学术简报｜典型吸附剂对GIS固体绝缘介质放电特征气体变化规律影响
结果表明：典型吸附剂对含碳特征气体的整体吸附率均明显小于含硫特征气体，除对COS有一定吸附作用外（吸附率不超过40%），其他三种含碳特征气体（CF4、CS2和CO）基本不受吸附剂影响或影响较弱；利用特征气体CF4含量的增长规律进行GIS有机绝缘介质绝缘缺陷诊断可忽略吸附剂影响，吸附剂存在条件下CS2仍可有效判断放电是否与有机绝缘介质相关，COS的产生标志着有机绝缘介质放电程度进一步严重，且吸附剂的作用在一定程度上降低了COS反映放电程度的灵敏性；利用诊断特征量C(COS+CS2)/C(SO2F2)呈现的与放电程度的正相关性判断GIS内固体有机绝缘介质放电缺陷严重程度可有效降低吸附剂的干扰。
气体绝缘组合电器（Gas Insulated Switchgear，GIS）中微水含量控制是确保设备安全运行的关键环节。气室内微水含量偏高不仅会降低SF6组分的电气性能，而且会对设备产生化学腐蚀。另有研究表明，气室中微水的存在一定程度上影响断路器的开断性能。因此，目前在运行的GIS气室中一般均放置有一定质量分数（通常不超过10%）的吸附剂。
吸附剂在GIS设备中既可以充分吸附水分保证设备内水分控制在允许范围内，又可吸附SF6因放电或过热而分解产生的有毒分解产物，保证运行检修人员的安全和气体纯度满足运行需要；另一方面，SF6分解产物中SO2、SOF2、SO2F2、HF、H2S、CF4、CO及CS2等特征气体对诊断SF6电气设备的局部放电类型和放电程度至关重要。
吸附剂的存在会影响主要特征气体的变化规律，导致某些特征组分检测量小于实际产生量，因而无法利用特征组分对放电程度做出准确的评估。同时，不同类型吸附剂对主要特征气体的吸附能力存在差异，同一种吸附剂对不同特征气体的吸附能力也不同。
近年来，相关研究人员对吸附剂存在条件下SF6分解产物变化规律的影响做了较为深入的研究，主要从静置、局部放电和过热三个方面研究吸附剂对SO2、SOF2、SO2F2、CF4和CO2等特征气体的变化规律影响，例如，以针-板电极放电模型为对象，重点关注了典型吸附剂对含硫产物及HF的变化规律影响，并提出了利用比值法等降低吸附剂对化学诊断法的影响[14]。
对于GIS内另一种占比较高的盆式绝缘子等固体有机绝缘介质放电缺陷[15,16]，目前已经证实的主要特征气体有CF4、CO、CS2和COS等[17]，特别地，CS2、COS两种放电特征气体的发现有效提高了对GIS内固体绝缘缺陷诊断的准确性[18]；而固体绝缘介质放电缺陷在吸附剂条件下含碳、含硫等特征气体的变化规律研究还缺乏系统性，吸附剂对固体绝缘介质放电诊断关键特征组分CS2和COS的变化规律影响未见相关报道，且目前得到的吸附剂对CF4、CO的变化规律影响主要基于静置试验结果[19]。
因此有必要深入研究吸附剂对GIS固体介质绝缘缺陷放电条件下特征气体变化规律的综合影响，降低对GIS涉及有机绝缘介质绝缘状态评价时吸附剂的干扰，并探索建立考虑吸附剂影响的固体绝缘故障判断依据。
本文通过设置沿面放电模型进行模拟试验，重点关注了活性Al2O3、KDHF-03等四种分子筛对固体介质放电特征气体变化规律的影响，在此基础上定性分析了吸附剂对主要特征气体的吸附机理，并挖掘了降低吸附剂影响的GIS固体有机绝缘介质放电缺陷的化学诊断特征量。
图1 沿面放电模拟试验平台示意图
1）KDHF-03和F-03两种吸附剂对每种分解产物的吸附能力均强于3A、5A和活性Al2O3（除F-03比5A对CS2吸附率小1%外），且典型吸附剂对含碳特征气体的整体吸附率均明显小于含硫特征气体（包括H2S），吸附率差异在16%~47%之间；除对COS有最大吸附率不超过40%外，其他三种含碳特征气体（CF4、CS2和CO）基本不受吸附剂影响或影响较弱。
2）利用特征气体CF4的增长规律进行GIS有机绝缘介质绝缘缺陷诊断可忽略吸附剂影响，建议每次更换气室气体时，重新对气室CF4组分进行详细分析以排除新气体及回收再利用SF6气体中CF4杂质的影响。
3）吸附剂存在条件下，CS2和COS两种特征与GIS内有机绝缘介质放电关联规律基本不变，即CS2可有效判断放电是否与有机绝缘介质相关，COS的产生标志着有机绝缘介质放电进一步加重，且吸附剂的作用一定程度上降低了COS反映放电程度的灵敏性（吸附剂KDHF-03作用下，其增长速率仅反映实际放电程度的62%）。
4）吸附剂存在条件下，特征气体比值C(COS)/ C(CS2)和C(COS+CS2)/C(SO2+SOF2)和与有机绝缘介质放电程度变化规律关联性较弱；利用诊断特征量C(COS+CS2)/C(SO2F2)呈现出与放电程度的正相关性判断GIS内固体有机绝缘介质放电缺陷严重程度，可有效降低吸附剂的干扰。