本發(fā)明屬于六氟化硫(sf6)氣體絕緣電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及sf6氣體組分分析法用于表征sf6氣體絕緣電氣設(shè)備局部放電(partialdischarge,pd)能量的組分特征量。

背景技術(shù)：

由于sf6具有優(yōu)良的絕緣和滅弧性能，使得以sf6作為絕緣介質(zhì)的sf6氣體絕緣電氣設(shè)備具有絕緣強(qiáng)度高、可靠性高、占地面積小、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，因而sf6氣體絕緣電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中，尤其是大中城市電網(wǎng)建設(shè)和改造中得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。但從近年來(lái)的運(yùn)行情況看，sf6氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)部會(huì)不可避免地出現(xiàn)一些絕緣缺陷，這些絕緣缺陷在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)逐漸劣化不斷擴(kuò)大，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部發(fā)生pd，在pd作用下sf6氣體會(huì)發(fā)生分解，并與sf6氣體中不可避免含有的微量空氣和水分等雜質(zhì)，發(fā)生反應(yīng)生成如sof2、so2f2、sof4、so2、cf4、co2、hf、h2s等產(chǎn)物。這些生成物會(huì)進(jìn)一步加劇絕緣缺陷的劣化，從而使設(shè)備的整體絕緣性能降低，危及設(shè)備的安全運(yùn)行。一旦故障發(fā)生，sf6氣體絕緣電氣設(shè)備由于其全封閉組合式結(jié)構(gòu)使得其事故的平均停電檢修時(shí)間更長(zhǎng)、停電范圍更廣，由此常常導(dǎo)致極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，十分有必要對(duì)sf6氣體絕緣電氣設(shè)備的早期絕緣狀況進(jìn)行有效的評(píng)估和預(yù)警。

由于sf6在pd作用下分解生成的這些特征產(chǎn)物又與故障類(lèi)型及故障嚴(yán)重程度存在著極為密切的關(guān)系，因此近年來(lái)提出了利用sf6氣體分解產(chǎn)物的含量、產(chǎn)氣速率等特征分析設(shè)備的絕緣狀態(tài)的氣體組分分析法。sf6氣體組分分析法作為一種化學(xué)檢測(cè)法受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，氣體組分分析法具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、定量診斷故障程度等優(yōu)勢(shì)，尋找和提取能有效表征絕緣缺陷的氣體組分特征量并提出相應(yīng)的故障診斷方法一直是本領(lǐng)域長(zhǎng)期研究和關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。

目前國(guó)內(nèi)外在利用sf6的分解特性對(duì)sf6氣體絕緣電氣設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和故障診斷的研究已經(jīng)取得了一些初步的成果，包括利用分解組分來(lái)判斷絕緣缺陷的類(lèi)型，不同影響因素(電極材料、氣壓、吸附劑、微量h2o、o2的含量等)對(duì)sf6分解特性的影響規(guī)律等?，F(xiàn)有的關(guān)于sf6分解組分分析方法的專(zhuān)利，如專(zhuān)利號(hào)為zl200710078493.0的“六氟化硫放電分解組分分析系統(tǒng)及其使用方法”專(zhuān)利、專(zhuān)利號(hào)為zl201010504048.8的“六氟化硫電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)綜合評(píng)估的方法”等，均局限在提供一些模擬sf6氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)pd故障及檢測(cè)sf6氣體的pd分解組分的裝置或方法，目前為止還尚未總結(jié)提取出能夠直接表征sf6氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)部故障類(lèi)型或嚴(yán)重程度的典型特征量。因此有必要對(duì)前期利用分解組分分析法進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和故障診斷的初步研究成果進(jìn)行總結(jié)整理，提取出表征故障類(lèi)型或嚴(yán)重程度的特征量，為實(shí)現(xiàn)sf6氣體絕緣電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷提供科學(xué)的理論依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是基于現(xiàn)有的利用組分分析法進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和故障診斷的一些初步研究成果，經(jīng)過(guò)探索和研究，從生成的眾多分解產(chǎn)物中提取出一種用于表征氣體絕緣設(shè)備pd能量大小的sf6分解組分特征量，并闡述其物理意義。該特征量能夠有效揭示氣體絕緣電氣設(shè)備中故障源處pd能量大小，該特征量的值越大，則放電能量越大，說(shuō)明設(shè)備故障源處于較嚴(yán)重故障狀態(tài)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種用于表征氣體絕緣設(shè)備局部放電能量的sf6分解組分特征量，其特征在于，基于包括輝光區(qū)、離子漂移區(qū)、主氣室區(qū)三個(gè)區(qū)域的放電空間，測(cè)量輝光區(qū)和主氣室區(qū)sf4、sf2、s和h2s的產(chǎn)率，反映出pd能量大小，其中，h2s是高能pd的特征產(chǎn)物，在gis中檢測(cè)到h2s，則說(shuō)明設(shè)備處于非常嚴(yán)重的絕緣故障狀態(tài)，應(yīng)采取檢修措施。

