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摘要：本文通过对大量故障SF6充气设备进行SF6分解物成分色谱分析试验，重点对CO2、CF4、C3F8这三种故障分解气体进行分析，找出这三种组分所对应的故障类型并对这三种组分控制值做出界定建议。
关键词：色谱分析；CO2；CF4；C3F8
一、前言
SF6作为优良的绝缘介质，在电力设备中逐渐取代绝缘油占据主导位置。近年国内外对SF6分解物成分分析的研究很多，但大多数研究都是对SF6分解物中SO2、空气、CF4等少数几种组分进行分析。而且还缺乏象变压器油色谱那样严密的判断方法和标准，关于SF6分解物的含量标准，国家及有关行业标准还没有明确规定，国内外对运行中气体分解物组分和控制值也在进行研究和探讨中。本文通过对大量故障SF6设备进行色谱试验的实例，发现CO2、CF4、C3F8这三种SF6分解物含量在故障判断中能起到引起重视的作用。
因此本文重点对CO2、CF4、C3F8这三种SF6分解物进行分析，并对不同组分的产生而引起的故障类型进行分类分析，希望能在SF6分解物成分分析上做出一定的贡献。
二、原理介绍
当六氟化硫电气设备发生电弧放电及高温过热故障时，SF6分解产生大量的低氟化物，而这些低氟化物与O2和H2O杂质进一步发生反应生成含氧低氟化物及HF、H2S等，这些含氧低氟化物极不稳定，易分解生成SO2。实际上SF6分解产物的成分和含量与其运行条件密切相关，非常复杂，近年来研究发现在故障气室中SF6气体成分中还含有CF4，C3F8，CO和CO2等。
对于上述SF6分解组分，目前我们能通过SF6色谱仪检测出来的气体组分有：空气（O2，N2）、四氟化碳（CF4）、二氧化碳（CO2）、六氟化硫（SF6）、氟化亚硫酰（SOF2）、二氧化硫（SO2）、全氟丙烷（C3F8）、氟化氢（HF）、硫化氢（H2S）。
SF6的分解过程比较复杂，在电弧及高温的条件下能与电气设备的材质、设备中的水分、空气等发生反应生成很多分解产物。国内外对于这些分解物的研究，仅仅在SO2、CF4、空气等少数几个分解物取得一定的进展。通过我们的大量现场试验发现CO2、CF4、C3F8这三种分解物在故障案例中出现的较为频繁，也是值得引起重视的特征气体。本文重点针对这三种分解组分进行案例分析，并给处这三种故障组分所对应的主要电气故障诊断建议。
三、CF4、CO2、C3F8的产生与运行设备的关系
CO2、CF4、C3F8这三种物质存在于大部分故障案例之中，放电、过热等几种SF6充气设备常见故障下都能产生这三种分解物。因此对这三种分解物的分析，对SF6充气设备故障的分析有很好的指导意义
1、CF4
四氟化碳是六氟化硫通过高温分解后的分解产物之一，有较强的代表性，是放电现象特征气体之一。通过试验我们发现，六氟化硫新气中也含有少量的四氟化碳。我国的电力行业国家预防性试验规程中对新气中的四氟化碳含量有明确的要求小于0.05%。
在六氟化硫电气设备运行的过程中，含碳元素类物质被电弧放电后会产生一定量的四氟化碳，断路器的每次开断过程中产生的放电电弧也会产生一定量的四氟化碳。但是，我们注意到四氟化碳的分子式是含碳的，而六氟化硫分解后并没有碳元素。四氟化碳的碳元素从何而来呢？我们发现这类碳物质来自高温电弧对电气设备内部金属材料表面和固体绝缘材料的瞬间烧灼产生的。而后与六氟化硫中的分解的氟元素生成四氟化碳。
下面一组案例是2008年9月11日某110kv变电站断路器突然非人为断开。我们对此设备进行SF6分解物测试得出的数据：
SO2 含量为 277PPM
我们注意到这组数据中，四氟化碳的含量相对新气中的四氟化碳的含量增大了许多。四氟化碳的含量已达到0.13209%，其中二氧化碳的含量也达到了0.08724%。通过数据我们能够发现这台短路器中曾经有过大电流的放电痕迹，而且气室中存在明显的绝缘缺陷，导致固体绝缘材料烧毁。四氟化碳和二氧化碳中大量的碳元素由此而来。断路器裂解后发现，绝缘子完全烧毁。
由以上的试验数据和分析得知，我们发现四氟化碳可以作为一种绝缘缺陷特征气体。其含量相对增大，表明电气设备内曾经发生过放电。电气设备的内部绝缘材料以及有机材料受到过电击表面损伤。
