關(guān)于SF6氣體密度繼電器現(xiàn)場校驗(yàn)問題探討

【摘要】國家電網(wǎng)公司《十八項電網(wǎng)重大反事故措施》指出，運(yùn)行中的SF6密度繼電器應(yīng)定期進(jìn)行校驗(yàn)，以防止密度繼電器動作值不準(zhǔn)或偏離造成斷路器誤報警或不報警以及還可能造成斷路器拒動。本文通過對SF6氣體密度繼電器進(jìn)行定期校驗(yàn)檢查的重要性和必要性以及現(xiàn)場校驗(yàn)時應(yīng)關(guān)注和注意的事項進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】SF6氣體密度繼電器;功能;現(xiàn)場校驗(yàn);注意事項

1.序言

六氟化硫氣體的分子式為SF6，分子量為146.07，分子直徑為4.56×10-10m，在常溫、常壓下呈氣態(tài)，在20℃和101325Pa時的密度為6.16g/L（約為空氣的5倍）;臨界溫度為45.6℃，經(jīng)壓縮而液化，通常以液態(tài)裝入鋼瓶運(yùn)輸。純凈的六氟化硫氣體是無色、無味、無臭、無毒和不可燃的。六氟化硫是負(fù)電性氣體（有吸附自由電子的能力），具有良好的滅弧和絕緣性能。在101.3kPa壓力下的均勻電場中，六氟化硫氣體的耐電壓強(qiáng)度約為氮?dú)獾?.5倍。

SF6氣體作為絕緣介質(zhì)已廣泛地應(yīng)用于電力設(shè)備中，如斷路器、互感器和GIS組合電器。即使在電力變壓器領(lǐng)域，現(xiàn)在SF6氣體也開始逐步替代傳統(tǒng)的變壓器油起到絕緣作用，這主要是由于SF6氣體有非常好的絕緣能力，容許相間或相與地的尺寸小，使得設(shè)備可以做的緊湊，同時又具有很高的安全性能。為了保證SF6電氣設(shè)備安全、可靠運(yùn)行，就必須對SF6氣體進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，因?yàn)槿绻鸖F6氣體發(fā)生了泄漏，就會導(dǎo)致電氣設(shè)備的電氣性能下降，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)生閃絡(luò)和擊穿。這是因?yàn)樵赟F6氣體設(shè)備中，SF6氣體是主要的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，其絕緣強(qiáng)度和滅弧能力均取決于SF6的密度。當(dāng)密度降低時，將會帶來兩方面的危害：一是氣體絕緣設(shè)備耐壓強(qiáng)度降低，二是斷路器開斷容量下降，因此，為了保證SF6電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行，必須監(jiān)視SF6氣體設(shè)備中SF6氣體的密度。SF6氣體密度的監(jiān)視通過SF6氣體密度繼電器來實(shí)現(xiàn)，它通常設(shè)有二級告警信號：即報警壓力信號和閉鎖壓力信號，當(dāng)壓力降低時及時發(fā)出相應(yīng)的告警信號以便及時處理，保證設(shè)備安全運(yùn)行。[6]

2.對SF6氣體密度繼電器校驗(yàn)的重要性

SF6氣體密度繼電器是改進(jìn)型的電接點(diǎn)壓力表，一般都能實(shí)現(xiàn)測量和開關(guān)一體化。按結(jié)構(gòu)型式可分為指示型和非指示型兩種;按螺紋安裝方式分為徑向安裝和軸向安裝;按結(jié)構(gòu)原理分為彈簧管式、波紋管式和數(shù)字式;按儀表耐震要求分為表殼內(nèi)充油和不充油式;按接點(diǎn)形式分為磁助直接作用式和微動開關(guān)式[1]。目前我局主要使用的是表殼內(nèi)不充油指針式波紋管微動開關(guān)SF6氣體密度繼電器。主要應(yīng)用在SF6中高壓開關(guān)、氣體絕緣組合設(shè)備（GIS）、變壓器和互感器上，且適合戶外惡劣的環(huán)境。SF6氣體密度繼電器不僅有一組、二組或三組接點(diǎn)，可分別發(fā)出報警和閉鎖控制信號，還可通過指針指示設(shè)備SF6氣體壓力值。