由于sf4和sf2存在于輝光區(qū)，s為固體顆粒，這3種物質(zhì)均不利于取樣和檢測(cè)。但是，當(dāng)sf4和sf2通過(guò)擴(kuò)散作用進(jìn)入到主氣室后，sf4極易與h2o發(fā)生水解反應(yīng)生成sof2。同時(shí)，sf2也易與o2反應(yīng)，生成so2f2。因此，sof2和so2f2的產(chǎn)率能夠反映出pd能量的大小，即產(chǎn)生sof2所需的pd能量較so2f2低。同時(shí)，sof2和so2f2存在于主氣室，更加便于采樣和檢測(cè)。故可利用so2f2和sof2作為間接表征pd能量的特征組分。

在上述的一種用于表征氣體絕緣設(shè)備局部放電能量的sf6分解組分特征量，利用間接表征pd能量的特征組分so2f2和sof2的含量比值即c(so2f2)/c(sof2)作為揭示氣體絕緣電氣設(shè)備中故障源處pd嚴(yán)重程度的能量特征比值(energyratio，er)；其特征在于，er越大，說(shuō)明pd產(chǎn)生的高能電子流在轟擊sf6分子時(shí)使其斷裂的s-f鍵越多，裂解所生成的低氟硫化物中sf2與sf4較接近甚至超過(guò)sf4的含量，故so2f2的含量較sof2的含量相接近甚至超過(guò)sof2的含量，即pd能量越高，設(shè)備內(nèi)部故障越嚴(yán)重，反之亦然。

在上述的一種用于表征氣體絕緣設(shè)備局部放電能量的sf6分解組分特征量的基礎(chǔ)上，定義有效能量特征比值(errms)來(lái)表征pd能量大小或故障嚴(yán)重程度，其定義式為式中，eri為第i次采樣時(shí)的能量特征比值，n為采樣次數(shù)。隨著放電強(qiáng)度的加大即放電量的增大，則會(huì)導(dǎo)致pd所激發(fā)的電子流具有更高的能量，致使sf6分子斷裂更多的s-f鍵且裂解所生成的低氟硫化物中sf2與sf4較接近甚至超過(guò)sf4的含量，進(jìn)而會(huì)促使sf2和sf4分別通過(guò)反應(yīng)生成so2f2和sof2，但so2f2的增長(zhǎng)速率高于sof2，使得er隨著pd能量的增大而增大，進(jìn)而使得errms隨著pd能量的增加而增大。進(jìn)一步得到有效能量特征比值errms與pd能量即qsec的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式為：

式(1)適用于由pd產(chǎn)生的能量使sf6發(fā)生分解的情況，即qsec≥0pc，由此式可根據(jù)sf6分解特性反推出pd能量大小。

本發(fā)明主要有以下優(yōu)點(diǎn)：1.本發(fā)明通過(guò)深入分析sf6分解機(jī)理，從生成的眾多分解產(chǎn)物中提取出能表征pd能量大小的特征量，提出利用c(so2f2)/c(sof2)作為表征設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷產(chǎn)生pd能量大小的特征比值er，并闡述了該特征比值的物理意義，即比值越大，反映出絕緣缺陷產(chǎn)生的pd能量就越大，說(shuō)明發(fā)生絕緣故障的概率也越高，反之亦然。2.為了減少由于er的波動(dòng)性給診斷和評(píng)估結(jié)果帶來(lái)一定的偏差，本發(fā)明定義了更具統(tǒng)計(jì)特性的有效能量特征比值(errms)來(lái)表征pd能量大小或故障嚴(yán)重程度。在pd故障較輕時(shí)，errms較小，隨著故障的逐步加劇(放電量不斷加大)，errms將急劇變大，但errms并不是隨著放電量的加大而無(wú)限制的增長(zhǎng)，而是增長(zhǎng)到一定程度后慢慢變緩，然后逐漸趨近于某個(gè)臨界值。3.本發(fā)明提出的er和定義的errms是一個(gè)能夠有效揭示氣體絕緣電氣設(shè)備中故障源處pd能量大小的特征比值，并且該比值越大，則放電能量越大，說(shuō)明設(shè)備故障源處于較嚴(yán)重故障狀態(tài)；反之，若該比值越小，則說(shuō)明放電能量相對(duì)較低，故障就較輕。同時(shí)，由于pd能量有限，er和errms只能無(wú)限趨近于某個(gè)臨界值。

