高壓斷路器SF6密度繼電器異常誤差分析及改進方法

郭良峰，方群會

(1.國網(wǎng)重慶檢修分公司，重慶 400039；2.國網(wǎng)重慶長壽供電公司，重慶 401220)

高壓斷路器SF6密度繼電器異常誤差分析及改進方法

郭良峰1，方群會2

(1.國網(wǎng)重慶檢修分公司，重慶 400039；2.國網(wǎng)重慶長壽供電公司，重慶 401220)

文中闡述了SF6密度繼電器對SF6電氣設(shè)備的重要性，通過論述SF6密度繼電器工作原理，對重慶地區(qū)春季溫差變化較大導(dǎo)致SF6密度繼電器出現(xiàn)誤報警信號的原因進行分析，提出了改進方法和措施。

高壓斷路器；SF6密度繼電器；誤差分析；負補償

SF6電氣設(shè)備在變電站已廣泛使用，主要用于斷路器、GIS、HGIS、電流互感器和變壓器等設(shè)備中，起到絕緣和滅弧的良好作用。SF6密度繼電器是SF6電氣設(shè)備的關(guān)鍵元件之一，是監(jiān)測SF6氣體泄漏情況和SF6氣體密度變化的專用保護裝置, 對設(shè)備的安全運行起著非常重要的作用。現(xiàn)場運行的SF6氣體密度繼電器由于不經(jīng)常動作，經(jīng)過一段時間后會出現(xiàn)動作不靈活、觸點接觸不良等現(xiàn)象，有時還會出現(xiàn)密度繼電器溫度補償性能變差，繼電器環(huán)境溫度與設(shè)備本體環(huán)境溫度存在偏差，導(dǎo)致負補償，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，常導(dǎo)致SF6密度繼電器誤動作，報警信號自動復(fù)歸等現(xiàn)象[1,2]。

1 SF6密度繼電器工作原理

SF6密度繼電器是根據(jù)理想氣體方程設(shè)計的一種帶溫度補償?shù)膲毫ΡO(jiān)控裝置，按不同的溫度補償方式，主要分為雙金屬補償型和標(biāo)準(zhǔn)氣體補償型。電氣設(shè)備上的SF6氣體的密度，是以SF6氣體經(jīng)溫度補償以后的壓力來表示的，即以20℃時的壓力值來表示的。根據(jù)氣體狀態(tài)方程：

(1)

式中M——氣體質(zhì)量，SF6氣體不發(fā)生泄漏時質(zhì)量固定，因此M為常數(shù)；R——理想氣體常數(shù)；V——設(shè)備容積，也為常數(shù)；T——密度繼電器安裝處的絕對溫度(T=t+273)；t——環(huán)境溫度。

由式(1)可得氣體密度公式：

(2)

由式(2)可見，在SF6密度繼電器不發(fā)生氣體泄漏的情況下，密度繼電器指示壓力值與密度成線性變化，壓力值能代表設(shè)備內(nèi)部SF6氣體的密度。因此，只要對內(nèi)部氣體溫度的變化進行精確的補償，便可準(zhǔn)確監(jiān)測20℃時的SF6氣體密度[3-10]。SF6氣體壓力與溫度高化關(guān)系曲線見圖1。誤差補償曲線見圖2。

當(dāng)t為20℃時，P為密度繼電器的額定壓力值。t為其它溫度值時，密度繼電器的補償值PΔ為：

PΔ=(P-Pt)

(3)

代入式(1)中得：

(4)

圖1 SF6氣體壓力與溫度變化關(guān)系曲線

圖2 誤差補償曲線

由圖2可見，當(dāng)SF6密度繼電器溫度補償裝置雙金屬片或標(biāo)準(zhǔn)氣體補償包能夠完全按照誤差補償曲線進行補償時，SF6密度繼電器能夠及時正確反映20℃時的壓力值。SF6電氣設(shè)備因某種原因發(fā)生泄漏，經(jīng)過溫度補償后壓力降低，降到報警壓力值時，一對電接點接通發(fā)出報警信號，若壓力繼續(xù)下降，降到閉鎖動作壓力值時，另一對電接點接通發(fā)出閉鎖信號，從而實現(xiàn)對電氣設(shè)備的安全運行保護。

