SF6密度繼電器表的使用狀況分析

黃烜城，儲海軍，陳 遲，韓文建

(江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京211102)

SF6密度繼電器表是電力系統中重要的保護和控制元件，如果GIS發生故障，將會對系統造成很大的危害。要確保GIS設備的可靠運行，就必須經常監視GIS的各項指標。特別是SF6氣體的密度，必須達到相關標準的規定，才能使GIS長期保持良好的工作狀態。近年來伴隨GIS設備的增多，由于SF6密度繼電器表的結構缺陷、使用安裝方式不正確等問題導致電力設備故障的事情時有發生。

1 故障統計

2011年，由于SF6密度繼電器的使用而引起的相關故障統計如表1所示[1]。

表1 相關故障統計

從表1統計數據來看，江蘇省2011年與SF6密度監測設備相關的電力系統故障已經占系統故障總量的40%，其中直接故障占總數的13.3%。該類SF6密度繼電器表在江蘇省使用率為25.43%，但檢測不合格率卻高達30%～40%，情況的嚴重性可見一斑。雖然新國標為SF6密度繼電器表的檢測提供了一定的參考標準，但是由于缺乏一些關鍵的參數，導致現場執行時在某些關鍵問題上會與廠家產生分歧。

2 使用狀況及問題分析

2.1 省內現狀

近期在蘇州地區、淮安郊區等220 kV變電站內，隨機拍攝的運行中設備上所使用的敞開式SF6密度繼電器表如圖1所示。這些表計都存在著同樣的問題，內部機構氧化嚴重（圖1中圈的部分為銅的氧化產物），表殼內存在著大量的污物。從開關生產的年份看，這些SF6密度繼電器表的投入使用年限均在6～8 a。

江蘇省相關統計數據表明，部分使用年限在4 a以上的該類型SF6密度繼電器表存在接點不通；表面指示壓力不準確（嚴重超出誤差允許范圍）；指針在移動過程中存在嚴重的滯針、跳針現象等問題，不合格比例接近50%。如表2所示[2]。

表2 2009年部分電廠檢測統計

2.2 結構及原理

SF6氣體密度表原理結構如圖2所示。它實際上是在彈簧管式壓力表機構中加裝了雙層金屬帶而構成的。空心的彈性金屬曲管1與GIS相連，其內部空間與GIS中的SF6氣體相通，彈性金屬曲管1的端部與起溫度補償作用的雙金屬帶3鉸鏈連接，雙層金屬帶3與齒輪機構和指針機構2鉸鏈連接。當GIS充入SF6氣體后，等待一段時間，使GIS內部溫度升高至與外部環境溫度達到平衡后，調整SF6氣體至額定密度或壓力值，這時，不管SF6氣體受環境溫度的影響使其壓力增大還是減小，由于雙層金屬帶3的溫度補償作用，密度表的指針始終指向20℃時的額定壓力或密度值不變。

圖2 SF6氣體密度表的結構

正常運行狀況下SF6密度繼電器表壓力變化應符合為圖3所示的pr曲線，當SF6氣體壓力降至pa曲線時氣體密度開關發出報警信號，SF6氣體壓力降至pc曲線時斷路器就應進行自行閉鎖，并發出閉鎖信號，相應的斷路器等設備就不允許進行操作，以保證設備和系統安全。

圖3 SF6壓力溫度特性曲線

2.3 故障原因分析

圖1中SF6氣體密度繼電器表普遍使用磁助式電接點繼電器，觸頭本身閉合力小，加之接點不經常動作，時間稍長，觸頭極易氧化導致接點冷焊或接觸不可靠。對于無填充型的SF6密度繼電器，由于機構長期暴露在空氣中，觸頭更容易因氧化或積有灰塵，而接觸不良或冷焊。該類隱患可以直接導致當GIS因氣體泄漏，使本體內的壓力降至報警或閉鎖值時，不能及時報警或閉鎖，從而釀成重大事故。同樣的原因也造成了圖1中所見的由于機構氧化而導致指針動作時摩擦力增大，出現滯針、跳針的問題。

某表使用一定年限后的現場檢測數據如表3所示。由于SF6氣體密度繼電器表內使用了彈簧管結構，同其他使用該結構的壓力計一樣，在使用一段時間后會由于彈簧管形變而導致報警和閉鎖值產生一定的飄移，加上溫度補償材料在使用一定時間后會老化變形，將使得報警和閉鎖值產生更大誤差。另外SF6氣體密度繼電器表的工作環境也存在一定的相關性。潮濕、酸蝕的環境也會加速接點和內部機構的腐蝕氧化過程。

