關于SF6氣體密度繼電器現場校驗問題探討

【摘要】國家電網公司《十八項電網重大反事故措施》指出，運行中的SF6密度繼電器應定期進行校驗，以防止密度繼電器動作值不準或偏離造成斷路器誤報警或不報警以及還可能造成斷路器拒動。本文通過對SF6氣體密度繼電器進行定期校驗檢查的重要性和必要性以及現場校驗時應關注和注意的事項進行探討。

【關鍵詞】SF6氣體密度繼電器;功能;現場校驗;注意事項

1.序言

六氟化硫氣體的分子式為SF6，分子量為146.07，分子直徑為4.56×10-10m，在常溫、常壓下呈氣態，在20℃和101325Pa時的密度為6.16g/L（約為空氣的5倍）;臨界溫度為45.6℃，經壓縮而液化，通常以液態裝入鋼瓶運輸。純凈的六氟化硫氣體是無色、無味、無臭、無毒和不可燃的。六氟化硫是負電性氣體（有吸附自由電子的能力），具有良好的滅弧和絕緣性能。在101.3kPa壓力下的均勻電場中，六氟化硫氣體的耐電壓強度約為氮氣的2.5倍。

SF6氣體作為絕緣介質已廣泛地應用于電力設備中，如斷路器、互感器和GIS組合電器。即使在電力變壓器領域，現在SF6氣體也開始逐步替代傳統的變壓器油起到絕緣作用，這主要是由于SF6氣體有非常好的絕緣能力，容許相間或相與地的尺寸小，使得設備可以做的緊湊，同時又具有很高的安全性能。為了保證SF6電氣設備安全、可靠運行，就必須對SF6氣體進行實時監測，因為如果SF6氣體發生了泄漏，就會導致電氣設備的電氣性能下降，嚴重時還會導致電氣設備發生閃絡和擊穿。這是因為在SF6氣體設備中，SF6氣體是主要的絕緣介質和滅弧介質，其絕緣強度和滅弧能力均取決于SF6的密度。當密度降低時，將會帶來兩方面的危害：一是氣體絕緣設備耐壓強度降低，二是斷路器開斷容量下降，因此，為了保證SF6電氣設備安全可靠運行，必須監視SF6氣體設備中SF6氣體的密度。SF6氣體密度的監視通過SF6氣體密度繼電器來實現，它通常設有二級告警信號：即報警壓力信號和閉鎖壓力信號，當壓力降低時及時發出相應的告警信號以便及時處理，保證設備安全運行。[6]

2.對SF6氣體密度繼電器校驗的重要性

SF6氣體密度繼電器是改進型的電接點壓力表，一般都能實現測量和開關一體化。按結構型式可分為指示型和非指示型兩種;按螺紋安裝方式分為徑向安裝和軸向安裝;按結構原理分為彈簧管式、波紋管式和數字式;按儀表耐震要求分為表殼內充油和不充油式;按接點形式分為磁助直接作用式和微動開關式[1]。目前我局主要使用的是表殼內不充油指針式波紋管微動開關SF6氣體密度繼電器。主要應用在SF6中高壓開關、氣體絕緣組合設備（GIS）、變壓器和互感器上，且適合戶外惡劣的環境。SF6氣體密度繼電器不僅有一組、二組或三組接點，可分別發出報警和閉鎖控制信號，還可通過指針指示設備SF6氣體壓力值。

安裝于現場充氣設備的SF6氣體密度繼電器指針在運行中長期指示在一個位置不上下移動，經過一段時期后會出現動作不靈活或觸點接觸不良等現象，有的還會出現密度繼電器溫度補償性能變差，當環境溫度突變時易導致SF6氣體密度繼電器觸點誤動作[6]。國家電網公司《十八項電網重大反事故措施》指出，密度繼電器應定期校驗，以防止密度繼電器接點動作值不準或偏離造成斷路器誤報警或不報警以及還可能造成斷路器因被閉鎖而拒動。因此，應對SF6氣體設備上的SF6氣體密度繼電器進行定期校驗是非常必要的，是保障電氣設備安全可靠運行的必要措施。

3.SF6氣體密度繼電器的現場校驗

3.1 SF6氣體密度繼電器工作原理

SF6氣體密度繼電器是一種具有溫度補償功能的壓力控制器。它的主要作用是監測充氣設備本體或各個氣室中SF6氣體密度的變化，并發出報警和閉鎖控制信號。

SF6氣體設備上的SF6氣體密度是以SF6氣體經溫度補償后的壓力來表示的，即以20℃時的氣體壓力值來表示的。SF6氣體密度繼電器在額定壓力下工作，當環境溫度發生變化時，SF6氣體的壓力也發生變化。設備未注入SF6氣體時，（也就是SF6氣體密度繼電器內未充入SF6氣體時），指針在“0”位附近，其補氣、閉鎖兩組接點均為閉合狀態。給設備充入額定壓力的SF6氣體時，密度繼電器內傳動機構帶動指針轉動，由壓力值間接反映密度值，當溫度發生變化時，其內部的溫度補償元件對變化的壓力進行修正使指針不產生位移，使其額定壓力示值不變。只有當設備SF6氣體發生泄露產生壓力下降，當降到報警設定值時，繼電器第一組接點閉合輸出一組報警信號，此時要求用戶對設備進行補氣，如果壓力繼續下降，降到閉鎖設定值時，繼電器輸出另一組接點閉合發出閉瑣信號，對設備的控制系統進行閉瑣，從而實現對電氣設備的安全運行保護。如圖1-4所示。

