探讨六氟化硫气体分解物的分析技术

探讨六氟化硫气体分解物的分析技术

郑丽云

（广东电网有限责任公司湛江供电局524000）

摘要：为了保障电气设备的正常运转，就要采用科学合理的技术对六氟化硫（SF6）气体的分解物进行研究分析。本文主要针对SF6气体分解物的检测管、气相色谱、电化学传感器以及电化学分析技术做出了论述，并针对红外吸收光谱、紫外吸收光谱、光声光谱等分析方法在SF6气体分解物分析中的应用进行了探讨。通过分析SF6气体分解物能够有效监测和诊断电气设备的故障，更好的保障电器设备的有序运行。

关键词：SF6气体；分解物分析技术；电气设备故障诊断

SF6气体已经被广泛运用到各种高压电气设备中，这种气体自身没有气味、颜色，也不具有毒性和可燃性，是一种化学性质特别稳定的气体，有很好的绝缘性和灭弧性能。一般电气设备在正常运转过程中几乎没有分解物出现，这是由于SF6气体的分解温度超出了500摄氏度。但是，如果电气设备内部出现故障，那么SF6气体会在高温电弧作用下分解产生SF2、SF3、SF4和S2F10等低氟硫化物。这些低氟硫化物在纯净的SF6气体中会与活泼的氟原子迅速化合重新生成SF6。然而，实际使用的SF6气体由于存在微量的空气、水分等杂质，氟原子和低氟硫化物在重新结合的过程中会与这些杂质以及故障点的绝缘介质、电极材料等发生反应，生成HF、SO2、H2S、碳氟化物、金属氟化物、SO2F2、SOF2、SOF4、SF4、S2OF10、SiF4等一系列复杂分解产物。其中HF、SO2等酸性分解物对设备内部金属及绝缘材料具有腐蚀作用，会加速设备绝缘劣化，导致设备发生突发性故障，从而引发电力事故。近年来，在传统的检测管、气相色谱、化学气敏传感器和电化学分析等检测技术基础上，研究出红外吸收光谱、紫外吸收光谱、离子迁移谱和光声光谱等应用于SF6气体特征分解物的检测手段。本文对这些检测分析方法进行了综述，并对未来SF6气体特征分解物分析技术的发展方向进行了展望。

1传统的SF6气体分解物分析技术

1.1检测管法

最早运用到商业化的SF6气体分解物分析技术就是检测管法，这是一种利用SO2、HF的酸性以及SO2的还原性与检测试剂中包含的NaOH和碘结合后产生的反应导致试剂变色，而变色带的长度与被检查物质的浓度呈正比，这样就可以从检测管的刻度直接读出被检测物质的浓度值。这种技术简单易行，设备便于携带，可检测到体积分数低至10-6级的SO2或HF。但由于检测试剂容易受温、湿度等环境因素影响而发生变质，而且能够检测的分解物种类非常有限，不能全面地反映SF6气体分解物的组成，限制了这种分析技术的发展与推广。

1.2气相色谱法

目前，我国运用最为普遍的SF6气体分解物分析方法是气相色谱法，这是一种离线分析方法，其具有很强的分离能力，能够检测出多种分解物，灵敏度很好。由于SF6气体分解物每个组分的固定相和流动相分配系数存在差异，气相色谱法就是利用这个特点将组分进行分离的，之后在运用特定的检查仪器对浓度低于10-6级的SO2、H2S、SO2F2、SOF2、CF4、H2O、CO等多种SF6气体分解物组分进行定量分析。但该方法受到技术自身分析时间长、仪器体积较大、结构较复杂和进样方式等限制，目前无法实现现场应用以及对SF6电气设备气体组分的在线连续监测。

1.3电化学分析法

在对SF6气体分解物分析时有多种方式可以利用，其中最为简单便捷的方式就是电化学分析法，这种方法主要是利用电机和电解液对气体分解物中能够进行水解的氟化物总含量及酸度进行定量分析，非常简单便捷，但是也存在一定的缺陷，即不能准确判断分解物的详细类型和含量，只适用于测量SF6气体分解物的总量。

