SF6密度校驗(yàn)及自動(dòng)充放一體化裝置的研制

陳斯丹

摘要：變電站氣體絕緣組合電器GIS的絕緣介質(zhì)為SF6氣體，壓力過高會(huì)縮短機(jī)械的壽命，而壓力過低有較大的絕緣隱患。SF6密度繼電器是監(jiān)視GIS氣室SF6壓力的唯一設(shè)備，因此其準(zhǔn)確度尤為重要。國家電網(wǎng)公司《新版十八項(xiàng)反措》防止GIS事故中明確要求GIS設(shè)備密度繼電器要具有不拆卸校驗(yàn)功能，通過定期校驗(yàn)SF6密度繼電器來及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、消除缺陷，做到早發(fā)現(xiàn)、早消除。

關(guān)鍵詞：SF6密度;自動(dòng)充放;一體化

近年來，國家電網(wǎng)某分公司SF6密度繼電器校驗(yàn)結(jié)果顯示，投運(yùn)3年以上的國產(chǎn)開關(guān)使用的SF6密度監(jiān)控裝置的不合格率超過30%，存在嚴(yán)重的安全隱患。如果不開展校表工作，一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)誤閉鎖斷路器，若母線為單母線運(yùn)行，則將引起母線全停的嚴(yán)重后果，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此必須對(duì)SF6密度校驗(yàn)工作引起足夠的重視。

通過隔離SF6氣體密度繼電器與SF6設(shè)備氣室，用特定的校驗(yàn)儀對(duì)氣室SF6進(jìn)行壓力校驗(yàn)。基于SF6氣體特性及密度控制器溫度補(bǔ)償原理，分析并確定現(xiàn)場校驗(yàn)壓力點(diǎn)，根據(jù)密度控制器與設(shè)備本體的連接方式提出校驗(yàn)策略。免拆卸SF6斷路器通過檢測(cè)、充補(bǔ)氣裝置能在斷路器補(bǔ)氣前徹底排出補(bǔ)氣管內(nèi)和系統(tǒng)內(nèi)的空氣、水分及雜質(zhì)，在充氣過程中系統(tǒng)氣體壓力達(dá)到額定值時(shí)能自動(dòng)排氣報(bào)警。可見，國內(nèi)關(guān)于SF6密度繼電器校驗(yàn)的研究主要集中在本體閥門，對(duì)壓力校驗(yàn)和充氣裝置的研究較少。

綜上所述，定期對(duì)SF6開展校驗(yàn)工作勢(shì)在必行?；诖耍疚难兄芐F6密度校驗(yàn)及自動(dòng)充放一體化裝置，可在系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警或閉鎖信號(hào)時(shí)校驗(yàn)氣室的實(shí)際壓力，同時(shí)免拆卸對(duì)原有表計(jì)進(jìn)行讀數(shù)校驗(yàn)，避免氣室壓力過低導(dǎo)致斷路器閉鎖引起母線全停事故;對(duì)GIS氣室進(jìn)行氣體充放，壓力到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)自動(dòng)停止，消除了手動(dòng)誤差，提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 存在的問題

目前，SF6密度繼電器主要存在以下問題。

（1）由于GIS本體氣室接頭不滿足不拆卸，沒有不拆卸校驗(yàn)的設(shè)備，因此校表工作不能正常展開，日常巡視無法判斷SF6密度繼電器是否已損壞，指針位置是否為氣室的真實(shí)壓力。

（2）當(dāng)氣室SF6密度繼電器發(fā)出報(bào)警或閉鎖信號(hào)時(shí)，若指針已低至報(bào)警值或閉鎖值，則無法判斷是氣室的壓力降低還是SF6密度繼電器故障。若不測(cè)量真實(shí)壓力，就盲目對(duì)GIS氣室進(jìn)行補(bǔ)氣，可能引起氣室壓力升高，不利于設(shè)備的安全穩(wěn)定。

（3）在氣室SF6密度繼電器發(fā)出報(bào)警或閉鎖信號(hào)而指針處于正常值時(shí)，無法判斷是SF6密度繼電器指針卡澀故障還是信號(hào)接點(diǎn)損壞，不能掌握氣室內(nèi)部的真實(shí)壓力。

