SF6互感器帶電檢測的多參數(shù)快速測量系統(tǒng)設(shè)計

毛光輝，朱建軍，丁五行，王鋒，溫定筠

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅蘭州730030;2.泰普聯(lián)合科技開發(fā)(北京)有限公司，北京102200; 3.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州730030)

SF6互感器帶電檢測的多參數(shù)快速測量系統(tǒng)設(shè)計

毛光輝1，朱建軍1，丁五行2，王鋒1，溫定筠3

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅蘭州730030;2.泰普聯(lián)合科技開發(fā)(北京)有限公司，北京102200; 3.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州730030)

介紹一種基于冷鏡露點法測量、熱導(dǎo)傳感器和電化學(xué)傳感器技術(shù)等手段，實現(xiàn)多參數(shù)快速測量的互感器帶電檢測系統(tǒng)，同時考慮檢修人員現(xiàn)場取氣工作的安全防護等因素，采取標(biāo)準(zhǔn)化接口，操作簡單，建立SF6氣體絕緣互感器狀態(tài)安全評價體系。

六氟化硫互感器帶電檢測;氣體濕度;氣體純度;氣體分解產(chǎn)物;多參數(shù)快速測量

0 引言

由于純凈的SF6氣體化學(xué)性能穩(wěn)定，絕緣和滅弧性能優(yōu)異，近年來作為絕緣介質(zhì)在電力行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。六氟化硫互感器作為重要的電力設(shè)備，具有運行可靠、節(jié)省場地、抗鹽污等優(yōu)良特性。因制造安裝工藝、產(chǎn)品老化等因素影響，要求對互感器設(shè)備內(nèi)SF6氣體進行定期檢測，而由于內(nèi)部空間限制，充入的氣體較少，傳統(tǒng)的檢測儀器和檢測方法又存在檢測時間長、耗氣量大、測量精度差等不利因素［1］，導(dǎo)致一些潛伏性內(nèi)部放電、過熱等缺陷得不到及時發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部閃絡(luò)故障時有發(fā)生，對電網(wǎng)安全運行和可靠供電產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。

為及時發(fā)現(xiàn)高壓電氣設(shè)備內(nèi)部的各類缺陷，近年來，國家電網(wǎng)公司等單位大力推行了電氣設(shè)備的狀態(tài)帶電檢測并取得了顯著成效［2－3］。目前常用的帶電檢測方法主要有紅外測溫［4］、超聲波/超高頻局部放電檢測法、SF6氣體成分分析［5］、紅外/激光氣體檢漏技術(shù)等。其中紅外測溫的紅外輻射在固體中穿透能力極其微弱;超聲波檢測顯示的檢測結(jié)果不直觀，對操作人員的技術(shù)水平有較高要求;超高頻檢測由于信號頻帶寬度有限，可能會屏蔽部分局放信號。以上幾種方法均具有一定的技術(shù)局限性。而氣體成分分析法通過對分解產(chǎn)物主要成分的含量分析以及水分含量多少判斷內(nèi)部故障［6］，該方法幾乎不受任何外界環(huán)境因素的影響，是目前檢測六氟化硫互感器放電、過熱性缺陷最有效的方法之一。

本文從六氟化硫高壓互感器狀態(tài)帶電檢測需求出發(fā)，研制出一種滿足現(xiàn)場帶電開展SF6氣體多參數(shù)快速測量的系統(tǒng)，綜合利用冷鏡露點法測量技術(shù)、熱導(dǎo)傳感器技術(shù)和電化學(xué)傳感器技術(shù)等手段，在少量氣體消耗的基礎(chǔ)上，快速地提供SF6氣體絕緣參數(shù)信息。同時發(fā)明一套安全的氣體取樣接口，既確保氣體無泄漏，又為手動操作提供了絕緣防護。

1 多參數(shù)快速測量系統(tǒng)簡介

1.1 測量系統(tǒng)的組成

本文多參數(shù)快速測量系統(tǒng)包括SF6氣體取樣快速接頭(可快插連接壓力表)、取氣管路、流量自調(diào)節(jié)模塊、氣體濕度/純度/分解產(chǎn)物測量模塊、以及互感器SF6絕緣氣體的安全評價體系。采用模塊化、組合式結(jié)構(gòu)，具有體積小、配置靈活的特點。

互感器帶電檢測的多參數(shù)快速測量系統(tǒng)工作原理圖，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作原理

(1)SF6氣體取樣快速接頭

取樣快速接頭主要由接頭固定螺紋、推進螺紋、取氣芯軸和快插接頭組成。其防泄漏和絕緣設(shè)計及連接操作方式，可確保氣體無泄漏，達到以低耗氣量獲得精確檢測結(jié)果的目的。

