专利名称：一种分析电气设备中的SF₆的分解产物的方法
技术领域：
本发明属于 分析检测领域，具体地涉及到一种分析电气设备中的SF6的分解产物 的方法。
背景技术：
六氟化硫(SF6)在常温常压下是一种无色、无味、无毒、不燃、化学性质极稳定的合 成气体。SF6的分子为单硫多氟的对称结构，具有极强的电负性，赋予它优良的电绝缘和灭 弧性能。目前，SFJt为新一代的绝缘介质，被广泛应用于高压、超高压电气设备中。充装SF6 的电气设备占地面积少、运行噪声小，无火灾危险，极大地提高了电气设备运行的安全可靠 性。SF6气体在过热、电弧、电火花和电晕放电的作用下，会发生分解，其分解产物还 可与设备中的微量水分、电极和固体绝缘材料发生反应，其产物比较复杂，有气体杂质，如 四氟化碳(CF4)、氟化硫酰(SO2F2)、氟化亚硫酰(SOF2)、二氧化硫(SO2)、十氟一氧化二硫 (S2OF10)等，还有一些固体杂质，如氟化铝(AlF3)、氟化钨(WF6)等，具体分解途径见下表。
SOF4-HHtO —— SO,F,+2HF
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I Z. ‘ Γ
SF4-+H2O ——> SOF!十2HF -十Η:0—— S02+2HFΛ.
SFe ---SFx+ (6-s) F ————*-CuF；.. A Ir 3, WF^. CF‘ SF;
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SF2, SF4 ——^H2O *--“#SOF2+2HF对于运行中的电气设备，判断其设备内部运行状态相对困难，通过分析检测SF6气 体的分解产物是判断SF6气体绝缘设备内部运行情况的一个强有力手段。近年来，广东省 通过检测SF6气体中CF4和SO2等分解产物的含量已经成功判断了多起电气设备故障。根 据以往研究经验和实际工作，通过SF6气体的分解产物SO2F2也可以有效判断SF6气体绝缘 设备内部运行情况，是成功判断电气设备故障的一个强有力手段。目前，分析SF6分解产物的常用方法为配备热导率检测器(TCD)的气相色谱法，利 用配备热导率检测器(TCD)的气相色谱法分析SF6分解产物0&、30&容易实现，但对SO2F2 和SO2定量测定非常困难。因为SF6中除上述杂质外，还存在氟化碳类物质，如六氟乙烷 (C2F6)、八氟丙烷(C3F8)、十氟丁烷(C4Fltl)等，这些杂质同SO2F2会共溢出，不能区分开来。在 某些色谱柱的条件下，SO2F2甚至不能从其本底SF6中分开，而与SF6共溢出，详见图1 (图1为IEC60480-2004中给出典型的SF6分解产物气相色谱图)。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种分析电气设备中的SF6的分解产物的方 法。该方法可以有效解决现有技术手段不能准确分析SF6中分解产物SO2F2的问题，从而准 确判断SF6气体绝缘设备内部运行情况，保障电气设备安全运行。一种分析电气设备中的SF6分解产物的方法，包括以下步骤取样；采用气相色谱仪对样品进行分析检测，所述色谱仪的检测部分由热导率检测器 (TCD)和火焰光度检测器(FPD)两个检测器串连而成，色谱柱采用毛细柱GS GasPro，所述 色谱仪的全部管路必须钝化。优选地，本发明的分析检测参数为采用He气作为载气；柱温箱初始温度 50-800C，最终温度120-200°C，加热速率12_20°C /min。更优选地，采用He气作为载气，柱温 箱初始温度50°C，1°C /min升至55°C，15°C /min升至180°C，检测器的尾吹流量为8_10ml/ min。经过大量实验，最优化的参数组合为采用He气作为载气；进样口温度50°C，压 力11. 6psi，流量18. 5ml/min，隔垫吹扫流量3ml/min，分流进样，分流比为5 ；色谱柱通过流 量控制，流量2. 577ml/min，辅助压力4. 35psi ；柱温箱初始温度50°C，1°C /min升至55°C， 15°C /min升至180°C ；TCD检测器温度200°C，参比流量30ml/min，尾吹流量8ml/min ；FPD 检测器加热器和辅助传输线温度230°C，H2气流量75ml/min，空气流量lOOml/min，尾吹流 量 10ml/mino所述步骤(2)的所述分析检测包括进样，待测样品通过TCD检测器，不通过FPD 检测器，主要分析空气、CF4, C2F6和SF6 ；当SF6基本出峰完毕后(即当SF6分析完毕后)，待测样品既通过TCD检测器，也 通过FPD检测器，TCD检测器主要分析C3F8、C4F10, FPD检测器主要分析S02F2、SOF2, S2OF10, SO2。本发明将采回的SF6样利用配备TCD和FDP串连检测器的气相色谱法分析，利用 TCD检测器分析SF6分解产物CF4、C2F6、C3F8、C4F1(1等，利用FPD检测器分析SF6分解产物SOF2、 SO2F2、S2OFltl等。所述方法在利用气相色谱法分析SF6分解产物时，全部气样都进入TCD检测 器分析，仅有SF6组分后的各组分才进入FPD检测器，因为采回的SF6样中绝大部分为SF6, 如果这些过量的SF6全部进入FPD检测器，会污染FPD检测器，影响后续测定。该方法不仅 能够准确测定CF4、C2F6、C3F8、C4F1(1等杂质，还能够准确测定SOF2、SO2F2、S2OFltl等杂质，使SF6 分解产物的分析更准确，从而能够更有效的判断电气设备故障。