圖1 一組接點 （單信號）

圖2 三組接點（雙報警）

圖3 二組接點（單閉鎖）

圖4 三組接點（雙閉鎖）

3.2 SF6氣體密度繼電器的校驗原理

在密閉容器中，一定溫度下的SF6氣體壓力可代表SF6氣體密度。為了能夠統一，習慣上常把20℃時SF6氣體壓力當作其對應密度的代表值。所以，SF6氣體密度繼電器均以20℃時SF6氣體壓力作為標準值。目前，SF6氣體密度繼電器校驗主要有兩種方法，一種是在實驗室恒溫為20℃條件下檢驗，這種方法主要用于生產廠家。另一種方法是在設備安裝現場條件下進行檢驗，該方法是精確測量SF6氣體的壓力及溫度，通過SF6氣體的性能曲線換算得到20℃時的壓力值，從而判斷SF6氣體密度繼電器的性能。

目前所用的SF6氣體密度繼電器屬于設定點不可調的一種壓力控制器，即不設表外調整機構，其觸點動作的壓力值一般都由制造廠預先整定好，使用單位不能自行進行調整。我局有兩臺SF6氣體密度繼電器校驗裝置，JD7型和ZDT-1型校驗儀主要利用SF6氣體壓力-溫度特性，采用87C196單片微機技術，利用計算處理，極其準確的進行任意下的SF6氣體壓力和20℃時的標準壓力間的換算，實現對SF6氣體密度繼電器在各種環境溫度下的校驗工作。工作時采用適配接口件與不同結構的密度控制器（或繼電器）連通，接入氣源形成封閉系統（氣路原理圖見圖5）。通過調節減壓閥、以調節壓力的大小。通過充、放氣開關對系統進行充、放氣。在降壓過程中，（模擬微漏氣）微處理器自動讀取壓力、溫度值，精確換算對應密度值，并自動記錄報警、閉鎖值，通過比較測試對象‘示值與測試儀讀數得出測試結論，可選擇顯示或打印。原理如圖5所示：

圖5

3.3 SF6氣體密度繼電器的現場校驗

3.3.1 國家電網公司《十八項電網重大反事故措施》條文12.1.1.6規定：SF6密度繼電器與開關設備本體之間的連接方式應滿足不拆卸校驗密度繼電器的要求。

3.3.2 對部分不滿足不拆卸校驗密度繼電器要求的設備（如江蘇如皋高壓電器公司）生產的35kV斷路器，我局已于2010年至今充分利用設備停電綜檢機會對斷路器與密度繼電器連接管路進行改造，使SF6密度繼電器與開關設備本體之間的連接方式滿足不拆卸校驗的要求。

3.3.3 由于我局使用的ABB斷路器密度繼電器依靠逆止閥與本體氣室連接，校驗時必須拆卸下來，校驗完畢安裝時由于密封墊和安裝工藝的原因，極易造成設備氣體泄漏，影響設備正常運行。為此我局于2012年為ABB SF6斷路器量身定做三通隔離閥，通過對不同的氣路通斷進行調節，也達到不拆卸密度繼電器表頭即可校驗密度繼電器。同時，滿足校驗過程的安全性要求。

具體操作如下：運用“三通”管路的結構特點制作隔離閥。一路將斷路器本體與密度繼電器永久連接，另外留出一路專供校驗補氣時使用。通過其中部的氣路調節裝置根據需要調節氣路通斷。當旋鈕旋至“ON”位置時，連接斷路器本體一端與連接密度繼電器一端氣路打開，氣體密度繼電器與斷路器本體之間保持常態通路，此時，密度繼電器可按照正常狀態實時監控斷路器內部氣體壓力狀態;試驗檢修時，將旋鈕旋至“OFF”位置，此時中間的氣體調解閥將密度繼電器與斷路器本體氣路關閉，并將密度繼電器與校驗補氣口打開，此時工作人員可將校驗儀自帶的補氣管路接入校驗補氣口，并按照校驗儀程序自動進行密度繼電器校驗工作;待校驗工作結束后，取下校驗補氣管路，將校驗補氣口封閉，最后將氣體調解裝置旋鈕旋至“ON”位置后，整個實踐過程結束。

3.3.4 目前我局使用的平高、西安高壓開關廠、如高高壓電器公司等SF6設備的密度繼電器與開關設備本體之間都通過三通閥連接，基本滿足不拆卸校驗密度繼電器的要求。現場校驗SF6密度繼電器的具體操作同上述三通隔離閥的操作。

