備或與六氟化硫氣體採氣瓶的所有連接部分均應由真空泵抽真空。如果採樣口是使用長 而狹窄的管子連到儲存罐的主氣室中，則管路連接部分應該用儲存罐中的氣體吹掃，以確 保從儲存罐中採集的六氟化硫氣體樣品具有代表性。採樣時，連接材料應儘可能選擇不鏽 鋼或其他不發生化學反應的材料，以減少採樣過程中的反應和汙染。分析樣品不能通過過 濾器(分子篩、氧化鋁)，否則會改變氣體的成分。為確保樣品不受粉塵的汙染，可以使用粉 塵過濾器。為了減小六氟化硫氣體對大氣的排放，同時限制有毒分解物對人體的危害，可以 使用收集袋，或類似的裝置。收集袋中的氣體也應當回收。(2)採用色譜儀的對樣品進行分析檢測(A)色譜儀的分析檢測部分必須由TCD和FPD兩個檢測器串連才能夠實現。具體 的檢測器連接圖可參見圖2-4，如圖所示，色譜儀主要包括流量控制系統1和輔助流量控制 系統2、色譜進樣口 3、色譜柱4、TCD檢測器5和FPD檢測器6、六通閥7和六通閥8。(B)色譜柱採用毛細柱GS GasPro (J&ff,60米X0. 32毫米)，該色譜柱能夠實現 S02F2同本底SF6的完全分離，而採用其它色譜柱如以前所用的常規柱(不鏽鋼管，內裝多 孔聚合物型聚苯乙烯型色譜固定相Q，3-4米x3毫米)則達不到要求；(C)色譜儀的全部管路必須鈍化，由於部分SF6分解產物如S02F2和S02具有強腐蝕 性，如設備管路未鈍化，會影響SO2F2和so2的定量分析。實驗證明色譜儀未經過鈍化時， SF6樣品的進樣次數要達到5次及以上，才能得到穩定不變的色譜圖；(D)檢測參數設定，具體色譜參數如下採用He氣作為載氣；進樣口溫度50°C，壓 力11. 6psi，流量18. 5ml/min，隔墊吹掃流量3ml/min，分流進樣，分流比為5 ；色譜柱通過流 量控制，流量2. 577ml/min，輔助壓力4. 35psi ；柱溫箱初始溫度50°C，1°C /min升至55°C， 15°C /min升至180°C ；TCD檢測器溫度200°C，參比流量30ml/min，尾吹流量8ml/min ；FPD 檢測器加熱器和輔助傳輸線溫度230°C，H2氣流量75ml/min，空氣流量lOOml/min，尾吹流 量10ml/min(單獨用FPD檢測器時此尾吹流量一般較大，在30ml/min左右，但TCD和FPD 檢測器串連使用時，由於TCD載氣或輔助氣也進入FPD檢測器，如尾吹流量設置過大，容易 使FPD火焰熄滅)。(E)、色譜分析具體步驟(1)衝洗定量管、準備進樣通過多次衝洗，待測樣品通過六通閥的進樣口，進入定量管，準備分析，此時儀器的連接圖如附圖2所示，兩個六通閥中六通閥7關閉，六通閥8 開啟，樣品停留在定量管，並未通過色譜進樣口進入儀器進行分析；(2)進樣此時六通閥7由關閉狀態變為開啟狀態(約0. 01分鐘時動作)，載氣將 定量管中的待測氣體吹入色譜進樣口，進入色譜柱進行分析，六通閥8狀態不變，儀器的連 接圖如附圖3所示，待測樣品通過TCD檢測器，不通過FPD檢測器，此階段能分析空氣、CF4、 c2f6和sf6等物質；(3)樣品分析待SF6基本出峰完畢後，六通閥8由開啟狀態變為關閉狀態(約3 分鐘時動作)，六通閥7狀態不變，儀器的連接圖如附圖4所示，此時待測樣品既通過TCD檢 測器，也通過FPD檢測器，此階段不僅能通過TCD分析C3F8、C4F10等氟化碳物質，還能通過 FPD 分析 S02F2、S0F2、S20F1q、S02 等含硫雜質；(4)定量分析採用外標法進行定量分析，TCD檢測器中各物質含量同其出峰的峰 面積線性相關，FPD檢測器中各物質的含量同其出峰的峰面積指數相關。具體見圖5和圖6，圖5是現有技術中與本實施例同樣的樣品單獨TCD檢測器分 析的結果，圖中的五個雜質峰依次為空氣、CF4、C2F6、C3F8、SO2F2，由圖可知，C3F8和SO2F2不能 完全分開，特別是當C3F8含量遠高於S02F2時，S02F2不能準確測量；圖6是本實施例FPD檢 測器分析的結果，圖中的雜質峰為S02F2，由此可見，通過FPD檢測器分析SF6分解產物S02F2 時並不受其它雜質幹擾，比較準確。