安裝于現(xiàn)場充氣設(shè)備的SF6氣體密度繼電器指針在運(yùn)行中長期指示在一個位置不上下移動，經(jīng)過一段時期后會出現(xiàn)動作不靈活或觸點(diǎn)接觸不良等現(xiàn)象，有的還會出現(xiàn)密度繼電器溫度補(bǔ)償性能變差，當(dāng)環(huán)境溫度突變時易導(dǎo)致SF6氣體密度繼電器觸點(diǎn)誤動作[6]。國家電網(wǎng)公司《十八項電網(wǎng)重大反事故措施》指出，密度繼電器應(yīng)定期校驗(yàn)，以防止密度繼電器接點(diǎn)動作值不準(zhǔn)或偏離造成斷路器誤報警或不報警以及還可能造成斷路器因被閉鎖而拒動。因此，應(yīng)對SF6氣體設(shè)備上的SF6氣體密度繼電器進(jìn)行定期校驗(yàn)是非常必要的，是保障電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行的必要措施。

3.SF6氣體密度繼電器的現(xiàn)場校驗(yàn)

3.1 SF6氣體密度繼電器工作原理

SF6氣體密度繼電器是一種具有溫度補(bǔ)償功能的壓力控制器。它的主要作用是監(jiān)測充氣設(shè)備本體或各個氣室中SF6氣體密度的變化，并發(fā)出報警和閉鎖控制信號。

SF6氣體設(shè)備上的SF6氣體密度是以SF6氣體經(jīng)溫度補(bǔ)償后的壓力來表示的，即以20℃時的氣體壓力值來表示的。SF6氣體密度繼電器在額定壓力下工作，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，SF6氣體的壓力也發(fā)生變化。設(shè)備未注入SF6氣體時，（也就是SF6氣體密度繼電器內(nèi)未充入SF6氣體時），指針在“0”位附近，其補(bǔ)氣、閉鎖兩組接點(diǎn)均為閉合狀態(tài)。給設(shè)備充入額定壓力的SF6氣體時，密度繼電器內(nèi)傳動機(jī)構(gòu)帶動指針轉(zhuǎn)動，由壓力值間接反映密度值，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，其內(nèi)部的溫度補(bǔ)償元件對變化的壓力進(jìn)行修正使指針不產(chǎn)生位移，使其額定壓力示值不變。只有當(dāng)設(shè)備SF6氣體發(fā)生泄露產(chǎn)生壓力下降，當(dāng)降到報警設(shè)定值時，繼電器第一組接點(diǎn)閉合輸出一組報警信號，此時要求用戶對設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)氣，如果壓力繼續(xù)下降，降到閉鎖設(shè)定值時，繼電器輸出另一組接點(diǎn)閉合發(fā)出閉瑣信號，對設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行閉瑣，從而實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的安全運(yùn)行保護(hù)。如圖1-4所示。

圖1 一組接點(diǎn) （單信號）

圖2 三組接點(diǎn)（雙報警）

圖3 二組接點(diǎn)（單閉鎖）

圖4 三組接點(diǎn)（雙閉鎖）

3.2 SF6氣體密度繼電器的校驗(yàn)原理

在密閉容器中，一定溫度下的SF6氣體壓力可代表SF6氣體密度。為了能夠統(tǒng)一，習(xí)慣上常把20℃時SF6氣體壓力當(dāng)作其對應(yīng)密度的代表值。所以，SF6氣體密度繼電器均以20℃時SF6氣體壓力作為標(biāo)準(zhǔn)值。目前，SF6氣體密度繼電器校驗(yàn)主要有兩種方法，一種是在實(shí)驗(yàn)室恒溫為20℃條件下檢驗(yàn)，這種方法主要用于生產(chǎn)廠家。另一種方法是在設(shè)備安裝現(xiàn)場條件下進(jìn)行檢驗(yàn)，該方法是精確測量SF6氣體的壓力及溫度，通過SF6氣體的性能曲線換算得到20℃時的壓力值，從而判斷SF6氣體密度繼電器的性能。

