GIS設(shè)備的SF6氣體在線監(jiān)測

段雨松+蔡曉龍+韓芝星

摘 要：文章對SF6氣體在線監(jiān)測意義及項目進行了闡述，并且引入了SF6在線監(jiān)測技術(shù)，從系統(tǒng)組成、氣體采集、氣體診斷、氣體監(jiān)測、監(jiān)測內(nèi)容等方面論述了在線監(jiān)測的發(fā)展及現(xiàn)狀。SF6氣體智能監(jiān)測系統(tǒng)進行SF6氣體的日常監(jiān)測任務(wù)，以便在出現(xiàn)問題時及時提醒運行人員進行處理。

關(guān)鍵詞：SF6 斷路器 在線監(jiān)測

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（c）-0033-02

1 引言

1.1 課題研究背景

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，如今居民生活的用電量不斷增加，在這個局勢下，保證電力系統(tǒng)設(shè)備的安全、維修至關(guān)重要。在電力系統(tǒng)設(shè)備中高壓斷路器是重要的開關(guān)設(shè)備，目前GIS設(shè)備主要靠SF6氣體進行絕緣，因此SF6在線監(jiān)測顯得尤為重要。

1.2 SF6氣體在線監(jiān)測的意義

目前，山西變電站電氣設(shè)備安全運行是按照《六氟化硫電氣設(shè)備運行、實驗及檢修人員安全防護細則》和《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備運行及維護規(guī)程》中的要求進行試驗研究的，還要針對實驗結(jié)果和該設(shè)備之前的實驗結(jié)果進行比較，這樣就可以判斷出來該設(shè)備的變化規(guī)律和趨勢變化，這樣就可以判斷是否讓該設(shè)備繼續(xù)運行。

據(jù)經(jīng)驗，SF6氣體的在線監(jiān)測，不僅可以診斷出電力設(shè)備系統(tǒng)是否正常運行，還可以為電力系統(tǒng)的正常運行提供保障，具體如下。

（1）發(fā)現(xiàn)安全隱患，全面預(yù)防事故發(fā)生。根據(jù)SF6氣體的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以判斷電力系統(tǒng)是否有不同于往常的狀態(tài)。

（2）SF6氣體的在線監(jiān)測項目，可以節(jié)約時間，提高效率。面對電力設(shè)備的停電實驗，不僅耗時而且浪費經(jīng)費，有了SF6氣體的在線監(jiān)測項目就可以免去這一系列的問題。

（3）可以達到及時關(guān)閉老化或者有運行問題的設(shè)備。電力設(shè)備用的時間長了就會出現(xiàn)老化的問題，而我們不能立馬覺察到，如果利用SF6氣體的在線監(jiān)測技術(shù)就可以及時發(fā)現(xiàn)并更換。

1.3 SF6氣體在線監(jiān)測的項目探究

SF6氣體，檢測的項目包括以下幾個方面。

SF6氣體的壓力；SF6氣體的密度；SF6氣體的微水含量；局部放電的檢測。

在上述檢測項目中，（1）針對的是GIS設(shè)備內(nèi)SF6氣體的壓強大小。（2）針對的是SF6氣體的密集程度。（3）針對的是SF6氣體的濕度狀態(tài)。（4）針對的是SF6氣體的絕緣局部隱形缺陷及故障的監(jiān)測。當發(fā)現(xiàn)SF6氣壓達到報警值時會自動報警，與此同時計算機會自動對設(shè)備故障進行診斷，并預(yù)報出來，其運行資料也會被數(shù)據(jù)庫第一時間存儲，這樣可以為GIS設(shè)備的安全運行維護與管理提供準確的依據(jù)。

2 SF6氣體監(jiān)測

2.1 SF6氣體狀態(tài)采集

在穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測量中，SF6氣體狀態(tài)的監(jiān)測最為重要。SF6氣體的壓力，可以反映GIS設(shè)備氣室的氣密性，從而間接反映它的絕緣強度；SF6的濕度不僅可以直接影響設(shè)備絕緣強度，而且在濕度較高時，還容易引起SF6氣體的水解，生成具有腐蝕性的有害物質(zhì)，影響滅弧室以及相鄰氣室；還會生成難以去除的硫化物附著在動、靜觸頭上，嚴重影響觸頭的接觸電阻阻值大小。SF6氣體狀態(tài)傳感模塊包括濕度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器。

由于SF6氣體一般處于微水狀態(tài)，一般的濕度傳感器測量水分的相對濕度難以滿足測量要求，而露點測量法，則通過測量微水環(huán)境下的結(jié)露溫度來間接測量氣體中水分含量。某站采用JCJ200M露點傳感器（工作電壓為24 V），該傳感器穩(wěn)定性好，測量精度高，后期維護簡單，且成本較低。我們在SF6氣室的閥門處安裝了一個小的密閉容器與氣室保持連接，將傳感器探頭密封在容器內(nèi)。其輸出信號的采集電路如圖1所示。其中R41為采樣電阻，C41為濾波電容。

由于某站斷路器滅弧室中SF6氣體的壓力一般在0.6 MPa左右，所以我們在測量SF6氣體壓力時采用了量程為0～1.0 MPa的 WP401B型壓力傳感器，該傳感器的輸出為4～20 mA。為保證Vout輸出在0～5 V之間，采樣電阻R41取250 Ω，此時Vout變化范圍為1～5 V。設(shè)Pmax為1.0 MPa，則實際壓力P根據(jù)下式計算得到：

