基于光声光谱技术的SF6分解特性及放电模式识别规整化研究

Insulation defects of GIS induce partial discharges, which gradually developed into a destructive insulation failure. These insulation defects can be detected and identified by SF6 decomposition characteristics timely. However, there are many factors that can affect SF6 decomposition characteristics, and their mechanisms are complicated. This makes a gap between the research and application. Therefore the interpretations of mechanisms of influence factors are the key of building clear mappings between SF6 decomposition characteristics and partial discharges. Primary by-products of SF6 are the pivot of SF6 decomposition, and the key of interpretation of mechanisms of influence factors. In this research, typical insulation defects in GIS will be simulated in the experiments, primary by-products of SF6 will be the entry point. By photoacoustic spectroscopy, SF6 decomposition by-products will be monitored continuously. The SF6 decomposition characteristics will be described, and mechanisms of influence factors will be discussed. The intrinsic relationship between the SF6 decomposition characteristics and partial discharges will be revealed. The normalized mappings between SF6 decomposition characteristics and partial discharges will be established. This will provide a theoretical basis and reliable diagnostic strategies for identifying insulation defects, and realize the purpose of latent fault diagnosis of GIS.

GIS内部绝缘缺陷会诱发局部放电并逐渐发展成破坏性绝缘故障。SF6分解气体法可通过局部放电特征-SF6分解特性的映射关系及时识别GIS中潜伏性绝缘缺陷。然而，影响SF6分解特性的因素众多且作用机制复杂，使得SF6分解气体法的实验研究与实用化存在较大差距。因此，影响因素作用机制的诠释是建立清晰的映射关系的关键。而初级产物作为演化过程的枢纽，则是探究影响因素作用机制的切入点。本项目在模拟典型绝缘缺陷的基础上，以初级产物为切入点，利用光声光谱技术对局部放电下SF6分解气体进行连续实时监测，分析分解气体（SF6-初级产物-次级产物）的时空演化特征，讨论影响因素对SF6分解特性的作用机制，进而剥离影响因素揭示局部放电特征与SF6分解特性的本质联系，建立局部放电模式识别的规整化映射规则，为GIS绝缘缺陷识别提供理论依据和可靠的诊断策略，保障GIS的安全稳定运行。

GIS内部潜伏性缺陷常常会造成局部放电并逐渐发展成破坏性故障。GIS设备内部的SF6气体分解物与局部放电特征有着密切的关系,因此被期望通过SF6分解特性来对GIS内部局部放电进行监测与诊断。由于SF6分解气体种类多、性质复杂，研究数据积累较少和缺少有力的检测技术等原因，使得分解气体法仍有诸多基础理论问题和关键技术尚待解决和突破。针对上述问题，本项目围绕SF6分解气体检测技术、影响因素对SF6分解气体的作用机制以及SF6分解特性与局部放电之间的映射关系等三个方面进行了研究。主要的完成的工作包括：搭建了一套基于光声光谱技术的SF6分解气体衍生物的检测系统，在该系统中利用双微音器平衡布置替代传统的单微音器方式有效地抑制外部环境噪声的影响，提高了光声光谱检测系统的信噪比；从现场应用的角度，基于光声光谱检测系统研制了一台SF6气体分解物光声光谱监测仪，可以对SO2F2等几种重要的分解物进行监测，大多数气体组分最低检测限指标低于1 ppm、重复性在3 %以内；提出了一种气体绝缘电气设备中电晕放电严重程度的SF6分解物规整化表征量；通过非放射性氧18同位素标记的方法研究了微量杂质O2对SF6气体分解物SO2F2形成的作用机制，实验结果表明局部放电下SO2F2的形成不仅仅依赖SF2与O2的反应路径，同样依赖于SOF4水解反应路径，是两种反应路径共同决定的。