MYPTJ矿用高压电缆

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　　随着电力工业的发展,GIS开关设备逐渐取代传统的充油设备,对电力系统的安全、稳定和经济运行起到了关键作用。但是随着近些年我国电网的不断壮大,GIS设备用量大幅增加,在运行中发生事故的情况也越来越多。由于GIS设备一般在城市中心区,因此对其可靠性要求很高。GIS结构紧凑,又充有SF6高压气体,一旦发生事故,可能导致设备爆炸性解体,对人员和环境的安全都有重大影响,使得GIS设备的故障诊断越来越受到重视。由于SF6在设备发生过热故障时将发生分解,并产生一系列的分解产物,其分解过程与设备内部的温度有着直接的联系。为此,本文利用一套模拟加热的试验装置,通过对GIS设备内部绝缘材料——绝缘纸进行加热,对其分解产物特性进行研究。SF6开关设备在运行中会产生多种气体分解产物,可用气相色谱法、电化学传感器法和气体检测管法进行分解产物检测,其中气体检测管法较粗略,在现场应用较少。通过对众多变电站现场检测案例和数据表明,色谱法具有受外界环境干扰小、灵敏度高、准确性好、稳定性强、方便快捷等优势,大大缩短了排查故障的时间,提高了工作效率,已逐渐成为运行设备状态监测和故障诊断的有效手段。氢气、空气。色谱仪参数如表1所示。对本实验的加热装置进行高温加热,检测其是否会有特征分解组分。方法如下:用高纯氮气对加热装置腔体进行吹扫,待吹扫干净密封,以200℃加热15小时,抽取腔体内气体进行检测分析。此结果将作为本次实验的高温本底检测。以上实验结果表明本加热装置主要发热材质为不锈钢,里面含有一定量的C元素,其在高温下会与加热装置内混合的微量H2O和O2等杂质气体发生反应生成CO2。取0.47g绝缘纸放入加热装置内,取5mL氮气注入加热装置(选用5mL量程注射器),加热装置温度设定50℃,用1mL注射器抽取1mL的气体,注入色谱仪进行采样检测,此次结果作为本次实验的低温本底检测。加热装置温度设为室温,待温度降下来之后,打开加热装置口和外界空气平衡后,密封加热装置,取5mL氮气注入加热装置内,设定加热温度和加热时间,用1mL注射器抽取加热后的1mL气体注入色谱仪进行检测。实验中绝缘纸在200℃加热2h,抽取腔体内气体进行检测分析的实验谱图如图2和图2所示。取0.47g的绝缘纸在不同温度下加热2h后,抽取腔体内气体进行检测分析,数据如表2所示。取0.47g的绝缘纸在150℃下加热不同时间后,抽取腔体内气体进行检测分析,杂质数据如表3所示。取0.47g的绝缘纸在200℃下加热不同时间后,抽取腔体内气体进行检测分析,杂质数据如表4所示。图4所示为绝缘纸加热2h过程中各组分气体的变化趋势图;图5所示为绝缘纸在150℃加热不同时间的气体分解产物变化趋势图;图6所示为绝缘纸在200℃加热不同时间的气体分解产物变化趋势图。绝缘纸加热温度在50℃时不会生成H2,矿用橡套电缆CO有0.03ppm,CO2较本底有明显增高趋势,有少量C2H4生成;当温度升到100℃时会有H2生成,CO也随之产生,CO2的量继续上升,此时会有C2H6生成,并且随着温度的升高,CH4,C2H4,C2H6的含量呈逐渐升高趋势,当温度升到150℃时,H2,CO,CO2的含量较之前出现剧增现象;温度在200℃以内,无C2H2生成。绝缘纸加热温度在150℃时,分别加热2h和4h,H2,CO,CO2的含量没有明显变化,当加热到15h后,H2,CO,CO2的含量有增高,其他产物的含量有少量增高;在此条件下没有C2H2生成。绝缘纸加热温度在200℃时,特征产物含量随加热时间的延长整体呈上升趋势,CO2含量超量程。加热4h时H2的含量有所减少,推测H2可能参与了某种反应;在200℃,加热4h时,CH4和C2H4有所增长,其中CH4增长速率比较快。H2在200℃,加热15h时含量增长较大。通过加热实验可以看出在加热过程中绝缘纸会分解生成H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6等特征产物,其中在加热温度在100℃左右时会有H2,CO生成,当温度升到150℃时特征产物的含量明显增高,随着加热温度的升高特征产物的含量逐渐升高。GIS气体绝缘设备在大部分地区,尤其是北方,大气温度相对绝缘材料老化作用非常小;而对于炎热的南方,大气温度较高,对绝缘材料老化作用略大,但也不是最主要因素。最主要因素还是电力设备在长期运行时自身产生的热量不断累积,最后导致绝缘内部温度过高。这些热量来自于局部放电、电能损耗等引起的较高温度。在制造实际的固体绝缘材料和使用绝缘材料时,不可避免地导致绝缘内部产生气泡、杂质和缝隙等缺陷,而这些缺陷的存在就很容易产生局部电场集中的现象,从而引发局部放电老化。

局部放电对绝缘材料的破坏主要有三个方面:带电离子的高速碰撞作用,切断聚合物的分子键;局部放电时间很短,局部温度可达到1000℃,导致局部融化和化学降解;局部放电会产生化学活性很好的H·和O·,它们与聚合物作用形成羧基和硝酸,腐蚀绝缘材料和导体。其中R代表高分基团。对绝缘材料特性研究实验表明,绝缘材料在热老化因子作用下很容易发生化学键和官能团的变化。实验表明在100℃以下,老化短、时间变化不明显,当老化达到一千多小时之后,羰基开始增强,而在120℃老化下可以看到在短时间内就开始发生了热氧化反应,产生羰基,而且随着老化时间的增加,羰基也随之增加,绝缘材料在高温下更容易产生热氧化。随着时间和热氧化产生羰基的不断增加,导致分子结构发生了大量的裂解,C-H键的裂解和设备中空气的存在,价键的断裂在活性物质作用下生成H2、CO、CO2,前期H2含量很高,如果继续氧化,CO、CO2会急剧增加。聚合物绝缘材料在表面或接近表面的放电产生漏电痕迹的过程,称为"电痕化"。造成漏电痕迹的是表面电流和火花放电,其中由于材料表面导电通道时断时续引起的火花放电,进而形成碳化物的堆积和蔓延。由于闪络放电,材料表面局部温度过高,引起裂解反应急速进行的同时,材料表面上的碳黑迅速形成,所形成的碳黑在电火花的作用下迅速同氧反应生成CO、CO2。为了提高耐漏电起痕性,除了使用不含或少含共轭双键结构的聚合物外,还可加入适量的氢氧化铝。Al3有较好的热传导性,可迅速驱散放电而产生的高温,有效降低聚合物绝缘材料的分解和碳的形成速度,提高了材料的耐漏电起痕性能。这一优越性能得到良好应用的同时,H2、CO、CO2和其他碳氧化物也随之会产生。绝缘纸在本文实验条件下的加热过程中会有H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6分解产物生成,无C2H2生成。其中在加热温度接近100℃时会有H2、CO生成,此时CO2的含量已明显增大;当温度升高至150℃时,H2、CO、CO2的含量剧增,随之CH4、C2H4、C2H6的含量也明显增大。在不同的加热温度,分解产物的分解速率不尽相同,但是随着加热温度的升高和加热时间的延长,分解产物的含量逐渐升高。因此,可以通过色谱法来推测相关故障。
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