图1为现有技术中用热导率检测器的气相色谱法SF6分解产物气相色谱图；图2-4分别为实施例1中，不同状态下的由TCD和FPD两个检测器串连组成的色谱仪结构图；图5为实施例1中现有技术中TCD检测器分析结果示意图6为实施例1中本发明所述方法分析结果示意图；图7为实施例2中现有技术中TCD检测器分析结果示意图；图8为实施例2中本发明所述方法分析结果示意图。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不 能理解为对本发明保护范围的限定。实施例1本实施例所述的分析电气设备中的SF6分解产物的方法，包括以下步骤(1)取样现场采样部分各技术方案与现有技术都相同，从储存罐中采集的六氟 化硫样品必须具有代表性，样品应当取自液态的六氟化硫，如果在储存罐中没有液态六氟 化硫，那么所采集的样品只能代表气态的六氟化硫。在从储存罐中采样之前，存储罐与分析 设备或与六氟化硫气体采气瓶的所有连接部分均应由真空泵抽真空。如果采样口是使用长 而狭窄的管子连到储存罐的主气室中，则管路连接部分应该用储存罐中的气体吹扫，以确 保从储存罐中采集的六氟化硫气体样品具有代表性。采样时，连接材料应尽可能选择不锈 钢或其他不发生化学反应的材料，以减少采样过程中的反应和污染。分析样品不能通过过 滤器(分子筛、氧化铝)，否则会改变气体的成分。为确保样品不受粉尘的污染，可以使用粉 尘过滤器。为了减小六氟化硫气体对大气的排放，同时限制有毒分解物对人体的危害，可以 使用收集袋，或类似的装置。收集袋中的气体也应当回收。(2)采用色谱仪的对样品进行分析检测(A)色谱仪的分析检测部分必须由TCD和FPD两个检测器串连才能够实现。具体 的检测器连接图可参见图2-4，如图所示，色谱仪主要包括流量控制系统1和辅助流量控制 系统2、色谱进样口 3、色谱柱4、TCD检测器5和FPD检测器6、六通阀7和六通阀8。(B)色谱柱采用毛细柱GS GasPro (J&ff,60米X0. 32毫米)，该色谱柱能够实现 S02F2同本底SF6的完全分离，而采用其它色谱柱如以前所用的常规柱(不锈钢管，内装多 孔聚合物型聚苯乙烯型色谱固定相Q，3-4米x3毫米)则达不到要求；(C)色谱仪的全部管路必须钝化，由于部分SF6分解产物如S02F2和S02具有强腐蚀 性，如设备管路未钝化，会影响SO2F2和so2的定量分析。实验证明色谱仪未经过钝化时， SF6样品的进样次数要达到5次及以上，才能得到稳定不变的色谱图；(D)检测参数设定，具体色谱参数如下采用He气作为载气；进样口温度50°C，压 力11. 6psi，流量18. 5ml/min，隔垫吹扫流量3ml/min，分流进样，分流比为5 ；色谱柱通过流 量控制，流量2. 577ml/min，辅助压力4. 35psi ；柱温箱初始温度50°C，1°C /min升至55°C， 15°C /min升至180°C ；TCD检测器温度200°C，参比流量30ml/min，尾吹流量8ml/min ；FPD 检测器加热器和辅助传输线温度230°C，H2气流量75ml/min，空气流量lOOml/min，尾吹流 量10ml/min(单独用FPD检测器时此尾吹流量一般较大，在30ml/min左右，但TCD和FPD 检测器串连使用时，由于TCD载气或辅助气也进入FPD检测器，如尾吹流量设置过大，容易 使FPD火焰熄灭)。(E)、色谱分析具体步骤(1)冲洗定量管、准备进样通过多次冲洗，待测样品通过六通阀的进样口，进入定量管，准备分析，此时仪器的连接图如附图2所示，两个六通阀中六通阀7关闭，六通阀8 开启，样品停留在定量管，并未通过色谱进样口进入仪器进行分析；(2)进样此时六通阀7由关闭状态变为开启状态(约0. 01分钟时动作)，载气将 定量管中的待测气体吹入色谱进样口，进入色谱柱进行分析，六通阀8状态不变，仪器的连 接图如附图3所示，待测样品通过TCD检测器，不通过FPD检测器，此阶段能分析空气、CF4、 c2f6和sf6等物质；(3)样品分析待SF6基本出峰完毕后，六通阀8由开启状态变为关闭状态(约3 分钟时动作)，六通阀7状态不变，仪器的连接图如附图4所示，此时待测样品既通过TCD检 测器，也通过FPD检测器，此阶段不仅能通过TCD分析C3F8、C4F10等氟化碳物质，还能通过 FPD 分析 S02F2、S0F2、S20F1q、S02 等含硫杂质；(4)定量分析采用外标法进行定量分析，TCD检测器中各物质含量同其出峰的峰 面积线性相关，FPD检测器中各物质的含量同其出峰的峰面积指数相关。