3.3.5 這里需要對西門子斷路器的密度繼電器現場校驗進行特殊說明

3.3.5.1 西門子斷路器的SF6氣體密度繼電器和氣體壓力表沒有實現測量和開關一體化，即密度繼電器和壓力表分別安裝于斷路器機構的不同位置。

3.3.5.2 現場校驗西門子斷路器的SF6氣體壓力表時，由于斷路器與壓力表連接氣路不能關閉（或斷開）只能用高等級標準壓力表對現場當時壓力進行比對。而不能拆卸對各帶數字的分度線進行逐點校驗。

3.3.5.3 現場校驗西門子斷路器的SF6氣體密度繼電器時，首先要找到密度繼電器與本體氣路連接的隔離閥的位置，然后擰出隔離閥頂針，這時斷路器本體與密度繼電器連接氣路被隔斷。

3.3.5.4 擰出隔離閥頂針或恢復安裝隔離閥頂針時注意用力均勻，防止閥體內部碰珠被頂偏，或密封圈裝配錯誤，造成氣體泄露。

3.3.5.5 連接于密度繼電器的信號線插片非常緊，拔下時容易損壞接線插片，恢復時容易插錯位置造成斷路器被閉鎖而拒動。

4.SF6氣體密度繼電器校驗時應注意的問題

4.1 SF6新氣中可能存有一定量的毒性分解物，在使用過程中要采取安全防護措施。制造廠提供的SF6氣體應具有制造廠名稱、氣體凈重、罐裝日期、批號及質量檢驗單;還應進行純度等檢驗，復檢結果應符合新氣標準，否則不準使用。

4.2 從鋼瓶中引出SF6氣體對設備進行注氣時，必須使用減壓閥降壓。避免裝有SF6氣體的鋼瓶靠近熱源或受陽光暴曬。

4.3 ABB SF6密度繼電器指針指示各分度線和報警、閉鎖接點的標稱值是按絕對壓力進行標注的，校驗時要把現場當地的大氣壓力值考慮進去。

4.4 由于SF6氣體在電氣設備中經電暈、火花及電弧放電作用，會產生有毒、腐蝕性氣體及固體分解產物，在戶外進行SF6密度繼電器現場校驗時，雖然SF6密度繼電器已通過隔離閥或逆止閥與本體設備隔離，但是仍殘存少量氣體，故工作人員應在上風方向操作校驗。

4.5 SF6氣體的比重比空氣重，在戶內（特別在GIS室）進行現場校驗前，首先要開啟底部通風設施，（對通風要求15min使室內換氣一次）。

4.6 安裝校驗檢測用接頭時要注意保護好設備與連接管道接頭的密封面，校驗后密封墊圈要裝配正確，必要時予以更換，不能損壞連接氣路管道接頭焊縫，謹防氣體泄漏，最好進行漏氣檢測。

4.7 現場檢驗前必須打開設備與密度繼電器連接的信號控制電源線，斷開報警和閉鎖接點與斷路器機構的連線，防止其與二次回路和采樣信號線構成回路影響校驗，防止損壞校驗裝置。

4.8 校驗前必須通過隔離閥切斷密度繼電器與設備本體的氣路連接。校驗后恢復（打開）密度繼電器與設備本體的氣路連接閥門，檢查密度繼電器SF6氣體指示值是否恢復至校驗前示值。

4.9 做好現場校驗前、后氣路連接管道接頭的清潔工作，避免雜質和不合格氣體進入設備本體。必要時用少量合格的SF6氣體進行沖洗。[4]

4.10 注意校驗時首先將測量用管路中的空氣排盡，防止測量用管路中存有的不潔氣體注入密度繼電器表頭，即而混入設備本體。

4.11 密度繼電器校驗完畢打開其連接氣路后注意觀察其壓力值是否恢復至校驗前狀態。

4.12 使用過后的SF6氣體鋼瓶應關緊閥門，戴上瓶帽，防止剩余氣體泄漏。

4.13 校驗裝置應具備SF6氣體回收功能，防止剩余氣體泄漏到空氣中，污染周圍環境。

4.14 戶外安裝的密度繼電器應設防雨罩，密度繼電器防雨罩應能將表、控制電纜接線端子一起放入，防止指示表、控制電纜接線盒和充放氣接口進水受潮造成直流接地、誤動作的故障發生。

參考文獻

[1]GB/T 22065-2008中華人民共和國國家標準：壓力式六氟化硫氣體密度控制器.

[2]JB/T 中華人民共和國國家標準：SF6氣體密度繼電器和密度表通用技術條件.

[3]DL/T 639-1997.六氟化硫電氣設備運行、試驗及檢修人員安全防護細則.

[4]GB/T8905-1996.六氟化硫電氣設備中氣體管理和檢測導則.

[5]DL/T 595-1996.六氟化硫電氣設備氣體監督細則.

[6]青海省電力公司：六氟化硫氣體密度繼電器檢驗導則.

作者簡介：周海燕（1967—），女，高級技師，高級工程師，主要從事變電檢修工作。