雷 蕾（国网陕西省电力公司商洛供电公司，陕西 商洛 726000）

0 引 言

目前，我国工业化进程发展迅速，逐渐完成了从手工制造业向自动化生产线的转型。自动化生产离不开机械设备，而机械设备的动力来源是电能。随着设备的增多，电能的使用量逐年增加，弊端逐渐显现。虽然电能有效提高了工厂生产的效率，但是电能增加也严重威胁着设备本身。传统的生产设备并不具备绝缘功能，当某处电缆发生漏电时，会直接损毁设备，严重时出现爆炸。因此，对设备绝缘性能的研究尤为重要。

1 绝缘设备发展概述和试验前的相关准备

1.1 设备发展概况相关介绍

随着经济的快速发展，我国逐渐完成由农业大国向工业大国的转型，各类电气设备在工业生产中得到了大量普及，有效提高了生产效率，为我国工厂的自动化生产做出了巨大贡献。自动生产依靠电能为机械设备提供动力，因此必须做好设备的绝缘工作，有效提高生产过程的安全性。气体绝缘设备能够提高机械设备的绝缘性能，且具有诸多优点：占空间小、操作简单；投资成本较低，工作性能优越；不会产生较大噪声，节能环保。现阶段，我国气体绝缘设备的发展已经取得了巨大进步，但是在实际生产过程中还存在放电、漏电现象，需要相关研究人员尽快改进和完善。

1.2 试验前的准备工作

1.2.1 方案确定

在确定方案前要做好相应的准备工作，要系统认识了解SF6气体组成、性质和特点，并整理其发展历程，明确我国对该气体检测过程中存在的不足，然后根据其分解产物准备相应的试验样品，最后汇总所有信息，设计初步的试验方案。

该项试验又分为若干小试验，通过控制变量法进行每一个缺陷下的设备放电模拟试验。试验需要准备的仪器有仿真模拟仪器、放电测试装置、光谱分析装置以及纳米传感装置等。在确定相关设备后，系统规划试验方案，并合理调整试验细节。

1.2.2 原理分析和传感器的选择

在试验原理上，需要着重掌握以下两方面内容：红外线测量原理和气相色谱测量原理。前者通过光线分束器将光一分为二，通过改变光照方向产生相应的光程差。当两束光在不同方向上进行反射时，回程会经过气体检测池，从而达到检测气体各项数据的目的。后者通过色谱柱实现对气体的检测。色谱柱的主要作用是将气体按照其性质分离成不同的色带，检测其通过色带的信息，将检测信息传回系统控制终端[1]。

选用传感器时要严格按照国家标准，在经济条件允许的范围内，尽可能选择频率较高的传感器，提升检测结果精度。在该项试验中，可供选择的传感器有两种——圆板式传感器和锥形传感器。这两种传感器都有自身独特的优势，前者具有较强的灵敏性，拥有极快的传输速度，后者与整个系统的阻抗相吻合，工作效率能够达到最大。试验中，要根据实际情况选择合适的传感器。

1.2.3 模型初步组建和相关材料收集

一切工作就绪，开始组建试验模型的雏形。试验中的每个小试验都要组建相应的模型，约有七八种试验，如毛刺缺陷、金属微粒以及固体颗粒物等。组建模型时要注意外界环境对试验结果的影响，如温度、湿度等因素。此外，需要做好相关记录，以保证试验数据的精确性。在组建模型的同时，需要搜集每个小试验需要的数据，并对数据加以分析和整理，从而选出最恰当的气体产物进行试验。最后，需要对相关仪器进行空载启动，并记录相关数据，校核精度存在问题的仪器。

2 毛刺缺陷条件下试验

2.1 试验内容

需要建立毛刺缺陷模型，该缺陷通常存在于金属尖端。利用控制变量法，对电压、气压以及含水量分别进行控制，在发生变化的同时记录相关数据。该项试验以陶罐体作为模型，利用其空腔中的毛刺开展试验。毛刺需要两极通电，两电极材料分别为钨和圆弧不锈钢，且两电极分布在同一轴线上。毛刺缺陷试验主要以陶罐体的下部分为主要试验部位，因此进行图纸设计时要重点设计下罐体。