附圖說(shuō)明

圖1為sf6“區(qū)域反應(yīng)模型”示意圖。

圖2為低氟硫化物發(fā)生二次電離生成其他低氟硫化物速率。

圖3為實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)中不同電壓作用下的放電量。

圖4a為實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)中不同pd能量作用下sof2和so2f2的產(chǎn)率(第一種pd能量情況)。

圖4b為實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)中不同pd能量作用下sof2和so2f2的產(chǎn)率(第二種pd能量情況)。

圖5為實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)中能量特征比值er與放電量之間的關(guān)系。

圖6為實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)中errms與放電能量之間的關(guān)系。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

一、首先介紹本發(fā)明的分析方法。

本發(fā)明是以美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局專(zhuān)家r.j.vanbrunt等人提出的“區(qū)域反應(yīng)模型”為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)不同分解產(chǎn)物的最初來(lái)源和生成機(jī)理進(jìn)行深入分析與比較，提取出的一種能夠有效表征pd能量的特征分解物及其特征比值量，并在本發(fā)明人發(fā)明的“六氟化硫放電分解組分分析系統(tǒng)及其使用方法”專(zhuān)利中的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。具體分析及驗(yàn)證步驟如下：

首先分析一下sf6分解的機(jī)理。

在r.j.vanbrunt等人提出的“區(qū)域反應(yīng)模型”中，brunt將整個(gè)放電空間劃分為輝光區(qū)、離子漂移區(qū)、主氣室區(qū)3個(gè)不同的區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域中進(jìn)行著不同的化學(xué)反應(yīng)。其中輝光區(qū)是pd產(chǎn)生高能電子撞擊sf6分子并使其裂解形成低氟硫化物sfx的區(qū)域，是分解產(chǎn)物形成的關(guān)鍵區(qū)域。由高能電子碰撞而形成的低氟硫化物sfx，以具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的sf2和sf4最穩(wěn)定，其中一部分能夠穩(wěn)定存在并擴(kuò)散到主氣室中。

在離子漂移區(qū)，由于pd產(chǎn)生的電場(chǎng)能量較低，該區(qū)域內(nèi)所發(fā)生的反應(yīng)主要起到轉(zhuǎn)移電荷的作用，對(duì)整個(gè)pd條件下sf6所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)以及主要特征產(chǎn)物最終產(chǎn)率的影響很小，可忽略不計(jì)。

在主氣室區(qū)，主要是從輝光區(qū)飄逸出來(lái)的sf2與存在的微量o2發(fā)生氧化反應(yīng)以及sf4與混雜在sf6中的微量h2o發(fā)生氣相水解，生成主要穩(wěn)定產(chǎn)物so2f2和sof2。其反應(yīng)式分別為：sf2+o2→so2f2；sf4+h2o→sof2+2hf。

然后，分析sf6分解特征組分與pd能量的關(guān)系。

pd導(dǎo)致sf6分解的關(guān)鍵是輝光區(qū)內(nèi)的高能電子流轟擊sf6分子使某些s-f鍵斷裂而伴隨生成少量活潑氟原子和不穩(wěn)定或稍不穩(wěn)定的低氟硫化物sfx，然后再通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速重新化合或者與混雜在sf6中的雜質(zhì)氣體(如h2o和o2)反應(yīng)，生成如hf、h2s、sf2、sf4、s2f10、sf6、so2、so2f2和sof2等主要產(chǎn)物，其中由于s2f10的熱穩(wěn)定性極差且檢測(cè)條件要求極為苛刻，故不將其作為表征pd條件下sf6分解特性的特征組分。