表3 某電廠的部分檢測數據

3 檢測方法及問題分析

3.1 檢測標準與方法

目前，對SF6氣體密度繼電器檢測的主要依據標準為GB／T 22065—2008《壓力式六氟化硫氣體密度控制器》，該標準于2009年1月1日正式實施。標準中6.9節、6.10節規定在設定點偏差、切換差試驗時，在報警點及閉鎖控制回路相應端子之間施加不低于24 V電壓，在負荷變化速度每秒鐘不大于1%的情況下讀取信號接通時的壓力數值。根據該標準，現場檢測項目：（1）報警啟動壓力值；（2）報警（補氣）返回壓力值；（3）閉鎖啟動壓力值；（4）閉鎖（補氣）返回壓力值；（5）SF6氣體密度繼電器帶有壓力表時，應對壓力表的顯示數值進行檢驗。

江蘇省目前對密度繼電器表的校驗主要采用氣室隔離校驗法，如圖4所示。其校驗原理是采集密度繼電器的溫度和接點動作值，通過單片機自動折算成20℃的等效壓力值，從而實現對密度繼電器的校驗。校驗時把閥l關閉實現與本體氣室的隔離，打開閥2與專用儀器接口相連，調節儀器模擬GIS設備的充、漏氣行程完成繼電器的校驗。依據規程，江蘇省所用的JMD-10型SF6密度繼電器校驗儀器校驗輸出電壓設定為DC24V，檢測接點設為3對，分別是1對報警接點，2對閉鎖接點。補、漏氣行程模擬控制則采用了傳統的人工手搖方式，該方式具備較高的操控性，有利于獲得相對精確的檢測結果。

圖4 密度繼電器校驗原理圖

3.2 關鍵問題分析

為避免因操作不當對測量結果造成影響，且與廠方也進行過接洽。廠家確認了存在的問題，同時也對檢測方法提出了質疑，主要分歧在于：（1）廠家認為檢測輸出電壓應該為其正常工作電壓。檢測時，在其正常工作電壓下串聯匹配電阻，使流經觸點的電流小于最大允許電流即可。與廠家的產品使用說明書中提供的“接點的最小測試、工作電壓為12 V”說法并沒有直接矛盾。（2）機構因氧化問題而造成觸點接觸不良或冷焊時，可以通過反復加、降壓的方式磨掉氧化層或脫開觸點。（3）該類型SF6氣體密度繼電器表正常使用時的精確度等級為2.5級，等級較低。加上測量儀器本身（0.4級）的誤差，在非標準（20℃）環境下測量產生的誤差可能超出允許范圍。

4 結束語

（1）標準中應規定測試儀器的輸出電壓范圍和試驗允許最大操作次數。雖然標準中規定SF6氣體密度繼電器表的“電氣參數”，也有“最低測試電壓不低于24 V”的說明，卻沒有對檢測儀器的輸出電壓范圍做出明確規范，也沒有給出試驗允許的最大操作次數。在發現問題時，目前只能依據個人的判斷給出推薦性結論。

（2）建議對仍在使用中的低等級SF6密度繼電器表給出檢測的參考依據，如果不建議使用低等級SF6密度繼電器表規程中應明確說明。新規程僅對1級、1.6級的密度繼電器表出具檢驗誤差數值，導致站內仍在使用中的低等級密度繼電器表沒有檢測參考標準，無法提供有力的判據。

（3）對該類型SF6密度繼電器表的使用環境制定強制要求。如在同一變電站內使用的充油/氣式SF6密度繼電器表與圖1的敞開式SF6密度繼電器表相比，投入使用的年份比它早，但可以看出，表內無明顯的氧化、污染跡象。歷年的檢測數據也比較理想。參考2種表的對比，江蘇省應該提高對戶外用表的要求。

（4）對SF6密度繼電器表提出檢驗周期和強制報廢年限。檢驗周期宜定為2～3 a，強制報廢年限可定為10 a（與廠家承諾的使用壽命相一致）。否則，由于不經常動作而導致的金屬疲勞、機構氧化等問題，隨時可能造成電力設備故障，危及系統的安全。

[1]GB/T 22065—2008，壓力式六氟化硫氣體密度控制器[S].

[2]田宏亮.SF6密度繼電器現場校驗的必要性[J].寧夏電力，2010（5）.