2.2 毛刺试验步骤

该试验大致分为三个阶段。第一阶段，控制电压。首先将陶罐体中的气体抽空，并维持该状态，使放电腔的液体气化向外扩散，有效推动试验的进行。其次，充入定量气压，将电压作为变量有序变化，而工作人员需要记录每一时间段的电压变化。最后，待试验完成后，利用光谱分析法和气象色谱仪处理数据，并绘制相应的曲线图。第二阶段，控制气压。与上阶段相同，将罐体抽空后，施加一定量的电压额气压，并在该电压下间隔相等时间记录PRPD谱图，并用文中提到的方法分析处理数据，之后不断改变气压重复上述过程。第三阶段，控制含水量。前面的步骤都与上述阶段类似，但在对数据处理后需要加入一定的硅胶，放置一段时间后，重复相关步骤。

2.3 试验结论

无论是哪一种试验，分解产物相同。红外光谱分析下，会多出SOF4气体。控制变量是电压时，红外光谱分析法可以直接得出相关柱状图，随着电压的不断增高，SF6气体分解越彻底，得到的产物浓度也会不断增加。控制变量是气压时，随着气压的不断升高，SF6气体分解程度越低，得到的分解产物浓度越稀。控制变量是含水量时，水分的增加能够有效提高SO2的浓度，其他分解产物随水分增加变化不大。

3 其他缺陷条件下试验的相关分析

3.1 火花放电试验

该试验模拟强放电现象，控制变量和毛刺缺陷相似，唯一不同是需要将电极端末端磨平，以减小损耗。火花放电试验需要连续的交流电作支撑，且需要每0.5 h进行降压采气操作，同时记录相关数据。试验时分别进行气相测量、超声测量以及高频测量，并记录相关过程，经过相应数据处理和分析，绘制精确的曲线图。SO2F2和CS2是放电的主要产物，放电能够将气体彻底分解得到大量的分解气体，同时释放大量能量使得频谱图波动较为剧烈[2]。

3.2 颗粒物缺陷下的相关试验

该试验是分析固体颗粒物对气体分解的影响，主要控制变量有颗粒物数量和气压。在试验中通常用铜片代替颗粒物，将试验模型进行充真空并维持此状态，然后加入定量的气压和电压，之后可通过控制铜片的多少和气压高低进行检测。大量重复试验表明，SOF4气体是该试验下的分解产品，与颗粒物数量和气压成正比关系，即颗粒越多，气压越高，分解气体的浓度就越大。

3.3 绝缘子划痕下的相关试验

此试验中，绝缘子表面划痕的多少是决定SF6气体放电能力的关键因素。经过一系列的试验测量可知，该条件的分解产物是CO2，且随着时间的推移，分解气体逐渐呈现出线性增加趋势。无论是红外光测量、气相测量还是高频测量，它的分解气体都随反应的进行不断增加。

3.4 螺丝松动引起设备过热的相关试验

该缺陷条件下可能引起模型设备发热，当温度升高到一定程度时，模型内部的电炉丝会发生熔断现象，从而造成机械设备故障。针对引起的过热缺陷，需要控制电炉丝温度的高低，在试验过程中间隔相等的时间记录数据。试验中电炉丝温度的变化是由低到高依次递增的，试验完成后将分解气体经气相色谱仪分析处理，即可画出相应曲线。需注意，分解气体种类较多，必须仔细分析。分解气体的浓度和温度变化呈现线性关系，即温度越高，分解物浓度越大。

3.5 螺丝松动导致悬浮电位变化的相关试验

悬浮电位缺陷试验是模拟GIS在设备内部的运行情况，当螺丝出现松动时，设备内部线路可能会出现接触不良，从而导致悬浮电位发生变化。在组装试验设备时，要在松动螺丝附近安装正负电极板，用来监测设备电压的变化情况。该电极板与测量装置相连通，可直接记录电位变化数据。经过气相色谱仪对数据的处理分析可知，分解气体种类繁杂，且随着悬浮电位的增加，分解产物逐渐减少。

3.6 其他缺陷的试验

除上述试验外，绝缘设备的缺陷还包括受潮缺陷和设备内部吸附剂对放电特性的影响。进行试验时，通常将毛刺和受潮缺陷组合起来研究放电特性。试验曲线成U型分布，即在试验初期和末期分解气体浓度较大[3]。吸附剂往往对放电性能的影响不大。通过不同吸附剂对气体分解的研究可看出，吸附剂的存在不利于气体分解。

4 结 论

综上所述，通详细介绍SF6气体绝缘设备试验前的准备工作、毛刺缺陷对放电特性的影响以及其他缺陷存在时的放电试验，使人们对其有了系统的认识和了解。工业生产中，设备的绝缘程度越高，生产过程的安全保障越大。上述试验气体放电性能高低是依靠分解产物浓度判断的，浓度越高，放电性越强。通过试验可判断影响绝缘性能的主要缺陷，需对其进行改进，进一步提高生产的安全性。