因此，pd所產(chǎn)生的電子流能量就決定了撞擊sf6分子并使其裂解的深度，進(jìn)而決定了相應(yīng)分解產(chǎn)物的種類(lèi)和產(chǎn)率的大小。pd所產(chǎn)生的電子流能量同時(shí)取決于設(shè)備內(nèi)故障源處的局部電場(chǎng)強(qiáng)度和電子的平均自由行程。平均自由行程z由式決定，式中，kb代表波爾茲曼常數(shù)，d為sf6的分子直徑。然而實(shí)際運(yùn)行中的gis設(shè)備內(nèi)部sf6的量n和gis的腔體內(nèi)部的容積v都為一個(gè)定值，為恒容狀態(tài)，根據(jù)克拉佩龍方程：pv＝nrt，可得，式中，r為理想氣體常數(shù)。故其平均自由行程z為常數(shù)，其對(duì)電子能量的影響可不考慮。因此，電子所具有的能量就僅決定于gis內(nèi)故障源或者實(shí)驗(yàn)中模擬缺陷處的局部電場(chǎng)強(qiáng)度。

由于sf5的生成只需pd產(chǎn)生的電子流在轟擊sf6時(shí)斷裂1個(gè)s-f鍵，需要的電子流能量較低，大約為420kj/mol；而生成sf4需要sf6同時(shí)斷裂2個(gè)s-f鍵，相對(duì)需要的能量較生成sf5所需電子流能量高，依次類(lèi)推，生成sf3、sf2、sf、s的能量將依次增大。因此，低能量的pd通過(guò)促使sf5-f斷裂生成sf5；隨著pd能量的增大，高能電子流撞擊sf6的深度增強(qiáng)，促使單個(gè)sf6分子中更多的s-f鍵斷裂，依次形成sf4、sf3、sf2、sf等。

雖然，sf6在pd作用下形成的低氟硫化物或者分子碎片不可避免地會(huì)在pd輝光區(qū)內(nèi)發(fā)生二次電離，但是，各低氟硫化物發(fā)生二次電離生成其他低氟硫化物的概率和速率幾乎一致，具體如圖2所示。換句話說(shuō)，即使各低氟硫化物在輝光放電區(qū)內(nèi)存在二次電離，但由于其電離速率和概率相當(dāng)，因此所生成的最終低氟硫化物的種類(lèi)及其含量主要取決于sf6在pd作用下發(fā)生的首次電離。同時(shí)，r.j.vanbrunt通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)低氟硫化物發(fā)生二次或多次電離對(duì)最終分解產(chǎn)物的影響甚微，可忽略不計(jì)。

因此，sf4、sf2、s和h2s的產(chǎn)率就直接反映出pd能量大小，成為揭示pd能量大小的特征組分，特別是h2s是高能pd的特征產(chǎn)物，如果在gis中檢測(cè)到h2s，則說(shuō)明設(shè)備處于非常嚴(yán)重的絕緣故障狀態(tài)，應(yīng)采取相應(yīng)檢修措施。

由于sf4和sf2主要存在于輝光區(qū)，s為固體顆粒，這3種物質(zhì)均不利于取樣和檢測(cè)。但是，當(dāng)sf4和sf2通過(guò)擴(kuò)散作用進(jìn)入到主氣室后，sf4極易與h2o發(fā)生水解反應(yīng)生成sof2。同時(shí)，sf2也易與o2反應(yīng)，生成so2f2。因此，sof2和so2f2的產(chǎn)率能夠在一定程度上間接的反映出pd能量的大小，即產(chǎn)生sof2所需的pd能量較so2f2低。同時(shí)，sof2和so2f2主要存在于主氣室，更加便于采樣和檢測(cè)。故可利用so2f2和sof2作為間接表征pd能量的特征組分。

為了驗(yàn)證上述分析，在本發(fā)明人發(fā)明的“六氟化硫放電分解組分分析系統(tǒng)及其使用方法”專(zhuān)利中的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，sf6分解特征組分與故障處pd能量之間有密切關(guān)系，so2f2和sof2的產(chǎn)率均隨著放電能量的增高而增大，且產(chǎn)生sof2所需的能量較so2f2低，所以so2f2和sof2是能夠作為表征pd能量大小的特征氣體。