由于四氟化碳难以被吸附剂吸附，而通过试验经验发现四氟化碳的含量与气室内放电的强度（能级）和次数是成正比的。所以，四氟化碳的参数极为重要。所以，四氟化碳这个参数可以作为状态检修、新气检测、回收气体检测、故障检测与分析的依据。
2、CO2
在电气设备中二氧化碳是设备曾经过热及正在过热的特征气体。通过试验我们发现，六氟化硫新气中也含有极少量的二氧化碳。我国的电力行业国家预防性试验规程中对新气中的二氧化碳含量尚未作出明确要求。
高压电气设备中CT和PT设备易产生二氧化碳气体，由于其中有有机物绝缘纸。其它的电气设备，比如母线、刀闸、开关等设备中少有这类材料，所以没有大量的二氧化碳产生。如果母线、刀闸、开关等设备中产生大量的二氧化碳，就证明其中发生了较强的放电故障，在这些设备中产生大量的二氧化碳的同时，还会产生大量的四氟化碳、二氧化硫以及一些其它生成产物。其中的碳元素是因为放电时金属材料被烧灼或融化产生的。电气设备内部发生非正常的放电灼伤即为绝缘缺陷。所以，CO2可以作为预防性试验的特征气体，达到预防性试验的目的。
在试验分析的过程中我们曾经也发现过一些CO（一氧化碳）的情况。但是，我们发现CO的产生并没有像CO2那样与设备过热成正比例关系。有时过热情况并没有产生成量的CO。所以，CO虽然也有产生的偶然性，但我们并不将其列入预防性试验特征气体。有条件的情况下，也可以对一样化碳进行检测，观察其发展趋势。
四、结论
當然，仅仅对CO2、CF4、C3F8这三种分解气体分析还不足以全面的对SF6电气设备故障进行诊断。但可以看出CO2、CF4、C3F8这三种SF6分解组分在SF6充气设备故障诊断中具有重要的指导意义。之所以将这三种分解气体单独拿出来进行分析，是因为这三种组分无一例外的都含有碳元素，SF6在电气设备内进行分解的反应及其复杂，不仅仅单纯的是气体与气体之间的反应，大多数情况下SF6气体会与电气设备材质进行反应，这些分解组分中的碳元素就来自高温电弧对电气设备内部金属材料表面和固体绝缘材料的瞬间烧灼产生的，不同的分解组分对应不同的电气设备材质。弄清楚这些分解组分的来源，SF6气体的分解反应也就显得清晰起来。
参考文献：
[1]游荣文，黄逸松.基于SO2、H2S含量测试的SF6电气设备内部故障的判断.福建电力与电工，2004，24（2）：15-16.
[2]周东平，刘春意等.SF6设备气相色谱分析在现场的应用和研究.华中电力，2009，22（4）：23-26.
关键词：色谱分析；CO2；CF4；C3F8
一、前言
SF6作为优良的绝缘介质，在电力设备中逐渐取代绝缘油占据主导位置。近年国内外对SF6分解物成分分析的研究很多，但大多数研究都是对SF6分解物中SO2、空气、CF4等少数几种组分进行分析。而且还缺乏象变压器油色谱那样严密的判断方法和标准，关于SF6分解物的含量标准，国家及有关行业标准还没有明确规定，国内外对运行中气体分解物组分和控制值也在进行研究和探讨中。本文通过对大量故障SF6设备进行色谱试验的实例，发现CO2、CF4、C3F8这三种SF6分解物含量在故障判断中能起到引起重视的作用。
因此本文重点对CO2、CF4、C3F8这三种SF6分解物进行分析，并对不同组分的产生而引起的故障类型进行分类分析，希望能在SF6分解物成分分析上做出一定的贡献。
二、原理介绍
当六氟化硫电气设备发生电弧放电及高温过热故障时，SF6分解产生大量的低氟化物，而这些低氟化物与O2和H2O杂质进一步发生反应生成含氧低氟化物及HF、H2S等，这些含氧低氟化物极不稳定，易分解生成SO2。实际上SF6分解产物的成分和含量与其运行条件密切相关，非常复杂，近年来研究发现在故障气室中SF6气体成分中还含有CF4，C3F8，CO和CO2等。
对于上述SF6分解组分，目前我们能通过SF6色谱仪检测出来的气体组分有：空气（O2，N2）、四氟化碳（CF4）、二氧化碳（CO2）、六氟化硫（SF6）、氟化亚硫酰（SOF2）、二氧化硫（SO2）、全氟丙烷（C3F8）、氟化氢（HF）、硫化氢（H2S）。
SF6的分解过程比较复杂，在电弧及高温的条件下能与电气设备的材质、设备中的水分、空气等发生反应生成很多分解产物。国内外对于这些分解物的研究，仅仅在SO2、CF4、空气等少数几个分解物取得一定的进展。通过我们的大量现场试验发现CO2、CF4、C3F8这三种分解物在故障案例中出现的较为频繁，也是值得引起重视的特征气体。本文重点针对这三种分解组分进行案例分析，并给处这三种故障组分所对应的主要电气故障诊断建议。
