SF6氣體微水在線檢測裝置研究

荊 錯，馮新巖，曹 剛

（山東電力超高壓公司，山東 濟南 250021）

0 概述

SF6用氣體絕緣介質(zhì)始于20世紀50年代初。由于這種氣體的優(yōu)異特性，在60～70年代，SF6氣體已廣泛用于超高壓大容量電力系統(tǒng)中。在設(shè)備運行過程中，當SF6氣體的含水量過高時，會危及電氣設(shè)備的安全運行，主要表現(xiàn)在SF6氣體在電弧下的分解物遇水會發(fā)生化學反應生成具有強腐蝕性分解物等，會腐蝕損壞絕緣件；在溫度降低時可能形成凝露水，使絕緣件表面絕緣強度顯著降低甚至閃絡(luò)[1]。國內(nèi)外都曾出現(xiàn)過因高濕度引起內(nèi)部故障而導致高壓斷路器爆炸的事故，因此控制電氣設(shè)備中SF6的水分（斷路器更為關(guān)鍵）對安全可靠運行關(guān)系重大。

1 氣體微水的測量

電力系統(tǒng)測量SF6氣體絕緣設(shè)備中濕度的測量方法有電解法、冷凝露點法和阻容法等[2]。變電站內(nèi)SF6氣體微水的現(xiàn)場檢測，大多采用便攜式精密微水儀進行。用此方法測量，每次檢測都必須停電進行，無法實時顯示，但是在現(xiàn)場設(shè)備中有些氣室難以停電，如GIS雙母線刀閘氣室。這給SF6氣體微水測量帶來很大難度。測量時，一旦接口處理不好造成氣體大量泄漏會給人員及設(shè)備帶來很大危險，因此多數(shù)單位禁止帶電測量SF6氣體含水量。

SF6氣體微水在線檢測，儀器結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，安裝在設(shè)備上后，無需停電，不需要排放氣體就可以測量，相對其他測量方法，在線測試可以減少很多繁瑣的測量步驟，節(jié)省開支，對電力設(shè)備的安全可靠運行有重要意義。

2 在線監(jiān)測儀器的設(shè)計原理

SF6氣體微水在線檢測系統(tǒng)設(shè)計采用總線式分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)計分為過程層和控制層。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

過程層包括SF6氣體微水、溫度、及壓力傳感器監(jiān)測裝置，實現(xiàn)對被測設(shè)備SF6氣體狀態(tài)（微水、溫度、壓力）的自動采集、信號處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的預處理和報警功能，并對監(jiān)測結(jié)果進行就地數(shù)字化顯示和緩存，存儲量至少能存儲3個月的數(shù)據(jù)。

控制層由于考慮到便于拆卸的要求及將來在線檢測擴展可能需加裝間隔層對數(shù)據(jù)進行標準統(tǒng)一的需要，采用了現(xiàn)場工作平臺采集模式。工作平臺與過程層通過RS485接口通訊，能夠采集在線檢測裝置內(nèi)部緩存數(shù)據(jù)，并隨時對檢測裝置發(fā)出采集指令。數(shù)據(jù)處理軟件具有微水值、溫度及壓力變化曲線圖繪制功能。

圖1 系統(tǒng)框架圖

2.1 系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)及標準

為保證SF6氣體微水在線檢測系統(tǒng)符合要求，在線檢測儀按照《高壓開關(guān)設(shè)備管理規(guī)定》、《高壓開關(guān)設(shè)備反事故技術(shù)措施》和《高壓開關(guān)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督管理辦法》（發(fā)輸電[1999]72號）以及GB/T8905-1996等中規(guī)定來設(shè)計[3]，系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)指標如下。

1）壓力測量范圍：-0.100～0.900 MPa（表壓）

2）壓力測量精度：≤±0.3%FS

3）露點溫度測量范圍：-80～60 ℃

4）露點溫度測量精度：±3℃

5）微水測量范圍：70～20 000 ppm

6）報警門限：0.550 MPa、300 ppm（或根據(jù)設(shè)備需要設(shè)置）

7）閉鎖門限：0.500 MPa（或根據(jù)設(shè)備需要設(shè)置）

8）通信接口：RS485

9）各繼電器接點容量：3A/250VAC、3A/30VDC

10）電源電壓：AC（220±15%）V

11）溫度分辨率：0.1 ℃

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)主機。主機必須具備優(yōu)異的電磁兼容性能、機械抗震抗沖擊性能和外殼防塵、防水性能，并具有自診斷和大容量數(shù)據(jù)存儲功能，設(shè)計采用軍工級的IC芯片和使用多層電路板的PCB設(shè)計，并采用獨特的抗干擾電路措施，以滿足SF6在線微水檢測儀在抗干擾和穩(wěn)定性方面具有優(yōu)異的性能。