進(jìn)一步，據(jù)上述分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提出了表征pd嚴(yán)重程度的特征組分比值。

在pd條件下，產(chǎn)生sof2所需的能量較so2f2低，故so2f2和sof2就成了區(qū)分放電能量的特征氣體，其含量也就成了區(qū)分放電能量的特征量。

盡管sof2和so2f2的含量與pd能量有著密切關(guān)系，但僅僅根據(jù)sof2和so2f2的含量或產(chǎn)氣速率來(lái)對(duì)sf6氣體絕緣設(shè)備進(jìn)行故障診斷仍然是有局限的。借鑒目前廣泛應(yīng)用于大型電力變壓器故障診斷中的比值分析法思想，本發(fā)明提出將c(so2f2)/c(sof2)作為揭示氣體絕緣電氣設(shè)備中故障源處pd嚴(yán)重程度的能量特征比值(energyratio，er)。很顯然，er越大，說(shuō)明pd產(chǎn)生的高能電子流在轟擊sf6分子時(shí)使其斷裂的s-f鍵越多，裂解所生成的低氟硫化物中sf2與sf4較接近甚至超過(guò)sf4的含量，故so2f2的含量較sof2的含量相接近甚至超過(guò)sof2的含量，即pd能量越高，設(shè)備內(nèi)部故障越嚴(yán)重，反之亦然。

在不同pd能量下的er值處在一定的范圍內(nèi)，具有一定的波動(dòng)性，這是由于sf6在pd作用下發(fā)生分解、化合反應(yīng)的多樣性和復(fù)雜性所致。為了減少由于er的波動(dòng)性給診斷和評(píng)估結(jié)果帶來(lái)一定的偏差，本發(fā)明定義更具統(tǒng)計(jì)特性的有效能量特征比值(errms)來(lái)表征pd能量大小或故障嚴(yán)重程度，其定義式為式中，eri為第i次采樣時(shí)的能量特征比值，n為采樣次數(shù)。由前述的分析可知，隨著放電強(qiáng)度的加大即放電量的增大，則會(huì)導(dǎo)致pd所激發(fā)的電子流具有更高的能量，致使sf6分子斷裂更多的s-f鍵且裂解所生成的低氟硫化物中sf2與sf4較接近甚至超過(guò)sf4的含量，進(jìn)而會(huì)促使sf2和sf4分別通過(guò)反應(yīng)生成so2f2和sof2，但so2f2的增長(zhǎng)速率高于sof2，使得er隨著pd能量的增大而增大，進(jìn)而使得errms隨著pd能量的增加而增大。進(jìn)一步得到有效能量特征比值errms與pd能量即qsec的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式為：

式(1)適用于由pd產(chǎn)生的能量使sf6發(fā)生分解的情況，即qsec≥0pc，由此式可根據(jù)sf6分解特性反推出pd能量大小。

但是，pd能量不是無(wú)限大，只能局限于某個(gè)臨界值范圍內(nèi)，即errms只能將趨近于某個(gè)臨界值。如果其能量突破該臨界值時(shí)，放電的性質(zhì)就會(huì)突變?yōu)楦鼮閲?yán)重的火花放電或電弧放電等突發(fā)性故障，但sf6在火花放電和電弧放電作用下的分解過(guò)程和機(jī)理與pd作用下的分解過(guò)程有著本質(zhì)的不同，不適用于本發(fā)明。

二、以下是采用上述分析方法的最終結(jié)論進(jìn)行的具體實(shí)施案例。

實(shí)施例1

在r.j.vanbrunt等人提出的“區(qū)域反應(yīng)模型”中，brunt將整個(gè)放電空間劃分為輝光區(qū)、離子漂移區(qū)、主氣室區(qū)3個(gè)不同的區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域中進(jìn)行著不同的化學(xué)反應(yīng)，如圖1所示。其中輝光區(qū)是pd產(chǎn)生高能電子撞擊sf6分子并使其裂解形成低氟硫化物sfx的區(qū)域，是分解產(chǎn)物形成的關(guān)鍵區(qū)域。由高能電子碰撞而形成的低氟硫化物sfx，以具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的sf2和sf4最穩(wěn)定，其中一部分能夠穩(wěn)定存在并擴(kuò)散到主氣室中。