(2)氣體濕度/純度/分解產(chǎn)物測量模塊

氣體濕度測量采用冷鏡露點法技術(shù):隨著鏡面溫度的降低，氣體中的水分在鏡面上凝結(jié)為霜層，發(fā)射光被散射，從而接收的反射光強度減弱。微處理器通過控制冷泵的制冷電流，從而控制鏡面溫度，使鏡面霜層保持一個特定的厚度，即氣體中的水蒸汽在鏡面上冷凝、蒸發(fā)達到相平衡狀態(tài)，由溫度傳感器測量并記錄為被測氣體的露點(濕度)［7－9］。

氣體純度測量采用熱導(dǎo)傳感器技術(shù):在混合氣體中的某一組分的氣體含量發(fā)生變化，必然會引起混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)發(fā)生變化［10］，氣體熱導(dǎo)傳感器正是一種隨著導(dǎo)熱系數(shù)變化而發(fā)生響應(yīng)的濃度型傳感器，由此實現(xiàn)對氣體純度的測量。采用熱導(dǎo)傳感器恒溫檢測技術(shù)，在傳感器溫度隨氣體濃度變化時，改變傳感器的工作電流，利用電流的熱效應(yīng)來確保傳感器的溫度不變。

氣體分解產(chǎn)物測量采用電化學(xué)傳感器技術(shù):電化學(xué)傳感器通過與目標(biāo)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作［11］。在傳感器電極間連接信號采集電路，與目標(biāo)氣體濃度成正比的電流會在正極與負極間流動，測量該電流即可確定氣體濃度。通過抗交叉干擾設(shè)計、空氣潔凈單元、動態(tài)溫度校正補償技術(shù)的聯(lián)合運用確保測量精度。

(3)SF6絕緣氣體的安全評價體系

參照相關(guān)規(guī)程要求［12］，互感器設(shè)備內(nèi)SF6氣體要進行定期的檢測。多參數(shù)快速測量系統(tǒng)在多區(qū)域大范圍內(nèi)運行互感器設(shè)備的普測工作中，采集現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，與歷年各次試驗結(jié)果比較，進行綜合分析，建立了判斷缺陷產(chǎn)生原因和變化趨勢的SF6絕緣氣體安全評價體系。

1.2 測量系統(tǒng)的技術(shù)特點

多參數(shù)快速測量系統(tǒng)是針對互感器帶電檢測的專業(yè)技術(shù)，通過測量SF6氣體濕度、氣體純度和氣體分解產(chǎn)物等多個指標(biāo)，實現(xiàn)對互感器密封缺陷以及早期放電缺陷的發(fā)現(xiàn)，并評估互感器運行狀態(tài)。

(1)取樣快速接頭的防泄漏和絕緣設(shè)計

取氣芯軸平移向前推進的過程中，先進行外圈密封后再頂開逆止閥取氣，因而不會泄漏氣體。另外，固定螺紋和推進螺紋全部為聚氨酯絕緣護套設(shè)計，防止高壓互感器感應(yīng)放電對檢修人員手工操作的影響，對進行互感器帶電檢測工作的檢修人員起到了安全保護的作用。

(2)雙重恒溫絕熱系統(tǒng)的熱導(dǎo)傳感器技術(shù)

恒溫系統(tǒng)采用模糊控制技術(shù)精確控溫，雙重恒溫絕熱設(shè)計使熱導(dǎo)傳感器在恒定的溫度條件下穩(wěn)定工作，消除了因環(huán)境溫度變化而引起的檢測誤差，使測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性較高。雙重恒溫絕熱系統(tǒng):即不同溫度的氣體通過本系統(tǒng)時都會快速升溫至一高于環(huán)境溫度的恒定溫度，然后進入熱導(dǎo)池;熱導(dǎo)池同時被加熱至同一溫度，用特殊的絕熱材料將熱導(dǎo)池與環(huán)境隔離，最大限度減少熱輻射。

(3)傳感器響應(yīng)的微積分分析技術(shù)

采用氣體電化學(xué)傳感器技術(shù)和微積分分析技術(shù)相結(jié)合，只需少量氣體通入測量單元，對傳感器響應(yīng)信號進行微積分計算得出對應(yīng)額定流量的穩(wěn)定值，即可同時監(jiān)測SF6氣體分解產(chǎn)物中SO2、H2S和CO雜質(zhì)組分。在最大限度節(jié)省氣體用量的條件下，快速完成測量過程。

2 多參數(shù)快速測量系統(tǒng)的應(yīng)用

為驗證多參數(shù)快速測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)檢測儀器在整機測量方面的性能，進行了實驗室比對測試:1、2號為傳統(tǒng)檢測儀器，測試氣體流量為590ml/min;3、4號為多參數(shù)快速測量系統(tǒng)，測試氣體流量為300ml/min。電力工業(yè)電力設(shè)備及儀表質(zhì)量檢驗測試中心對SF6氣體濕度模塊的測試數(shù)據(jù)見表1，純度模塊測試數(shù)據(jù)見表2。中國電力科學(xué)研究院對SF6氣體分解物模塊進行測試，數(shù)據(jù)見表3。