目前所用的SF6氣體密度繼電器屬于設(shè)定點(diǎn)不可調(diào)的一種壓力控制器，即不設(shè)表外調(diào)整機(jī)構(gòu)，其觸點(diǎn)動作的壓力值一般都由制造廠預(yù)先整定好，使用單位不能自行進(jìn)行調(diào)整。我局有兩臺SF6氣體密度繼電器校驗(yàn)裝置，JD7型和ZDT-1型校驗(yàn)儀主要利用SF6氣體壓力-溫度特性，采用87C196單片微機(jī)技術(shù)，利用計算處理，極其準(zhǔn)確的進(jìn)行任意下的SF6氣體壓力和20℃時的標(biāo)準(zhǔn)壓力間的換算，實(shí)現(xiàn)對SF6氣體密度繼電器在各種環(huán)境溫度下的校驗(yàn)工作。工作時采用適配接口件與不同結(jié)構(gòu)的密度控制器（或繼電器）連通，接入氣源形成封閉系統(tǒng)（氣路原理圖見圖5）。通過調(diào)節(jié)減壓閥、以調(diào)節(jié)壓力的大小。通過充、放氣開關(guān)對系統(tǒng)進(jìn)行充、放氣。在降壓過程中，（模擬微漏氣）微處理器自動讀取壓力、溫度值，精確換算對應(yīng)密度值，并自動記錄報警、閉鎖值，通過比較測試對象‘示值與測試儀讀數(shù)得出測試結(jié)論，可選擇顯示或打印。原理如圖5所示：

圖5

3.3 SF6氣體密度繼電器的現(xiàn)場校驗(yàn)

3.3.1 國家電網(wǎng)公司《十八項電網(wǎng)重大反事故措施》條文12.1.1.6規(guī)定：SF6密度繼電器與開關(guān)設(shè)備本體之間的連接方式應(yīng)滿足不拆卸校驗(yàn)密度繼電器的要求。

3.3.2 對部分不滿足不拆卸校驗(yàn)密度繼電器要求的設(shè)備（如江蘇如皋高壓電器公司）生產(chǎn)的35kV斷路器，我局已于2010年至今充分利用設(shè)備停電綜檢機(jī)會對斷路器與密度繼電器連接管路進(jìn)行改造，使SF6密度繼電器與開關(guān)設(shè)備本體之間的連接方式滿足不拆卸校驗(yàn)的要求。

3.3.3 由于我局使用的ABB斷路器密度繼電器依靠逆止閥與本體氣室連接，校驗(yàn)時必須拆卸下來，校驗(yàn)完畢安裝時由于密封墊和安裝工藝的原因，極易造成設(shè)備氣體泄漏，影響設(shè)備正常運(yùn)行。為此我局于2012年為ABB SF6斷路器量身定做三通隔離閥，通過對不同的氣路通斷進(jìn)行調(diào)節(jié)，也達(dá)到不拆卸密度繼電器表頭即可校驗(yàn)密度繼電器。同時，滿足校驗(yàn)過程的安全性要求。