在離子漂移區(qū)，由于pd產(chǎn)生的電場(chǎng)能量較低，該區(qū)域內(nèi)所發(fā)生的反應(yīng)主要起到轉(zhuǎn)移電荷的作用，對(duì)整個(gè)pd條件下sf6所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)以及主要特征產(chǎn)物最終產(chǎn)率的影響很小，可忽略不計(jì)。

在主氣室區(qū)，主要是從輝光區(qū)飄逸出來(lái)的sf2與存在的微量o2發(fā)生氧化反應(yīng)以及sf4與混雜在sf6中的微量h2o發(fā)生氣相水解，生成主要穩(wěn)定產(chǎn)物so2f2和sof2。其反應(yīng)式分別為：sf2+o2→so2f2；sf4+h2o→sof2+2hf。

然后，分析sf6分解特征組分與pd能量的關(guān)系。

pd導(dǎo)致sf6分解的關(guān)鍵是輝光區(qū)內(nèi)的高能電子流轟擊sf6分子使某些s-f鍵斷裂而伴隨生成少量活潑氟原子和不穩(wěn)定或稍不穩(wěn)定的低氟硫化物sfx，然后再通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速重新化合或者與混雜在sf6中的雜質(zhì)氣體(如h2o和o2)反應(yīng)，生成如hf、h2s、sf2、sf4、s2f10、sf6、so2、so2f2和sof2等主要產(chǎn)物，其中由于s2f10的熱穩(wěn)定性極差且檢測(cè)條件要求極為苛刻，故不將其作為表征pd條件下sf6分解特性的特征組分。

因此，pd所產(chǎn)生的電子流能量就決定了撞擊sf6分子并使其裂解的深度，進(jìn)而決定了相應(yīng)分解產(chǎn)物的種類(lèi)和產(chǎn)率的大小。pd所產(chǎn)生的電子流能量同時(shí)取決于設(shè)備內(nèi)故障源處的局部電場(chǎng)強(qiáng)度和電子的平均自由行程。平均自由行程z由式決定，式中，kb代表波爾茲曼常數(shù)，d為sf6的分子直徑。然而實(shí)際運(yùn)行中的gis設(shè)備內(nèi)部sf6的量n和gis的腔體內(nèi)部的容積v都為一個(gè)定值，為恒容狀態(tài)，根據(jù)克拉佩龍方程：pv＝nrt，可得，式中，r為理想氣體常數(shù)。故其平均自由行程z為常數(shù)，其對(duì)電子能量的影響可不考慮。因此，電子所具有的能量就僅決定于gis內(nèi)故障源或者實(shí)驗(yàn)中模擬缺陷處的局部電場(chǎng)強(qiáng)度。

由于sf5的生成只需pd產(chǎn)生的電子流在轟擊sf6時(shí)斷裂1個(gè)s-f鍵，需要的電子流能量較低，大約為420kj/mol；而生成sf4需要sf6同時(shí)斷裂2個(gè)s-f鍵，相對(duì)需要的能量較生成sf5所需電子流能量高，依次類(lèi)推，生成sf3、sf2、sf、s的能量將依次增大。因此，低能量的pd通過(guò)促使sf5-f斷裂生成sf5；隨著pd能量的增大，高能電子流撞擊sf6的深度增強(qiáng)，促使單個(gè)sf6分子中更多的s-f鍵斷裂，依次形成sf4、sf3、sf2、sf等。

雖然，sf6在pd作用下形成的低氟硫化物或者分子碎片不可避免地會(huì)在pd輝光區(qū)內(nèi)發(fā)生二次電離，但是，如圖2所示，各低氟硫化物發(fā)生二次電離生成其他低氟硫化物的概率和速率幾乎一致。故低氟硫化物發(fā)生二次或多次電離對(duì)最終分解產(chǎn)物的影響甚微，可忽略不計(jì)。

因此，sf4、sf2、s和h2s的產(chǎn)率就直接反映出pd能量大小，成為揭示pd能量大小的特征組分，特別是h2s是高能pd的特征產(chǎn)物，如果在gis中檢測(cè)到h2s，則說(shuō)明設(shè)備處于非常嚴(yán)重的絕緣故障狀態(tài)，應(yīng)采取相應(yīng)檢修措施。