三、CF4、CO2、C3F8的产生与运行设备的关系
CO2、CF4、C3F8这三种物质存在于大部分故障案例之中，放电、过热等几种SF6充气设备常见故障下都能产生这三种分解物。因此对这三种分解物的分析，对SF6充气设备故障的分析有很好的指导意义
1、CF4
四氟化碳是六氟化硫通过高温分解后的分解产物之一，有较强的代表性，是放电现象特征气体之一。通过试验我们发现，六氟化硫新气中也含有少量的四氟化碳。我国的电力行业国家预防性试验规程中对新气中的四氟化碳含量有明确的要求小于0.05%。
在六氟化硫电气设备运行的过程中，含碳元素类物质被电弧放电后会产生一定量的四氟化碳，断路器的每次开断过程中产生的放电电弧也会产生一定量的四氟化碳。但是，我们注意到四氟化碳的分子式是含碳的，而六氟化硫分解后并没有碳元素。四氟化碳的碳元素从何而来呢？我们发现这类碳物质来自高温电弧对电气设备内部金属材料表面和固体绝缘材料的瞬间烧灼产生的。而后与六氟化硫中的分解的氟元素生成四氟化碳。
下面一组案例是2008年9月11日某110kv变电站断路器突然非人为断开。我们对此设备进行SF6分解物测试得出的数据：
SO2 含量为 277PPM
我们注意到这组数据中，四氟化碳的含量相对新气中的四氟化碳的含量增大了许多。四氟化碳的含量已达到0.13209%，其中二氧化碳的含量也达到了0.08724%。通过数据我们能够发现这台短路器中曾经有过大电流的放电痕迹，而且气室中存在明显的绝缘缺陷，导致固体绝缘材料烧毁。四氟化碳和二氧化碳中大量的碳元素由此而来。断路器裂解后发现，绝缘子完全烧毁。
由以上的试验数据和分析得知，我们发现四氟化碳可以作为一种绝缘缺陷特征气体。其含量相对增大，表明电气设备内曾经发生过放电。电气设备的内部绝缘材料以及有机材料受到过电击表面损伤。
由于四氟化碳难以被吸附剂吸附，而通过试验经验发现四氟化碳的含量与气室内放电的强度（能级）和次数是成正比的。所以，四氟化碳的参数极为重要。所以，四氟化碳这个参数可以作为状态检修、新气检测、回收气体检测、故障检测与分析的依据。
2、CO2
在电气设备中二氧化碳是设备曾经过热及正在过热的特征气体。通过试验我们发现，六氟化硫新气中也含有极少量的二氧化碳。我国的电力行业国家预防性试验规程中对新气中的二氧化碳含量尚未作出明确要求。
高压电气设备中CT和PT设备易产生二氧化碳气体，由于其中有有机物绝缘纸。其它的电气设备，比如母线、刀闸、开关等设备中少有这类材料，所以没有大量的二氧化碳产生。如果母线、刀闸、开关等设备中产生大量的二氧化碳，就证明其中发生了较强的放电故障，在这些设备中产生大量的二氧化碳的同时，还会产生大量的四氟化碳、二氧化硫以及一些其它生成产物。其中的碳元素是因为放电时金属材料被烧灼或融化产生的。电气设备内部发生非正常的放电灼伤即为绝缘缺陷。所以，CO2可以作为预防性试验的特征气体，达到预防性试验的目的。
在试验分析的过程中我们曾经也发现过一些CO（一氧化碳）的情况。但是，我们发现CO的产生并没有像CO2那样与设备过热成正比例关系。有时过热情况并没有产生成量的CO。所以，CO虽然也有产生的偶然性，但我们并不将其列入预防性试验特征气体。有条件的情况下，也可以对一样化碳进行检测，观察其发展趋势。
四、结论
當然，仅仅对CO2、CF4、C3F8这三种分解气体分析还不足以全面的对SF6电气设备故障进行诊断。但可以看出CO2、CF4、C3F8这三种SF6分解组分在SF6充气设备故障诊断中具有重要的指导意义。之所以将这三种分解气体单独拿出来进行分析，是因为这三种组分无一例外的都含有碳元素，SF6在电气设备内进行分解的反应及其复杂，不仅仅单纯的是气体与气体之间的反应，大多数情况下SF6气体会与电气设备材质进行反应，这些分解组分中的碳元素就来自高温电弧对电气设备内部金属材料表面和固体绝缘材料的瞬间烧灼产生的，不同的分解组分对应不同的电气设备材质。弄清楚这些分解组分的来源，SF6气体的分解反应也就显得清晰起来。
参考文献：
[1]游荣文，黄逸松.基于SO2、H2S含量测试的SF6电气设备内部故障的判断.福建电力与电工，2004，24（2）：15-16.
[2]周东平，刘春意等.SF6设备气相色谱分析在现场的应用和研究.华中电力，2009，22（4）：23-26.