（4）正常狀態(tài)下，GIS氣室壓力降低使SF6密度繼電器發(fā)出報(bào)警甚至閉鎖信號(hào)時(shí)，工作人員會(huì)對(duì)壓力降低的氣室進(jìn)行補(bǔ)氣。傳統(tǒng)的SF6手動(dòng)補(bǔ)氣操作采用經(jīng)驗(yàn)法結(jié)合現(xiàn)場觀察補(bǔ)氣至略高于額定氣壓值時(shí)手動(dòng)停止，并不精確。

2 SF6密度繼電器結(jié)構(gòu)及原理

SF6氣體密度繼電器是一種帶溫度補(bǔ)償?shù)膲毫刂破鳎軐?shí)時(shí)檢測(cè)電氣設(shè)備本體中SF6氣體密度的變化，在必要時(shí)還能發(fā)出報(bào)警和閉鎖控制信號(hào)，從而確保SF6氣體設(shè)備安全運(yùn)行。

斷路器SF6氣體密度繼電器主要由波紋管、標(biāo)準(zhǔn)SF6氣體包、微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)、杠桿等組成，如圖1所示。C1-L1為SF6氣體降低時(shí)報(bào)警的電觸點(diǎn)，C2-L2為SF6氣體降低時(shí)閉鎖斷路器的電觸點(diǎn)，隔離開關(guān)SF6氣體密度繼電器無閉鎖功能。通過以軸為支撐點(diǎn)的杠桿，將密封在波紋管1外側(cè)與斷路器中SF6氣體連通的SF6氣體包與密封在波紋管2外側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)SF6氣體包3進(jìn)行比較，帶動(dòng)微動(dòng)開關(guān)電觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和閉鎖信號(hào)功能。

SF6密度繼電器往往是通過內(nèi)部雙金屬片原理實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋３叵?，兩種膨脹系數(shù)不同的金屬合成一片，呈直線狀，受熱膨脹時(shí)，由于線伸長的差異，該雙金屬片會(huì)向一邊彎曲，彎曲行程與溫度成正比，由此達(dá)到自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

3 SF6密度校驗(yàn)及自動(dòng)充放一體化裝置

3.1 密度校驗(yàn)及自動(dòng)充放裝置介紹

SF6密度校驗(yàn)及自動(dòng)充放裝置主要由標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)SF6密度繼電器、連接304不銹鋼G1/4閥門（含排氣閥、截止閥、充氣閥、本體連接閥等）、連接軟管、自動(dòng)充放控制單元等構(gòu)成。其中，標(biāo)準(zhǔn)表校驗(yàn)精度達(dá)0.5%，額定電流為5 A，采樣速率為10次/秒，溫度范圍為-30～+80 ℃，是具有測(cè)量顯示一體、反應(yīng)快、遲滯小的精密儀器。

3.2 GIS氣室的真實(shí)密度校驗(yàn)

3.2.1 校驗(yàn)功能介紹

SF6密度校驗(yàn)及自動(dòng)充放裝置具有不拆卸校驗(yàn)SF6密度繼電器的功能，對(duì)于現(xiàn)場不滿足不拆卸校驗(yàn)的連接閥，仍可對(duì)氣室SF6密度繼電器進(jìn)行不拆卸校驗(yàn)及真實(shí)壓力測(cè)量。在進(jìn)行充放氣校驗(yàn)工作時(shí)，執(zhí)行20 ℃時(shí)±1.5%、非20 ℃時(shí)2.5%的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。較準(zhǔn)條件：環(huán)境濕度≤85%，壓力表工作條件靜置2 h以上。

3.2.2 SF6密度校驗(yàn)策略

（1）不滿足不拆卸檢驗(yàn)要求。

步驟：關(guān)閉排氣閥和充氣閥，打開截止閥，連接本體逆止閥接頭，即可得到氣室真實(shí)壓力并校驗(yàn)密度繼電器讀數(shù)。

（2）本體滿足不拆卸校驗(yàn)要求。

步驟：關(guān)閉排氣閥和充氣閥，關(guān)閉本體隔斷閥門，打開截止閥，連接本體接頭，打開隔斷閥門，即可得到校驗(yàn)氣室真實(shí)壓力。保持本體隔斷閥門關(guān)閉，通過控制氣源及充放氣閥門，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)原密度繼電器量程范圍內(nèi)全覆蓋升降校驗(yàn)。