實際壓力P=（Vout-1）×（Pmax/4） （1）

2.2 氣體狀態(tài)監(jiān)測的方法

近年來，數(shù)字式SF6氣體密度監(jiān)測儀也開始出現(xiàn)，其通過一定精度的壓力和溫度傳感器，能直接測量出氣體的壓力以及溫度。測量的方法包括重量法、電解法、露點法、電容法等，其中電解法和露點法為國際電工委員會推薦的日常測量方法。

（1）電解法。即將被測試的SF6氣體通入電解池內(nèi)，氣體中的水分便被吸收和電解，根據(jù)電解水分所需電量與水分之間的關(guān)系可以求得SF6氣體中的水分含量。

（2）露點法。通過測量SF6氣體的露點從而確定SF6氣體的含水量。

2.3 SF6氣體監(jiān)測指標

某變電站，SF6氣體工作狀態(tài)的主要參數(shù)指標如下（以某站斷路器為例）。

（1）SF6氣體的壓強范圍為：500 kV：0.68 MPa、220 kV： 0.6 MPa、35 kV：0.5 MPa。

（2）系統(tǒng)工作環(huán)境為：-20 ℃～40 ℃。

（3）氣體測量結(jié)果顯示方式：20 ℃時的等效壓力（依據(jù)溫度曲線進行補償）。

（4）報警壓力范圍：500 kV：0.60～0.62 MPa、220 kV：0.50～ 0.55 MPa、35 kV：0.40～0.45 MPa。

（5）閉鎖壓力范圍：500 kV：0～0.60 MPa、220 kV：0～0.5 MPa、35 kV：0～0.4 MPa。

2.4 SF6氣體檢測的實現(xiàn)

當前，SF6斷路器大部分的故障原因都是SF6氣體泄露，所以，在整個的在線監(jiān)測中，SF6氣體含量的準確量檢測十分關(guān)鍵，并且SF6氣體狀態(tài)數(shù)據(jù)采樣模塊設(shè)計的專業(yè)性，對在線監(jiān)測運行的穩(wěn)定、準確性十分重要。

SF6氣體含量數(shù)據(jù)采樣模塊中，采用氣體壓強傳感器和溫度傳感器進行設(shè)計，用壓強、溫度傳感器對氣體的壓強和溫度進行采樣，利用SF6氣體的壓強、溫度和密度的關(guān)系，通過計算、分析得到其當前密度。

在確定壓強、溫度和密度關(guān)系的基礎(chǔ)上，該文按經(jīng)驗公式對數(shù)據(jù)進行處理。采取了典型且比較實用的有Beattie-Bridgman經(jīng)驗公式：

P=（RTB-A）×γ2+RT×γ （2）

其中：

A=73.882×10-5～5.132105×10-7；B=2.50695×10-3～ 2.12238×10-6；R=56.9502×10-5 bar·m3/K。式中：P為絕對壓強，bar；T為溫度，K；為密度，kg/m3。

根據(jù)Beattie-Bridgman公式可得，在獲取氣體的溫度和壓強值之后，去解一個一元三次的方程式，便可以求出當下氣體的密度值。

2.5 監(jiān)控機界面顯示

監(jiān)控機界面顯示如圖2所示。

其中，界面上各部分意義如下。

（1）5012或者5032表示斷路器名稱。

（2）A、B、C表示相別。

（3）SF6表示在線監(jiān)測指標為SF6氣體的含量。

（4）監(jiān)測壓力、監(jiān)測密度、監(jiān)測溫度表示監(jiān)測的對象，當壓力值達到報警值時彈出對話框提示“漏氣”，從而提醒檢修人員進行檢漏和補氣。

（5）“0.00”是表示SF6在線監(jiān)測系統(tǒng)未使用，當使用時數(shù)值顯示正常范圍值。

SF6氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)目的是在線監(jiān)測氣體的各種運行參數(shù)，當超過參數(shù)閥值時發(fā)出報警命令，提醒運行人員到現(xiàn)場進行表計檢查。具體的監(jiān)測內(nèi)容如下。

（1）對現(xiàn)場檢測裝置工作電壓的監(jiān)視，當電池工作電壓低于正常值時，彈出對話框報警，提示要及時充電或者更換電池。

（2）SF6氣體壓力的監(jiān)視，目的是及時發(fā)現(xiàn)氣室的漏氣問題，盡快進行檢漏或補氣，避免事故范圍擴大。某變電站220 kVGIS設(shè)備斷路器氣體壓力正常值設(shè)為0.6 MPa，當氣壓低到0.55 MPa時報220 kV測控智能終端斷路器氣室低氣壓告警，監(jiān)控主機彈出重要告警對話框提醒運行人員對開關(guān)氣室壓力進行檢查。

（3）對SF6氣體的含量做出判斷監(jiān)視，當含量超出相應(yīng)正常范圍時，提醒運行人員及時上報調(diào)度，酌情處理。

3 結(jié)語

該文重點介紹了SF6氣體檢測的原理、指標、方法及內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，展開深入討論，以便進行斷路器的日常監(jiān)測任務(wù)，并在出現(xiàn)問題時及時提醒運行人員解決。

SF6氣體的在線監(jiān)測項目是一項精細項目，設(shè)備運行過程中的輕微異常都可以發(fā)現(xiàn)，具有很強的實踐意義，同時對電力行業(yè)的經(jīng)濟效益有所提高，但是還存在一些問題需要我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

參考文獻

[1] 陳振生.SF6氣體的密度和濕度及泄漏在線檢測方法[J].江蘇電器，2006（5）：40-43，46.

[2] 張愛菊，李少雄.基于GPRS的SF6氣體監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].高壓電器，2006（4）：265-267.

[3] 吳君健.SF6氣體狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)研制[D].華中科技大學(xué)，2007.