電力設(shè)備中SF6氣體的在線監(jiān)測技術(shù)探討

劉琪 馬成軍 王飛

摘要：SF6氣體作為優(yōu)良的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于輸變電設(shè)備中。對于高壓斷路器、變壓器等主要輸變電設(shè)備中的SF6氣體，應(yīng)滿足兩個要求：一是SF6氣體壓力應(yīng)達到額定水平;其次，SF6氣體中的含水率應(yīng)滿足規(guī)定的要求。因此，在運行中應(yīng)定期檢測SF6氣體的年漏氣率和含水率。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)備;SF6氣體;在線監(jiān)測技術(shù);探討分析

一、引言

當設(shè)備內(nèi)的SF6氣體由于密封不良而泄漏，空氣壓力降低時，SF6氣體的絕緣性能和滅弧性能會降低。另一方面，當SF6氣體中的水分含量超過標準時，水分會凝結(jié)在設(shè)備內(nèi)部的絕緣件表面，降低絕緣件的絕緣強度，導(dǎo)致表面放電。在電弧的作用下，SF6氣體會與濕氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生活性腐蝕性氣體，腐蝕絕緣部件，降低設(shè)備內(nèi)部絕緣，導(dǎo)致設(shè)備事故。如何有效監(jiān)測SF6氣體，提高設(shè)備運行的可靠性，一直是運行單位非常關(guān)注的問題。

二、前期的SF6氣體監(jiān)測技術(shù)

根據(jù)對SF6氣體的初步研究，隨著壓力的增加，SF6氣體的絕緣性能增加了2。SF6氣體臨界擊穿場強的計算公式如下：

因此，可以得出擊穿場強度E只與SF6氣體壓力P直接相關(guān)?；谶@一理論，早期對SF6氣體的監(jiān)測只關(guān)注SF6氣體的壓力。以SF6斷路器為例，將傳統(tǒng)帶密度繼電器的氣壓計分為綠區(qū)、黃區(qū)、紅區(qū)三個區(qū)域來監(jiān)測SF6氣體的壓力。分別對應(yīng)SF6正常壓力、SF6低壓報警壓力、SF6低壓鎖定斷路器開、合閘壓力。所述黃色區(qū)域和紅色區(qū)域分別設(shè)置有電觸點，電觸點連接在斷路器的信號回路和控制回路中。

當電氣設(shè)備密封不良造成SF6氣體泄漏時，壓力表指針會隨著壓力下降而偏轉(zhuǎn)。當壓力降至黃色區(qū)域時，接通與斷路器信號電路相連的電觸點，發(fā)出報警信號。若SF6氣體未及時加入，壓力持續(xù)降至紅色區(qū)域，則接斷路器控制回路連接的電觸點，啟動中間繼電器，阻斷斷路器的開合閘操作。對于非綜合自動化的變電站，沒有SF6氣體壓力信號的數(shù)據(jù)采集，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸。同時，由于氣壓表抗震性能差，會使氣壓表指針卡死，電接點誤操作，降低了操作的可靠性。另外，氣壓計沒有反映斷路器年漏電率的大小。同時，壓力表不能反映SF6氣體的含水率。目前，廣泛使用的方法是使用露點儀進行檢測。因為測試是按年周期執(zhí)行的，所以是離線監(jiān)控。同時，由于在檢測過程中會產(chǎn)生SF6氣體的排放，不可避免的會造成環(huán)境污染。

三、目前應(yīng)用的SF6氣體在線監(jiān)測技術(shù)

3.1SF6氣體密度的在線監(jiān)測技術(shù)

最近的研究表明，SF6氣體的絕緣滅弧性能不僅與空氣壓力有關(guān)，還與密度密切相關(guān)。

通過一系列測試結(jié)果相比，在SF6氣體密度不變，氣壓降低的情況下，最小電弧時間平均只增加了0.35m。與B和C的測試結(jié)果相比，在氣體壓力恒定、SF6氣體密度降低的情況下，最小電弧時間平均增加了1.2m。因此，SF6氣體的密度要比空氣壓力更能反映斷路器的絕對綠滅和滅弧性能。SF6氣體在線監(jiān)測的原理是通過壓力和溫度傳感器測量具有一定精度的氣體壓力和溫度，并通過SF6氣體狀態(tài)參數(shù)方程計算氣體密度。

當壓力和溫度傳感器的精度滿足要求時，可以得到精確的氣體密度值，并可以監(jiān)測SF6氣體的泄漏。甚至高于氣體密度報警值，如果泄漏率超過標準在很短的時間內(nèi)，它也可以發(fā)送一個警報，這創(chuàng)造了條件，及時處理設(shè)備缺陷，減少了SF6氣體排放氣體，這有利于運營商的健康和環(huán)境保護。傳統(tǒng)的密度繼電器和壓力表無法達到上述監(jiān)測效果。目前國內(nèi)一些在線監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用，通過壓力和溫度傳感器采集斷路器SF6氣體壓力和溫度的值，通過醫(yī)學數(shù)字量的轉(zhuǎn)換到單片機，單片機通過數(shù)字運算和溫度補償，得到了SF6氣體密度值在20℃?？梢栽诒镜豍C上顯示密度值，也可以通過RS45與變電站綜合自動化系統(tǒng)的接口，將瓦斯密度、溫度數(shù)據(jù)以及報警信號、阻塞信號傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實現(xiàn)瓦斯密度的在線監(jiān)測。

3.2 SF6氣體水分含量的在線監(jiān)測技術(shù)

SF6氣體含水率在20℃時，新設(shè)備與滅弧室相通的氣體室按《電氣設(shè)備切換測試標準》第6條規(guī)定不超過150uL/L;運行設(shè)備依照本法規(guī)定的電力設(shè)備預(yù)防性試驗程序，與滅弧室空氣室不大于300 ul / L最近的研究發(fā)現(xiàn)，SF6氣體上升的水分含量與環(huán)境溫度的增加，但沒有特定的允許標準，所以當測試溫度和正常溫度，測試結(jié)果往往沒有可比性相去甚遠。一些SF6高壓電器設(shè)備廠家已經(jīng)給出了SF6氣體含水率隨經(jīng)驗溫度變化的曲線，使不同溫度下的檢測結(jié)果具有可比性，具有一定的工業(yè)應(yīng)用價值。

SF6氣體含水率和密度在線監(jiān)測原理基本相同。水分在線監(jiān)測傳感器由三部分組成：濕度、溫度和壓力傳感器。單片機具有AD轉(zhuǎn)換功能，并通過RS485接口與PC機通信。該系統(tǒng)可多路采集斷路器SF6氣體參數(shù)值，并在數(shù)字操作的同時進行溫度補償。

濕度傳感器是整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心。與空氣相比，SF6氣體中的水分含量非常低，所以測量時應(yīng)使用低混合傳感器。它既可以采用氧化鋁聚合物型傳感器，也可以采用電容式濕度傳感器。這些傳感器中的濕感材料根據(jù)周圍環(huán)境的相對濕度比例吸收和釋放水分子，改變介電常數(shù)，并通過電路反映不同的水分含量。

四、結(jié)語

在線監(jiān)測SF6氣體密度可以在短期內(nèi)監(jiān)測SF6氣體的絕緣性能，分析SF6氣體的泄漏率。對SF6氣體濕度進行在線監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)SF6氣體中水分含量超標的問題。這對提高電力設(shè)備運行可靠性和電力系統(tǒng)供電可靠性具有積極的作用。

參考文獻

[1]洪德祥水分導(dǎo)致SF6電壓互感器爆炸電力設(shè)備，2017（3）：71-74.

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