3.3 自動(dòng)啟停充放氣控制

傳統(tǒng)的人工充氣方式不能使壓力到達(dá)額定值，存在一定的誤差，本文設(shè)計(jì)的SF6密度校驗(yàn)及自動(dòng)充放裝置可手動(dòng)設(shè)置額定值，到達(dá)額定值就自動(dòng)停止，徹底消除充氣時(shí)產(chǎn)生的誤差，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

3.3.1 原理介紹

自動(dòng)充放氣裝置控制回路主要由空氣開關(guān)ZK、接觸器KM、按鈕SB、指示燈H、電磁閥DQ、AC 220 V數(shù)顯壓力表等構(gòu)成。其中，數(shù)顯壓力表作為標(biāo)準(zhǔn)母表，精度高達(dá)0.5%，壓力在0～1 MPa之間任意調(diào)節(jié)，具有Lo1低壓報(bào)警、Hi1高壓斷開和Lo2低壓斷開、Hi2高壓報(bào)警兩對(duì)雙向控制接點(diǎn)，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥通斷和接觸器吸合的控制。

以充氣過程為例，當(dāng)按下充氣啟動(dòng)按鈕時(shí)，充氣接觸器KM1常開接點(diǎn)閉合使得常閉充氣電磁閥打開，此時(shí)氣源壓力高于氣室壓力，充氣得以進(jìn)行;當(dāng)氣室壓力到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，數(shù)顯壓力表控制接點(diǎn)使得黃灰常閉接點(diǎn)變常開，充氣接觸器線圈失電，電磁閥狀態(tài)轉(zhuǎn)變，充氣停止，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充氣功能。放氣過程同理。進(jìn)行充放氣操作遇突發(fā)情況時(shí)，可通過緊急停止按鈕即停即止。

3.3.2 充放氣策略

當(dāng)GIS氣室壓力降低或升高，需進(jìn)行充放氣操作時(shí)，具體步驟為：打開氣源，操作電源空開;設(shè)置充放氣Lo1低壓報(bào)警、Hi1高壓斷開和Lo2低壓斷開、Hi2高壓報(bào)警值;啟動(dòng)充、放氣按鈕，觀察指示燈;數(shù)顯壓力表比較設(shè)定值與實(shí)際壓力;接觸器動(dòng)作使常閉電磁閥打開，開始充氣或放氣;到達(dá)設(shè)定值時(shí)接觸器動(dòng)作，使電磁閥失電并關(guān)閉;關(guān)閉操作電源及氣源;流程結(jié)束。

3.4 優(yōu)點(diǎn)分析

（1）可不停電、不拆卸開展SF6密度繼電器校驗(yàn)工作，儀器精度及可靠性高，可及時(shí)、快速發(fā)現(xiàn)可能存在的隱患。

（2）制作成本低，實(shí)現(xiàn)了充放氣操作的自動(dòng)化，徹底消除誤差，使其準(zhǔn)確運(yùn)行于額定壓力，提高設(shè)備的使用壽命及設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

（3）充放氣操作均可預(yù)設(shè)0～1 MPa范圍的目標(biāo)值，實(shí)用性強(qiáng)，適用范圍廣，精確度高，總體實(shí)用性強(qiáng)。

4 結(jié)語

本文研制的SF6密度校驗(yàn)及自動(dòng)充放一體化裝置可實(shí)現(xiàn)全站范圍內(nèi)的SF6密度繼電器校驗(yàn)和自動(dòng)充放SF6氣體操作，可開展日常SF6密度繼電器校驗(yàn)工作。該裝置將校驗(yàn)得到的氣室真實(shí)壓力與本體表計(jì)相比較，進(jìn)而判斷SF6密度繼電器是否已損壞，操作便捷，可靠性好;當(dāng)氣室SF6密度繼電器發(fā)出報(bào)警或閉鎖信號(hào)時(shí)，可通過測(cè)量氣室的真實(shí)壓力，快速判斷是GIS氣室壓力已降低還是SF6密度繼電器故障，有利于提高工作效率;消除了對(duì)壓力降低的氣室進(jìn)行補(bǔ)氣時(shí)帶來的壓力誤差，使設(shè)備準(zhǔn)確運(yùn)行于額定值，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]羅學(xué)琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器[M].北京：中國電力出版社，1999.