由于sf4和sf2主要存在于輝光區(qū)，s為固體顆粒，這3種物質(zhì)均不利于取樣和檢測(cè)。但是，當(dāng)sf4和sf2通過(guò)擴(kuò)散作用進(jìn)入到主氣室后，sf4極易與h2o發(fā)生水解反應(yīng)生成sof2。同時(shí)，sf2也易與o2反應(yīng)，生成so2f2。因此，sof2和so2f2的產(chǎn)率能夠在一定程度上間接的反映出pd能量的大小，即產(chǎn)生sof2所需的pd能量較so2f2低。同時(shí)，sof2和so2f2主要存在于主氣室，更加便于采樣和檢測(cè)。故可利用so2f2和sof2作為間接表征pd能量的特征組分。

為了驗(yàn)證上述分析，在本發(fā)明人發(fā)明的“六氟化硫放電分解組分分析系統(tǒng)及其使用方法”專(zhuān)利中的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

圖3所示為不同實(shí)驗(yàn)電壓作用下的視在放電量，圖4a和圖4b所示為不同pd能量下sof2和so2f2的產(chǎn)率隨時(shí)間的變化關(guān)系。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，sf6分解特征組分與故障處pd能量之間有密切關(guān)系，so2f2和sof2的產(chǎn)率均隨著放電能量的增高而增大，并且兩種氣體的絕對(duì)產(chǎn)氣速率均隨著pd能量的增大而增大，所以so2f2和sof2是能夠作為表征pd能量大小的特征氣體。

根據(jù)本發(fā)明提出的將c(so2f2)/c(sof2)作為揭示氣體絕緣電氣設(shè)備中故障源處pd嚴(yán)重程度的能量特征比值(energyratio，er)，作出了不同電壓作用下針板電極進(jìn)行96小時(shí)放電所得er即c(so2f2)/c(sof2)比值的變化曲線如圖5所示。從圖5可得，當(dāng)pd能量較小時(shí)(放電量為13pc)，er即c(so2f2)/c(sof2)明顯低于在較高能量下的值，隨著pd能量的增大，er明顯增大，從實(shí)驗(yàn)角度定性地證明了c(so2f2)/c(sof2)與pd能量的關(guān)系。

本發(fā)明提出的揭示氣體絕緣電氣設(shè)備中故障源處pd嚴(yán)重程度的能量特征比值er，不但結(jié)合了sf6絕緣介質(zhì)在故障狀態(tài)下分解生成分解特征產(chǎn)物含量的相對(duì)濃度與故障點(diǎn)處電子能量的相互依賴關(guān)系，而且還消除了分解氣室的體積效應(yīng)，可以得出對(duì)故障狀態(tài)較為可靠的診斷依據(jù)。很顯然，er越大，說(shuō)明pd產(chǎn)生的高能電子流在轟擊sf6分子時(shí)使其斷裂的s-f鍵越多，裂解所生成的低氟硫化物中sf2與sf4較接近甚至超過(guò)sf4的含量，故so2f2的含量較sof2的含量相接近甚至超過(guò)sof2的含量，即pd能量越高，設(shè)備內(nèi)部故障越嚴(yán)重，反之亦然。

另外，根據(jù)本發(fā)明定義的更具統(tǒng)計(jì)特性的有效能量特征比值(errms)，其定義式為式中，eri為第i次采樣時(shí)的能量特征比值，n為采樣次數(shù)。在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，共進(jìn)行了96小時(shí)pd實(shí)驗(yàn)，每隔12小時(shí)采樣，采樣8次，故n＝8。errms與pd能量的關(guān)系如圖6所示，在pd故障較輕時(shí)(放電量≤69pc)，errms隨著故障的逐步加劇(放電量不斷加大)，errms將急劇變大，但errms并不是隨著放電量的加大而無(wú)限制的增長(zhǎng)，而是增長(zhǎng)到一定程度后慢慢變緩，當(dāng)放電量達(dá)到106pc時(shí)，可以看到errms值的增長(zhǎng)明顯有變緩的趨勢(shì)，其值最后趨近于0.5。

實(shí)施例1中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明提出的能量特征比值er和有效能量特征比值errms能夠有效地表征氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)部故障源處pd能量大小。比值越大，反映出絕緣缺陷產(chǎn)生的pd能量就越大。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。