SF6气体绝缘装备分解组分分析的故障诊断理论与方法研究

Utilize the platform established for SF6 discharge and overheating experiments, to analyse the characteristics and mechanism of the decomposition of SF6 under discharge or overheating situation in a systematic way. Use the isotope tracer techniques and molecular dynamics simulations to reveal the innate physical and chemical character of the decomposition of SF6 under different insulating faults. Analysis the influence factors of trace water, micro-oxygen, adsorbents, pressure, organic insulating and metal materials to the decomposition of SF6 under discharge or overheating insulating faults .Then give a SF6 characteristic decomposed component to diagnose the discharge or overheating insulating faults style in the gas insulated equipment, and give a revising method to some influence factors. Propose the principle to differentiate the discharge and overheating faults and the judgement for the severity of the faults. Combine with integrated information of the characteristic decomposition components, pulse current, special high-frequency and supersonic wave, to make the relationship between the information and insulating fault styles clear, and build a comprehensive system and method to evaluate insulating state of the SF6 insulated equipment. Then create a theory, principle and method similar to dissolved gas analysis (DGA) to diagnose the insulating faults of SF6 insulated equipment. Provide scientific theories and key technical support to build GB and IEC standards for the diagnosis of insulating faults of the SF6 gas insulated equipment based on decomposed components analysis (DCA) of SF6, to fill the domestic and foreign blank in this field.

利用已建立的SF6绝缘介质放电与过热实验平台，系统研究气体绝缘装备中SF6绝缘介质在放电与过热故障状态下发生分解的特性和机理，采用同位素示踪和分子动力学仿真，揭示SF6在不同绝缘故障模式下的物理化学分解过程及其本质，分析微水、微氧、吸附剂、气压、绝缘及金属材料等影响因素，了解SF6绝缘介质在放电与过热故障状态下分解作用机制，提出表征气体绝缘装备内部放电与过热故障下SF6分解特征组分和影响故障诊断准确性的校正方法，给出划分放电与过热故障及其严重程度的原则，结合分解特征组分、脉冲电流、特高频和超声波等综合检测信息，建立各信息与绝缘故障属性的映射关系，构建SF6气体绝缘装备绝缘状态综合评价体系与方法，创立类似油中溶解气体分析(DGA)的SF6分解组分分析(DCA)的气体绝缘装备绝缘故障诊断理论、原理及方法，为制定相应故障诊断GB和IEC标准，提供科学理论与关键技术支撑，以填补国内外在该领域空白。

通过大量而系统的实验获取了SF6气体绝缘介质在典型故障状态下的分解特性，通过构建适用于描述SF6分解及其分解产物生成过程的ReaxFF化学反应力场，并结合同位素示踪、分子动力学和多物理场仿真技术，揭示了SF6在不同绝缘故障模式下发生分解的物理化学过程；同时分析了微水、微氧、吸附剂、气压、绝缘及金属材料等影响因素SF6故障分解过程的作用机制，并建立了微量H2O和O2的化学反应动力学校正方法，解决了故障诊断数据的通用性使用问题。然后，项目从SF6故障分解机制出发，并结合分解产物的稳定性和现场检修的客观要求，从20多种分解组分中筛选出H2S、SO2F2、SOF2、SO2、CO2、CF4和CS2共7种能够有效反映故障属性、且适合现场监测的特征分解组分，并构建出表征故障能量密度大小、故障严重程度、故障是否牵涉固体绝缘以及固体绝缘劣化演变情况的4个用于故障诊断的比值特征量。最后，建立起反映故障属性的特征组分编码表，首创了基于SF6特征分解组分分析(DCA)原理的SF6设备故障诊断技术，建立起多源信息融合的SF6设备状态综合评估与故障预警系统，并与电力生产企业通过“产、学、研、用”合作的方式进行了推广应用，并产生了巨大社会效益和民生影响。.通过5年来系统深入研究，在国内外权威学术刊物上发表论文66篇（其中SCI检索48篇、EI检索18篇），出版专著教材5部，获授权发明专利8项，参加各类学术交流会议20次，共计56人次。研究团队1人成长为国家百千万人才工程人选，1人获得湖北省杰出青年基金，2人分别成长为中国科协和中国电机工程学会青年托举人才；培养博士后4名、博士15名和硕士26名。同时相关成果获2017年湖北省技术发明一等奖和2018年重庆市科技进步一等奖各1项；成果初步应用后带来了显著经济与社会效益，2019年获中国产学研合作创新成果二等奖，本人也荣获2020年中国电力科学技术杰出贡献奖。