220 kV開關(guān)站GIS斷路器氣室密度繼電器改造及應(yīng)用

摘 要：SF6氣體密度繼電器作為GIS斷路器氣室不可或缺的一部分，其性能直接影響電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。對SF6氣體密度繼電器進(jìn)行定期校驗是保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行的必要手段，調(diào)研國內(nèi)部分核電廠220 kV開關(guān)站可知，部分項目未滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點(diǎn)要求》，其原斷路器氣室設(shè)計未能實(shí)現(xiàn)三相分離和密度繼電器在線檢驗功能。現(xiàn)以河南平高電氣GIS設(shè)備為例，通過選擇合適的校表閥，對原斷路器氣室密度繼電器進(jìn)行改造，并進(jìn)行相應(yīng)施工風(fēng)險分析和控制，實(shí)現(xiàn)氣室故障準(zhǔn)確位置的快速判斷及在線檢驗功能，以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：SF6氣體密度繼電器;220 kV開關(guān)站;三相分離;在線檢驗;改造

1? ? 改造背景分析

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中的重要元件之一，在電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整及故障隔離中起重要作用，因此需對各個氣室進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，確保每個氣室均處于安全運(yùn)行狀態(tài)。近幾年GIS設(shè)備重大缺陷多次發(fā)生，這些事故和隱患不僅給電網(wǎng)和人身安全帶來了風(fēng)險，同時也造成了不良的社會影響，最終給公司帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點(diǎn)要求》[2]13.1.6規(guī)定：“六氟化硫密度繼電器與開關(guān)設(shè)備本體之間的連接方式應(yīng)滿足不拆卸校驗密度繼電器的要求……220 kV及以上GIS分箱結(jié)構(gòu)的斷路器每相應(yīng)安裝獨(dú)立的密度繼電器?！?/p>

目前國內(nèi)按“二十五項”要求進(jìn)行整改的發(fā)電廠數(shù)量較多，原設(shè)計暴露的主要缺陷包括：

（1）原設(shè)計斷路器氣室發(fā)生漏氣時無法迅速判斷具體是哪一相斷路器氣室發(fā)生故障，改造后可實(shí)現(xiàn)氣室故障準(zhǔn)確位置的快速判斷。

（2）當(dāng)某相斷路器發(fā)生故障時，因三相共管結(jié)構(gòu)，閃絡(luò)后產(chǎn)生的污染物會通過管道擴(kuò)散到其他兩相氣室，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。迅速判斷故障點(diǎn)，可減少斷路器故障時的維修工作。

（3）頻繁拆裝校驗表計，可能導(dǎo)致密封性降低，從而影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性[3]。

（4）SF6密度繼電器需定期進(jìn)行校驗，安裝校表閥后，可實(shí)現(xiàn)在線校驗功能，降低人身傷害及設(shè)備損壞的風(fēng)險[4]。

2? ? 調(diào)研與現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)研，陽江、臺山、寧德、紅沿河、防城港、嶺澳等核電廠原斷路器氣室設(shè)計未能實(shí)現(xiàn)三相分離及密度繼電器在線檢驗，雖采用不同的GIS設(shè)備，但均需對GIS斷路器氣室密度繼電器進(jìn)行改造，以保證電力生產(chǎn)工作的順利開展。

國內(nèi)不滿足“二十五項”規(guī)定的核電廠，220 kV GIS雖根據(jù)《220 kV開關(guān)站電氣設(shè)備預(yù)防性維修大綱》制訂了SF6密度繼電器定期校驗項目，但校驗時需要拆卸后再進(jìn)行，如果密封出現(xiàn)問題則存在較大的人身傷害及設(shè)備損壞的風(fēng)險，同時反復(fù)拆裝易使設(shè)備的密封性能下降，影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性（表1）。

由于帶壓力的SF6氣體對密封工藝要求較高，經(jīng)常拆卸及檢修操作極易對SF6法蘭密封面產(chǎn)生損傷，引起SF6氣體滲漏，存在較大的安全隱患。同時，許多場所因空間位置不夠，不能加裝校驗裝配接頭，免拆卸校驗的SF6密度繼電器可使電力檢修人員不用拆卸密度繼電器，就能方便地對其進(jìn)行校驗，為操作帶來便利，大大提高工作效率，從而保證供電設(shè)備的正常運(yùn)行[5]。

紅沿河一期220 kV開關(guān)站設(shè)備設(shè)計及建設(shè)較早，按原設(shè)計規(guī)范，斷路器單元沒有獨(dú)立的密度繼電器設(shè)計要求，故此一期設(shè)備斷路器單元A、B、C三相共用一個密度繼電器，通過聯(lián)管連接。該改造目前已部分完工，現(xiàn)已完成1號輔助變、2號輔助變、中路變3個間隔的斷路器氣室SF6氣體監(jiān)測回路改造工作。

陽江核電廠220 kV TD開關(guān)站GIS設(shè)備采用河南平高電氣股份有限公司產(chǎn)品，現(xiàn)場共計9個斷路器間隔，通過三相分離獨(dú)立安裝密度繼電器及安裝校表閥使斷路器氣室滿足相關(guān)條文要求。220 kV開關(guān)站其余氣室的密度繼電器增加不拆卸校驗功能，通過物項替代進(jìn)行。

防城港核電廠220 kV輔助開關(guān)站斷路器氣室三相相通，共用一個氣室密度繼電器。初步設(shè)計方案將三相氣室之間連接的金屬管拆除，為每一相安裝帶有在線校驗?zāi)K的SF6密度繼電器用以監(jiān)測氣室狀態(tài)，并增加相應(yīng)的報警和閉鎖回路。