具体见图5和图6，图5是现有技术中与本实施例同样的样品单独TCD检测器分 析的结果，图中的五个杂质峰依次为空气、CF4、C2F6、C3F8、SO2F2，由图可知，C3F8和SO2F2不能 完全分开，特别是当C3F8含量远高于S02F2时，S02F2不能准确测量；图6是本实施例FPD检 测器分析的结果，图中的杂质峰为S02F2，由此可见，通过FPD检测器分析SF6分解产物S02F2 时并不受其它杂质干扰，比较准确。在电气设备中没有故障的气室中一般不会存在S02F2， 如果某气室中经采集样品分析检测存在so2F2，则必须予以充分关注，如果该气室中S02F2含 量持续性增长，则该气室故障的可能性非常大。实施例2本实施例所述的分析电气设备中的SF6分解产物的方法，步骤与实施例1基本 相同，不同的是分析检测参数具体为He气作为载气；柱温箱初始温度80°C，最终温度 200°C，加热速率20°C /min，具体见下图。其中，图7是现有技术中与本实施例同样的样品 单独TCD检测器分析的结果，图中的三个杂质峰依次为空气、CF4、C3F8和S02F2共溢出峰，由 图可知，C3F8和S02F2共溢出，不能分开；图8是本实施例FPD检测器分析的结果，图中的杂 质峰为S02F2，由此可见，通过FPD检测器分析SF6分解产物S02F2时并不受其它杂质干扰，比 较准确。在电气设备中没有故障的气室中一般不会存在S02F2，如果某气室中经采集样品分 析检测存在S02F2，则必须予以充分关注，如果该气室中S02F2含量持续性增长，则该气室故 障的可能性非常大。
权利要求
一种分析电气设备中的SF6分解产物的方法，其特征是，主要包括以下步骤(1)取样；(2)采用气相色谱仪对样品进行分析检测，所述气相色谱仪的检测部分由热导率检测器和火焰光度检测器串连而成，色谱柱采用毛细柱GS GasPro，所述气相色谱仪的全部管路钝化。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征是，分析检测参数为采用He气作为载气； 柱温箱初始温度50-80°C，最终温度120-200°C，加热速率12_20°C /min,检测器的尾吹流量 为 8_10ml/mino
3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征是，所述柱温箱初始温度为50°C，1°C/min 升至 55°C，15°C /min 升至 180°C。
4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征是，分析检测参数为采用He气作为载 气；进样口温度50°C，压力11.6psi，流量18. 5ml/min，隔垫吹扫流量3ml/min，分流进样， 分流比为5 ；色谱柱通过流量控制，流量2. 577ml/min，辅助压力4. 35psi ；柱温箱初始温度 50oC,loC /min升至55°C，15°C /min升至180°C；热导率检测器温度200°C，参比流量30ml/ min，尾吹流量Sml/min ；火焰光度检测器加热器和辅助传输线温度230°C，H2气流量75ml/ min，空气流量100ml/min，尾吹流量10ml/min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的分析方法，其特征是，步骤(2)的所述分析检测包 括进样，待测样品通过热导率检测器，不通过火焰光度检测器，主要分析空气、CF4, C2F6和 SF6;当SF6基本出峰完毕后，待测样品既通过热导率检测器，也通过火焰光度检测器，热导 率检测器主要分析C3F8、C4F10,火焰光度检测器主要分析S02F2、SOF2, S2OF10, S02。
全文摘要
本发明公开了一种分析电气设备中的SF6分解产物的方法，主要包括以下步骤取样；采用色谱仪对样品进行分析检测，所述色谱仪的检测部分由TCD和FPD两个检测器串连而成，色谱柱采用毛细柱GS GasPro，所述色谱仪的全部管路必须钝化。本发明能够准确分析SF6中分解产物SO2F2等物质，通过分析SO2F2等分解杂质能够有效判断SF6气体绝缘设备内部运行情况，成功判断电气设备故障。
文档编号G01N30/02GK101799458SQ20101013490
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者姚唯建, 庄贤盛, 李丽, 王宇, 黄成吉, 黎晓淀 申请人:广东电网公司电力科学研究院