傳感器選擇。經(jīng)綜合分析對比了當前SF6氣體微水檢測應用較普遍的鏡面?zhèn)鞲衅?、氧化鋁阻容傳感器及高分子膜傳感器，經(jīng)過分析對比，確認前兩類只適合常規(guī)測試，不能在在線檢測氣體不流動狀態(tài)下檢測，只有高分子膜傳感器能滿足要求。因此采用了高分子膜傳感器。

3 現(xiàn)場安裝、測試和使用情況

3.1 現(xiàn)場安裝

在線檢測裝置要求有良好的密封性，不影響設(shè)備運行，同時不能影響設(shè)備正常充氣補氣及常規(guī)氣體微水測試。設(shè)計采用三通閥安裝方式，一端裝在設(shè)備補氣口處，一端連接SF6氣體微水在線檢測裝置，還有一端安裝式充氣嘴，以滿足上述要求。

圖2 現(xiàn)場安裝位置

SF6氣體微水在線檢測儀采用三通閥安裝，在線測試的同時可以進行常規(guī)停電測量。SF6氣體微水在線檢測裝置主機通過三通閥分別安裝在一次設(shè)備上。通訊裝置為了滿足防塵和防水需求，安裝在斷路器端子箱內(nèi)。

3.2 儀器測試

在線檢測裝置安裝后，按照規(guī)程規(guī)定，將全部在線檢測裝置進行了包扎法檢漏測試。包扎24 h后，采用LM2000-Ⅲ型SF6定量檢漏儀對在線檢測儀進行檢漏，檢漏結(jié)果符合規(guī)程規(guī)定，證明裝置自身及安裝密封性滿足要求。

為了驗證在線檢測儀器的準確性，使用RA60FAD SF6氣體分析儀對設(shè)備進行常規(guī)測試并與在線檢測裝置顯示結(jié)果進行對比，測量結(jié)果如表1所示（顯示均為換算至20℃）。

表1 對比測試數(shù)據(jù)

通過對比可以看出，在線檢測儀和現(xiàn)在使用的離線式的儀器測量結(jié)果上相差不大，不會影響對結(jié)果的判斷，精度達到了工程使用要求。

3.3 儀器使用

氣體微水在線檢測儀在經(jīng)過設(shè)備調(diào)試和軟件調(diào)試后投入使用。該儀器實時顯示氣室內(nèi)的壓力、溫度和氣體微水值。儀器安裝運行了一段時間后，經(jīng)過數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲，將數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)庫中，并通過現(xiàn)場工作平臺采集進行分析。

在儀器的軟件上，加入了實時檢測、歷史查詢等功能，通過便捷的人機交互界面，對數(shù)據(jù)進行快速的分析和處理。并通過控制軟件，查看被測設(shè)備SF6中的微水值、壓力變化數(shù)據(jù)（均已換算至20℃）以及歷史數(shù)據(jù)曲線。

4 結(jié)語

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，SF6設(shè)備應用越來越廣泛。SF6作為使用越來越廣泛的絕緣氣體，各供電部門對SF6氣體微水的在線檢測設(shè)備的需求也越來越多。

通過SF6氣體在線檢測可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，避免設(shè)備故障帶來的大量損失?？梢杂嗅槍π缘闹攸c監(jiān)測某些含水量增大的氣室或有泄漏的氣室，增強設(shè)備安全運行系數(shù)，提高設(shè)備的可靠性，減少工作量。SF6微水監(jiān)測設(shè)備，減少了檢修工作量，減少了設(shè)備停電時間及人員出差次數(shù)。在線檢測會減少定期巡檢時SF6取氣造成的環(huán)境污染和氣體的浪費，減少溫室氣體排放，也具有積極的環(huán)保意義。

為進一步發(fā)揮該系統(tǒng)的作用，下一步將進行SF6組份在線檢測的研究應用，與氣體微水檢測兩者相結(jié)合，將為分析設(shè)備運行狀態(tài)提供更為全面的數(shù)據(jù)。