表1～表3中儀器測量數(shù)據(jù)均為通氣3min讀取的測量結(jié)果。從表中可知，1～4號儀器濕度測量值誤差均小于±0.2℃，滿足現(xiàn)場濕度測量的需要并可用作濕度傳遞的標(biāo)準(zhǔn);1～4號儀器純度檢測值誤差均小于±0.1%，滿足并優(yōu)于國家電網(wǎng)對此類儀器檢測精度的要求。

表1 SF6氣體濕度模塊的檢測報告Td℃

表2 SF6氣體純度模塊的檢測報告%

表3 SF6氣體分解物模塊的檢測報告μL/L

從表3可見，與標(biāo)準(zhǔn)值相比:當(dāng)測量值小于10μL/L時，1～4號儀器SO2、H2S示值誤差均小于±0.3μL/L，CO示值誤差均小于±2μL/L;當(dāng)測量值大于10μL/L時，1～4號儀器SO2、H2S示值誤差均小于±3%，CO示值誤差均小于±4%;滿足并優(yōu)于國家電網(wǎng)對潛伏性故障判斷用儀器的性能要求。

在2014年4月1日至2014年4月28日，選取臨洮、東臺、山丹、秦安、西峰等地變電站的部分SF6互感器，采用本多參數(shù)快速測量系統(tǒng)進行了帶電檢測預(yù)試驗，測試結(jié)果說明該系統(tǒng)現(xiàn)場使用效果與實驗室一致。

3 結(jié)語

多參數(shù)快速測量系統(tǒng)融合互感器實際運行的維護經(jīng)驗，收集故障案例，依據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，建立判斷缺陷產(chǎn)生原因和變化趨勢的互感器安全評價體系，對未來增加的測量技術(shù)也能夠無縫對接，且數(shù)據(jù)庫可不斷更新、改進和擴充。同時，規(guī)范試驗操作，通過測試方法的一致性保證測試數(shù)據(jù)的可靠性，為設(shè)備運行、監(jiān)督和檢修提供依據(jù)，同時為起草并建立基于SF6氣體分析方法的互感器帶電檢測安全操作規(guī)范提供數(shù)據(jù)支持。

［1］張浩，鄔欣，周平，等.變電站SF6充氣設(shè)備帶電檢測技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.浙江電力，2012(9):56－58.

［2］齊飛，毛文奇，何智強，等.帶電檢測技術(shù)在電網(wǎng)設(shè)備中的應(yīng)用分析［J］.湖南電力，2012(1):27－29.

［3］GB/T 8905－2010六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢測導(dǎo)則.

［4］王少華，葉自強，梅冰笑.輸變電設(shè)備在線監(jiān)測及帶電檢測技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.高壓電器，2011，47(4):84－90.

［5］孫利朋，毛柳明，劉興文，等.SF6絕緣電流互感器放電性缺陷帶電檢測方法的分析［J］.高壓電器，2011，47(12):76－85.

［6］畢玉修，卞超.應(yīng)用SF6氣體分解物進行電氣設(shè)備故障診斷的探討［J］.江蘇電機工程，2007，26(5):14－16.

［7］DL 506－2007，六氟化硫氣體絕緣設(shè)備中水分含量現(xiàn)場測量方法［S］.

［8］陳振生.GIS高壓電器SF6氣體密度、濕度及泄漏檢測技術(shù)［J］.電氣技術(shù)，2007(4):16－20.

［9］邱生，張焰，蔣偉毅.六氟化硫氣體中水分危害及微水測量要點［J］.電工電氣，2010(4):41－44.

［10］Junya Suehiro，Guangbin Zhou，Masanori Hara.Detection of partial discharge in SF6gas using a carbon nanotube－based gas sensor［J］.Sensors and Actuators，2005，105(2):164－169.

［11］陳晚清，彭華東，任明，等.SF6氣體分解產(chǎn)物檢測技術(shù)及應(yīng)用情況［J］.高壓電器，20l0，46(10):81－84.

［12］DL/T 393－2010，輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程［S］.

System design of multi－parameter and fast measurement to realize high－voltage transformer electric detection

This essay is to introduce an electrical transformer detection system that can measure multiple parameters in a few minutes.The system is based on technologies including chilled mirror dew point measurement，thermal conductivity sensor and electrochemical sensor technology.Meanwhile，it considers the safety of the maintainers when collecting gas samples on site.Thereby a safety assessment system of SF6insulated gas transformer is established，standardizing process and simplifying operation.

SF6electrical transformer online testing;gas humidity;gas purity;gas decomposition product;containment design

TM452

B

1674－8069(2016)02－045－03

2015-10-23;

2015-12-17

毛光輝(1967-)，男，高級工程師，長期從事電網(wǎng)生產(chǎn)技術(shù)管理工作。E－mail:ziyidad@263.net