在電氣設備中沒有故障的氣室中一般不會存在S02F2， 如果某氣室中經採集樣品分析檢測存在so2F2，則必須予以充分關注，如果該氣室中S02F2含 量持續性增長，則該氣室故障的可能性非常大。實施例2本實施例所述的分析電氣設備中的SF6分解產物的方法，步驟與實施例1基本 相同，不同的是分析檢測參數具體為He氣作為載氣；柱溫箱初始溫度80°C，最終溫度 200°C，加熱速率20°C /min，具體見下圖。其中，圖7是現有技術中與本實施例同樣的樣品 單獨TCD檢測器分析的結果，圖中的三個雜質峰依次為空氣、CF4、C3F8和S02F2共溢出峰，由 圖可知，C3F8和S02F2共溢出，不能分開；圖8是本實施例FPD檢測器分析的結果，圖中的雜 質峰為S02F2，由此可見，通過FPD檢測器分析SF6分解產物S02F2時並不受其它雜質幹擾，比 較準確。在電氣設備中沒有故障的氣室中一般不會存在S02F2，如果某氣室中經採集樣品分 析檢測存在S02F2，則必須予以充分關注，如果該氣室中S02F2含量持續性增長，則該氣室故 障的可能性非常大。
權利要求
一種分析電氣設備中的SF6分解產物的方法，其特徵是，主要包括以下步驟(1)取樣；(2)採用氣相色譜儀對樣品進行分析檢測，所述氣相色譜儀的檢測部分由熱導率檢測器和火焰光度檢測器串連而成，色譜柱採用毛細柱GS GasPro，所述氣相色譜儀的全部管路鈍化。
2.根據權利要求1所述的分析方法，其特徵是，分析檢測參數為採用He氣作為載氣； 柱溫箱初始溫度50-80°C，最終溫度120-200°C，加熱速率12_20°C /min,檢測器的尾吹流量 為 8_10ml/mino
3.根據權利要求2所述的分析方法，其特徵是，所述柱溫箱初始溫度為50°C，1°C/min 升至 55°C，15°C /min 升至 180°C。
4.根據權利要求3所述的分析方法，其特徵是，分析檢測參數為採用He氣作為載 氣；進樣口溫度50°C，壓力11.6psi，流量18. 5ml/min，隔墊吹掃流量3ml/min，分流進樣， 分流比為5 ；色譜柱通過流量控制，流量2. 577ml/min，輔助壓力4. 35psi ；柱溫箱初始溫度 50oC,loC /min升至55°C，15°C /min升至180°C；熱導率檢測器溫度200°C，參比流量30ml/ min，尾吹流量Sml/min ；火焰光度檢測器加熱器和輔助傳輸線溫度230°C，H2氣流量75ml/ min，空氣流量100ml/min，尾吹流量10ml/min。
5.根據權利要求1-4任一項所述的分析方法，其特徵是，步驟(2)的所述分析檢測包 括進樣，待測樣品通過熱導率檢測器，不通過火焰光度檢測器，主要分析空氣、CF4, C2F6和 SF6;當SF6基本出峰完畢後，待測樣品既通過熱導率檢測器，也通過火焰光度檢測器，熱導 率檢測器主要分析C3F8、C4F10,火焰光度檢測器主要分析S02F2、SOF2, S2OF10, S02。
全文摘要
本發明公開了一種分析電氣設備中的SF6分解產物的方法，主要包括以下步驟取樣；採用色譜儀對樣品進行分析檢測，所述色譜儀的檢測部分由TCD和FPD兩個檢測器串連而成，色譜柱採用毛細柱GS GasPro，所述色譜儀的全部管路必須鈍化。本發明能夠準確分析SF6中分解產物SO2F2等物質，通過分析SO2F2等分解雜質能夠有效判斷SF6氣體絕緣設備內部運行情況，成功判斷電氣設備故障。
文檔編號G01N30/02GK101799458SQ20101013490
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月25日 優先權日2010年3月25日
發明者姚唯建, 莊賢盛, 李麗, 王宇, 黃成吉, 黎曉澱 申請人:廣東電網公司電力科學研究院