3? ? 校表閥的選擇

校表閥在當(dāng)前市場上已經(jīng)具備成熟的應(yīng)用經(jīng)驗[6]，GIS設(shè)備生產(chǎn)廠家均有自己成熟、合格的產(chǎn)品，如ABB、現(xiàn)代重工、ALSTOM、平高電氣、WIKA等。為保證GIS設(shè)備接口與密度繼電器接口匹配，一般采用原廠校表閥。

4? ? 改造方案

以河南平高電氣股份有限公司GIS設(shè)備為例，通過對斷路器氣室密度繼電器進(jìn)行三相分離，實(shí)現(xiàn)不拆卸校驗功能。220 kV GIS改造前斷路器氣室密度繼電器裝配如圖1所示，連接塊與GIS本體相連，之間用銅管連接，在C相安裝一個SF6密度繼電器。共用的SF6密度繼電器與GIS設(shè)備本體之間通過逆止閥連接，無法實(shí)現(xiàn)不拆卸校驗的要求。

4.1? ? 斷路器氣室SF6密度繼電器三相分離

拆除斷路器A、B、C相間氣路連接管，如圖2所示。

4.2? ? 密度表與校表閥連接、裝配

密度表與三通閥裝配如圖3所示。

在SF6密度繼電器與GIS氣室中間增加校表閥，校表閥外形及功能如下：

校表閥結(jié)構(gòu)如圖4所示，1通連接密度繼電器，2通與GIS本體連接，3通用于充放氣和校驗、測試密度繼電器。校表閥轉(zhuǎn)動手柄的閥桿密封采用波紋管不銹鋼焊接密封結(jié)構(gòu)，通過手柄旋轉(zhuǎn)操作波紋管外部閥桿帶動波紋管內(nèi)部閥芯封堵閥口。通過加裝校表閥，可以在不拆卸密度表的情況下進(jìn)行在線校驗?，F(xiàn)場校驗工作方便、簡單，避免了頻繁拆卸校驗SF6密度繼電器帶來的安全隱患。

4.3? ? 密度表與氣室連接、裝配

將三通閥與斷路器自封接頭連接，斷路器單獨(dú)分相改造每個間隔，增加堵頭與接頭，保證氣體的密封性，如圖5所示。

圖6為現(xiàn)場密度繼電器與校表閥對接示意圖，校表閥配有PJ0104-D型接頭，與斷路器PJ0104-C型接頭可以匹配對接，利用彈簧的壓縮頂住接頭的密封圈進(jìn)行密封。當(dāng)兩個接頭對接時，中間接頭頂開，氣體相通，但先前已完成密封，氣體不會溢出接頭以外。

4.4? ? 監(jiān)控信號反饋

斷路器A、B、C三相獨(dú)立安裝密度繼電器，通過二次電纜將新增A、B相密度繼電器的信號并聯(lián)接入斷路器匯控柜送至監(jiān)控室。

4.5? ? 功能再鑒定

現(xiàn)場功能再鑒定主要包括兩方面：

（1）使用SF6檢漏儀檢查密度繼電器與氣室接頭處，看有無氣體漏氣現(xiàn)象;

（2）對密度繼電器進(jìn)行充、放氣，測試設(shè)備的動作壓力值。

5? ? 風(fēng)險分析與管控

該改造方案不會對環(huán)境產(chǎn)生有害影響，但施工過程中存在設(shè)備接口漏氣、設(shè)備損傷、觸電、誤碰、異物等風(fēng)險，施工前應(yīng)提前識別施工風(fēng)險，進(jìn)行風(fēng)險控制，制訂切實(shí)可行的施工風(fēng)險分析說明及預(yù)案。

5.1? ? 設(shè)備接口漏氣風(fēng)險

（1）開關(guān)站原接口處連接均配備逆止閥，在拆除銅管及安裝密度表過程中不會產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。

（2）密度繼電器及校表閥采用不銹鋼密封，核心零部件彈簧管、機(jī)芯等零部件采用國際品牌，外形小巧，安裝方便，密封可靠，密度表最小刻度為0.02 MPa，接口尺寸與GIS設(shè)備尺寸相同，可以同步吻合接入。

5.2? ? 設(shè)備損傷風(fēng)險

現(xiàn)場安裝過程中，安裝工藝不良可能造成校表閥形變、螺紋損傷導(dǎo)致GIS逆止閥接口及設(shè)備永久性損傷，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙及供貨廠家安裝說明指導(dǎo)書進(jìn)行安裝，現(xiàn)場實(shí)施過程中，設(shè)備廠家現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)，確保安裝無誤。

5.3? ? 觸電、誤碰、異物風(fēng)險

匯控柜內(nèi)工作嚴(yán)格落實(shí)防異物管理，接線前對芯線進(jìn)行絕緣包扎，設(shè)置工作區(qū)域，嚴(yán)禁跨邊界作業(yè)。

6? ? 結(jié)語

該改造雖然不產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益，但改造后可實(shí)現(xiàn)三相斷路器間隔獨(dú)立監(jiān)視SF6氣體及在線校驗SF6密度繼電器性能，方便后續(xù)日常運(yùn)行維修過程中對SF6密度繼電器的校驗工作，減少施工時間及施工成本，同時可避免頻繁拆卸SF6密度繼電器帶來的安全隱患。

[參考文獻(xiàn)]

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收稿日期：2021-04-02

作者簡介：吳志佳（1987—），男，廣東陽江人，工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣改造。