具體操作如下：運(yùn)用“三通”管路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制作隔離閥。一路將斷路器本體與密度繼電器永久連接，另外留出一路專供校驗(yàn)補(bǔ)氣時使用。通過其中部的氣路調(diào)節(jié)裝置根據(jù)需要調(diào)節(jié)氣路通斷。當(dāng)旋鈕旋至“ON”位置時，連接斷路器本體一端與連接密度繼電器一端氣路打開，氣體密度繼電器與斷路器本體之間保持常態(tài)通路，此時，密度繼電器可按照正常狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控斷路器內(nèi)部氣體壓力狀態(tài);試驗(yàn)檢修時，將旋鈕旋至“OFF”位置，此時中間的氣體調(diào)解閥將密度繼電器與斷路器本體氣路關(guān)閉，并將密度繼電器與校驗(yàn)補(bǔ)氣口打開，此時工作人員可將校驗(yàn)儀自帶的補(bǔ)氣管路接入校驗(yàn)補(bǔ)氣口，并按照校驗(yàn)儀程序自動進(jìn)行密度繼電器校驗(yàn)工作;待校驗(yàn)工作結(jié)束后，取下校驗(yàn)補(bǔ)氣管路，將校驗(yàn)補(bǔ)氣口封閉，最后將氣體調(diào)解裝置旋鈕旋至“ON”位置后，整個實(shí)踐過程結(jié)束。

3.3.4 目前我局使用的平高、西安高壓開關(guān)廠、如高高壓電器公司等SF6設(shè)備的密度繼電器與開關(guān)設(shè)備本體之間都通過三通閥連接，基本滿足不拆卸校驗(yàn)密度繼電器的要求?，F(xiàn)場校驗(yàn)SF6密度繼電器的具體操作同上述三通隔離閥的操作。

3.3.5 這里需要對西門子斷路器的密度繼電器現(xiàn)場校驗(yàn)進(jìn)行特殊說明

3.3.5.1 西門子斷路器的SF6氣體密度繼電器和氣體壓力表沒有實(shí)現(xiàn)測量和開關(guān)一體化，即密度繼電器和壓力表分別安裝于斷路器機(jī)構(gòu)的不同位置。

3.3.5.2 現(xiàn)場校驗(yàn)西門子斷路器的SF6氣體壓力表時，由于斷路器與壓力表連接氣路不能關(guān)閉（或斷開）只能用高等級標(biāo)準(zhǔn)壓力表對現(xiàn)場當(dāng)時壓力進(jìn)行比對。而不能拆卸對各帶數(shù)字的分度線進(jìn)行逐點(diǎn)校驗(yàn)。

3.3.5.3 現(xiàn)場校驗(yàn)西門子斷路器的SF6氣體密度繼電器時，首先要找到密度繼電器與本體氣路連接的隔離閥的位置，然后擰出隔離閥頂針，這時斷路器本體與密度繼電器連接氣路被隔斷。

3.3.5.4 擰出隔離閥頂針或恢復(fù)安裝隔離閥頂針時注意用力均勻，防止閥體內(nèi)部碰珠被頂偏，或密封圈裝配錯誤，造成氣體泄露。

3.3.5.5 連接于密度繼電器的信號線插片非常緊，拔下時容易損壞接線插片，恢復(fù)時容易插錯位置造成斷路器被閉鎖而拒動。

4.SF6氣體密度繼電器校驗(yàn)時應(yīng)注意的問題

4.1 SF6新氣中可能存有一定量的毒性分解物，在使用過程中要采取安全防護(hù)措施。制造廠提供的SF6氣體應(yīng)具有制造廠名稱、氣體凈重、罐裝日期、批號及質(zhì)量檢驗(yàn)單;還應(yīng)進(jìn)行純度等檢驗(yàn)，復(fù)檢結(jié)果應(yīng)符合新氣標(biāo)準(zhǔn)，否則不準(zhǔn)使用。

4.2 從鋼瓶中引出SF6氣體對設(shè)備進(jìn)行注氣時，必須使用減壓閥降壓。避免裝有SF6氣體的鋼瓶靠近熱源或受陽光暴曬。

4.3 ABB SF6密度繼電器指針指示各分度線和報警、閉鎖接點(diǎn)的標(biāo)稱值是按絕對壓力進(jìn)行標(biāo)注的，校驗(yàn)時要把現(xiàn)場當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫χ悼紤]進(jìn)去。