2SF6气体分解物分析技术研究现状

2.1红外吸收光谱法

所谓红外吸收光谱法，实际上就是利用分子内部原子间的震动和转动信息对分子的结构和含量进行分析测定的方式。在对样品试验时如果有红外光束连续不断的通过，且样品分子中特征基团震动频率或转动频率和红外光频率相同时，这时分子就会吸收光子的能量进行分子能级跃迁，从而有相应特征的红外吸收光谱产生。利用朗伯-比尔定律可以实现气体组分红外光谱检测的定量计算，公式为：A=lg(1/T)=εbc，式中：A为吸光度；T为透射率；e为吸光物质的摩尔吸收系数；c为吸光物质的浓度；b为吸收层厚度。SF6气体分解物在波长为2.5～25μm的红外区有明显的吸收谱带，通过对SF6气体样品红外图谱的多次采集和平均化处理，测定特征谱峰的强度，迭代计算可得到各组分的浓度，从而实现特征分解物的定性定量分析。与传统检测技术相比，傅立叶变换红外光谱技术实现了SF6气体分解物的多组分现场检测，具有检测速度快、检测精度高、抗干扰能力强等技术优点，具有较好的应用前景。但红外光谱对H2S、SO2等重要分解物的检测灵敏度较低，且分解物较多时易造成干扰，如碳氟化物对SO2含量测定存在影响。

图1SO2的紫外吸收光谱图

2.2紫外吸收光谱法

紫外吸收光谱属于分子光谱，由价电子跃迁产生。该方法利用物质的分子对紫外光吸收所产生的特征吸收光谱及吸收强度，可以对物质的结构、组成和含量进行推断、分析和测定。SF6气体在电弧放电、火花放电和电晕放电过程中均产生微量的SO2组分，相对于SOF4、SO2F2、SOF2等其他特征含硫分解物组分，SO2可稳定存在于气样中，其含量会随放电时间的延长呈加速增长趋势，因此可依据SF6分解物组分中的SO2含量来判断设备缺陷导致的放电时间。此外，SF6气体在紫外光区域无特征吸收，而SO2光谱图在205～215nm与295～305nm两个紫外光区域呈现明显的类周期性的峰谷结构，如图1所示，因此可以通过对SF6分解物进行紫外光谱分析，通过分析其中SO2含量来判断设备的运行状态。与传统的检测设备相比，紫外光谱装置具有便于集成、成本低廉、可在线测试等特点，更能适应现场复杂的监测要求，是一种理想的SF6电气设备在线状态监测技术。

2.3光声光谱法

光声光谱法是基于光声效应的光谱技术，利用气体分子吸收电磁辐射后温升和退激过程中产生的特征压力波与气体分子浓度的比例关系，通过检测不同压力波的强度实现不同气体组分的分析。与其它光谱技术相比，光声光谱法的技术优点有：可以直接测量吸收量，极大地提高了检测灵敏度；特征谱峰不重叠，避免了分解物各组分之间的干扰，提高了测量的精确度和准确度；选择性能稳定的电容型驻极微音器作为检测元件，保证了检测灵敏度的稳定性；小气池容易快速清理，有效避免光学表面污染引入的误差。因此，光声光谱检测技术在SF6气体组分的现场检测和在线监测方面具有良好的应用前景。

3结语

综上所述，想要有效确保电气设备的正常运行，在出现故障时能够及时发现，就要对SF6气体分解物进行分析检测。现如今传统的气体分解物分析技术已经不能完全满足SF6气体分解物分析实验的需求，因为传统技术无论是在检测设备稳定性，还是抗干扰能力以及灵敏度上都有很大的缺陷。而红外吸收光谱、紫外吸收光谱、光声光谱、离子迁移谱等技术已经被应用到SF6气体分解物分析中，虽然没有得到广泛的运用，但随着相关技术研究的不断深入以及关键技术的突破，这些技术势必为SF6电气设备故障在线监测和诊断提供重要的支撑作用。

参考文献

[1]张晓星，姚尧，唐炬，等.SF6放电分解气体组分分析的现状与发展[J].高压电技术，2008，34（4）:664-669.

[2]赵小勇.SF6放电分解气体组分分析[J].电气技术，2013，14（1）:75-77.