SF6氣體微水在線檢測裝置研究

荊 錯，馮新巖，曹 剛

（山東電力超高壓公司，山東 濟南 250021）

0 概述

SF6用氣體絕緣介質始于20世紀50年代初。由于這種氣體的優異特性，在60～70年代，SF6氣體已廣泛用于超高壓大容量電力系統中。在設備運行過程中，當SF6氣體的含水量過高時，會危及電氣設備的安全運行，主要表現在SF6氣體在電弧下的分解物遇水會發生化學反應生成具有強腐蝕性分解物等，會腐蝕損壞絕緣件；在溫度降低時可能形成凝露水，使絕緣件表面絕緣強度顯著降低甚至閃絡[1]。國內外都曾出現過因高濕度引起內部故障而導致高壓斷路器爆炸的事故，因此控制電氣設備中SF6的水分（斷路器更為關鍵）對安全可靠運行關系重大。

1 氣體微水的測量

電力系統測量SF6氣體絕緣設備中濕度的測量方法有電解法、冷凝露點法和阻容法等[2]。變電站內SF6氣體微水的現場檢測，大多采用便攜式精密微水儀進行。用此方法測量，每次檢測都必須停電進行，無法實時顯示，但是在現場設備中有些氣室難以停電，如GIS雙母線刀閘氣室。這給SF6氣體微水測量帶來很大難度。測量時，一旦接口處理不好造成氣體大量泄漏會給人員及設備帶來很大危險，因此多數單位禁止帶電測量SF6氣體含水量。

SF6氣體微水在線檢測，儀器結構簡單、使用可靠，安裝在設備上后，無需停電，不需要排放氣體就可以測量，相對其他測量方法，在線測試可以減少很多繁瑣的測量步驟，節省開支，對電力設備的安全可靠運行有重要意義。

2 在線監測儀器的設計原理

SF6氣體微水在線檢測系統設計采用總線式分布式結構，設計分為過程層和控制層。系統框架圖如圖1所示。

過程層包括SF6氣體微水、溫度、及壓力傳感器監測裝置，實現對被測設備SF6氣體狀態（微水、溫度、壓力）的自動采集、信號處理、模數轉換和數據的預處理和報警功能，并對監測結果進行就地數字化顯示和緩存，存儲量至少能存儲3個月的數據。

控制層由于考慮到便于拆卸的要求及將來在線檢測擴展可能需加裝間隔層對數據進行標準統一的需要，采用了現場工作平臺采集模式。工作平臺與過程層通過RS485接口通訊，能夠采集在線檢測裝置內部緩存數據，并隨時對檢測裝置發出采集指令。數據處理軟件具有微水值、溫度及壓力變化曲線圖繪制功能。

圖1 系統框架圖

2.1 系統設計依據及標準

為保證SF6氣體微水在線檢測系統符合要求，在線檢測儀按照《高壓開關設備管理規定》、《高壓開關設備反事故技術措施》和《高壓開關設備質量監督管理辦法》（發輸電[1999]72號）以及GB/T8905-1996等中規定來設計[3]，系統設計的技術指標如下。

1）壓力測量范圍：-0.100～0.900 MPa（表壓）

2）壓力測量精度：≤±0.3%FS

3）露點溫度測量范圍：-80～60 ℃

4）露點溫度測量精度：±3℃

5）微水測量范圍：70～20 000 ppm

6）報警門限：0.550 MPa、300 ppm（或根據設備需要設置）

7）閉鎖門限：0.500 MPa（或根據設備需要設置）

8）通信接口：RS485

9）各繼電器接點容量：3A/250VAC、3A/30VDC

10）電源電壓：AC（220±15%）V

11）溫度分辨率：0.1 ℃

2.2 系統硬件設計

系統主機。主機必須具備優異的電磁兼容性能、機械抗震抗沖擊性能和外殼防塵、防水性能，并具有自診斷和大容量數據存儲功能，設計采用軍工級的IC芯片和使用多層電路板的PCB設計，并采用獨特的抗干擾電路措施，以滿足SF6在線微水檢測儀在抗干擾和穩定性方面具有優異的性能。

傳感器選擇。經綜合分析對比了當前SF6氣體微水檢測應用較普遍的鏡面傳感器、氧化鋁阻容傳感器及高分子膜傳感器，經過分析對比，確認前兩類只適合常規測試，不能在在線檢測氣體不流動狀態下檢測，只有高分子膜傳感器能滿足要求。因此采用了高分子膜傳感器。

3 現場安裝、測試和使用情況

3.1 現場安裝

在線檢測裝置要求有良好的密封性，不影響設備運行，同時不能影響設備正常充氣補氣及常規氣體微水測試。設計采用三通閥安裝方式，一端裝在設備補氣口處，一端連接SF6氣體微水在線檢測裝置，還有一端安裝式充氣嘴，以滿足上述要求。

圖2 現場安裝位置

SF6氣體微水在線檢測儀采用三通閥安裝，在線測試的同時可以進行常規停電測量。SF6氣體微水在線檢測裝置主機通過三通閥分別安裝在一次設備上。通訊裝置為了滿足防塵和防水需求，安裝在斷路器端子箱內。

3.2 儀器測試

在線檢測裝置安裝后，按照規程規定，將全部在線檢測裝置進行了包扎法檢漏測試。包扎24 h后，采用LM2000-Ⅲ型SF6定量檢漏儀對在線檢測儀進行檢漏，檢漏結果符合規程規定，證明裝置自身及安裝密封性滿足要求。

為了驗證在線檢測儀器的準確性，使用RA60FAD SF6氣體分析儀對設備進行常規測試并與在線檢測裝置顯示結果進行對比，測量結果如表1所示（顯示均為換算至20℃）。

表1 對比測試數據

通過對比可以看出，在線檢測儀和現在使用的離線式的儀器測量結果上相差不大，不會影響對結果的判斷，精度達到了工程使用要求。

3.3 儀器使用

氣體微水在線檢測儀在經過設備調試和軟件調試后投入使用。該儀器實時顯示氣室內的壓力、溫度和氣體微水值。儀器安裝運行了一段時間后，經過數據的采集、處理、存儲，將數據存于數據庫中，并通過現場工作平臺采集進行分析。

在儀器的軟件上，加入了實時檢測、歷史查詢等功能，通過便捷的人機交互界面，對數據進行快速的分析和處理。并通過控制軟件，查看被測設備SF6中的微水值、壓力變化數據（均已換算至20℃）以及歷史數據曲線。

4 結語

隨著電網的快速發展，SF6設備應用越來越廣泛。SF6作為使用越來越廣泛的絕緣氣體，各供電部門對SF6氣體微水的在線檢測設備的需求也越來越多。

通過SF6氣體在線檢測可以及時發現設備缺陷，避免設備故障帶來的大量損失?？梢杂嗅槍π缘闹攸c監測某些含水量增大的氣室或有泄漏的氣室，增強設備安全運行系數，提高設備的可靠性，減少工作量。SF6微水監測設備，減少了檢修工作量，減少了設備停電時間及人員出差次數。在線檢測會減少定期巡檢時SF6取氣造成的環境污染和氣體的浪費，減少溫室氣體排放，也具有積極的環保意義。

為進一步發揮該系統的作用，下一步將進行SF6組份在線檢測的研究應用，與氣體微水檢測兩者相結合，將為分析設備運行狀態提供更為全面的數據。