4.4 由于SF6氣體在電氣設(shè)備中經(jīng)電暈、火花及電弧放電作用，會產(chǎn)生有毒、腐蝕性氣體及固體分解產(chǎn)物，在戶外進(jìn)行SF6密度繼電器現(xiàn)場校驗(yàn)時，雖然SF6密度繼電器已通過隔離閥或逆止閥與本體設(shè)備隔離，但是仍殘存少量氣體，故工作人員應(yīng)在上風(fēng)方向操作校驗(yàn)。

4.5 SF6氣體的比重比空氣重，在戶內(nèi)（特別在GIS室）進(jìn)行現(xiàn)場校驗(yàn)前，首先要開啟底部通風(fēng)設(shè)施，（對通風(fēng)要求15min使室內(nèi)換氣一次）。

4.6 安裝校驗(yàn)檢測用接頭時要注意保護(hù)好設(shè)備與連接管道接頭的密封面，校驗(yàn)后密封墊圈要裝配正確，必要時予以更換，不能損壞連接氣路管道接頭焊縫，謹(jǐn)防氣體泄漏，最好進(jìn)行漏氣檢測。

4.7 現(xiàn)場檢驗(yàn)前必須打開設(shè)備與密度繼電器連接的信號控制電源線，斷開報警和閉鎖接點(diǎn)與斷路器機(jī)構(gòu)的連線，防止其與二次回路和采樣信號線構(gòu)成回路影響校驗(yàn)，防止損壞校驗(yàn)裝置。

4.8 校驗(yàn)前必須通過隔離閥切斷密度繼電器與設(shè)備本體的氣路連接。校驗(yàn)后恢復(fù)（打開）密度繼電器與設(shè)備本體的氣路連接閥門，檢查密度繼電器SF6氣體指示值是否恢復(fù)至校驗(yàn)前示值。

4.9 做好現(xiàn)場校驗(yàn)前、后氣路連接管道接頭的清潔工作，避免雜質(zhì)和不合格氣體進(jìn)入設(shè)備本體。必要時用少量合格的SF6氣體進(jìn)行沖洗。[4]

4.10 注意校驗(yàn)時首先將測量用管路中的空氣排盡，防止測量用管路中存有的不潔氣體注入密度繼電器表頭，即而混入設(shè)備本體。

4.11 密度繼電器校驗(yàn)完畢打開其連接氣路后注意觀察其壓力值是否恢復(fù)至校驗(yàn)前狀態(tài)。

4.12 使用過后的SF6氣體鋼瓶應(yīng)關(guān)緊閥門，戴上瓶帽，防止剩余氣體泄漏。

4.13 校驗(yàn)裝置應(yīng)具備SF6氣體回收功能，防止剩余氣體泄漏到空氣中，污染周圍環(huán)境。

4.14 戶外安裝的密度繼電器應(yīng)設(shè)防雨罩，密度繼電器防雨罩應(yīng)能將表、控制電纜接線端子一起放入，防止指示表、控制電纜接線盒和充放氣接口進(jìn)水受潮造成直流接地、誤動作的故障發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 22065-2008中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)：壓力式六氟化硫氣體密度控制器.

[2]JB/T 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)：SF6氣體密度繼電器和密度表通用技術(shù)條件.

[3]DL/T 639-1997.六氟化硫電氣設(shè)備運(yùn)行、試驗(yàn)及檢修人員安全防護(hù)細(xì)則.

[4]GB/T8905-1996.六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢測導(dǎo)則.

[5]DL/T 595-1996.六氟化硫電氣設(shè)備氣體監(jiān)督細(xì)則.

[6]青海省電力公司：六氟化硫氣體密度繼電器檢驗(yàn)導(dǎo)則.

作者簡介：周海燕（1967—），女，高級技師，高級工程師，主要從事變電檢修工作。