2 SF6密度繼電器誤差分析

重慶某220kV變電站110kVSF6斷路器發(fā)生SF6氣體密度繼電器報警現(xiàn)象，檢修人員到現(xiàn)場使用紅外檢漏儀檢查并未發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)場，報警信號已恢復(fù)，現(xiàn)場壓力值0.44MPa(額定壓力為0.45MPa，報警壓力0.43MPa，閉鎖壓力為0.4MPa)。全面檢查，管路連接良好，各繼電器接線未發(fā)生受潮，密度繼電器校驗正常。此現(xiàn)場多次發(fā)生，檢修人員將SF6氣體補充值壓力值0.47MPa，再未發(fā)生報警信號及自動復(fù)歸現(xiàn)象。結(jié)合春檢工作和重慶春季溫度變化情況，檢修班組對該設(shè)備進行全面分析檢查。經(jīng)分析，該設(shè)備發(fā)生多次報警時，均出現(xiàn)在上午10點左右，且為晴天，SF6密度繼電器經(jīng)細銅管路由上到下的連接方式，SF6密度繼電器安裝在機構(gòu)箱內(nèi)部，機構(gòu)箱內(nèi)部溫度幾乎與外部環(huán)境溫度相同，且陽光直射機構(gòu)箱。不滿足《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施輔導(dǎo)教材》中要求，密度繼電器應(yīng)裝設(shè)于斷路器或GIS本體同一運行環(huán)境溫度的位置，以保證其報警、閉鎖觸點正確動作。

重慶2016年3月溫度變化如圖3所示。

圖3 重慶2016年3月份溫度變化

當(dāng)SF6密度繼電器溫度比斷路器氣體溫度高于10℃時(假設(shè)斷路器內(nèi)10℃，密度繼電器感知溫度為25℃)，SF6密度繼電器和斷路器本體壓力相同，但因所處環(huán)境溫度不同，由式(1)和(4)可得：

(5)

(6)

(7)

式中P1——斷路器內(nèi)部的壓力值；PE——感知溫度為20℃時的額定壓力值；PE——0.45 MPa；P2——密度繼電器補償壓力值。

由式(4)得補償值PΔ為：

PΔ=-0.008MPa

由式(5)、式(6)、式(7)得：

P1=0.435 MPa，P2=0.458 MPa

此時壓力表的指示值為Pt=P1+PΔ=0.435-0.008=0.427 MPa。低于報警值0.43 MPa，所以發(fā)生誤報警信號。可見，當(dāng)SF6氣體溫度低于20℃時，氣室壓力小于額定壓力，繼電器壓力指示也小于額定壓力，而繼電器溫度和氣室溫度溫度不一致，且高于環(huán)境溫度時，繼電器進行負補償，繼電器壓力指示進一步降低，溫度補償起到反作用。隨著環(huán)境溫度的升高，斷路器本體環(huán)境也會升高，本體溫度和SF6密度繼電器環(huán)境溫度差變小，氣體壓力值上升，同時密度繼電器負補償值變小，SF6密度繼電器壓力值大于報警值0.43 MPa，信號自動復(fù)歸。

3 改進方法及措施

本次引起氣壓低報警原因是開關(guān)本體內(nèi)氣體溫度較低，而繼電器所處環(huán)境溫度較高造成的。密度繼電器溫度補償裝置只對密度繼電器本身感溫元件所測溫度進行補償, 而感溫元件所測溫度與SF6氣體本身的溫度并不一致，出現(xiàn)負補償。依據(jù)SF6密度繼電器工作原理，SF6密度繼電器通過氣壓傳導(dǎo)監(jiān)測設(shè)備內(nèi)折算至20℃時的氣體壓力，并將該溫度下壓力降低至某設(shè)計值設(shè)定為報警和閉鎖信號。常用SF6密度繼電器報警值為額定值的90%～95%，而閉鎖值為額定值的80%～90%。

根據(jù)補償值公式(4)和誤差補償曲線及重慶春季地區(qū)早晚溫差變化值，可知，密度繼電器本身感溫元件與設(shè)備本體溫差在10°和20°之間時，密度繼電器負補償范圍在0.02MPa和0.04MPa之間，這時設(shè)備發(fā)生壓力低報警的現(xiàn)象是有環(huán)境溫度變化引起的，屬于誤報警。針對SF6密度繼電器原理和環(huán)境溫度的不同，應(yīng)對SF6密度繼電器的設(shè)計和安裝進行改進。

(1)SF6密度繼電器額定值、報警值及閉鎖值是在20℃時的校訂值，通過設(shè)定報警值為額定值的90%，閉鎖值為額定值的85%，增大報警值和額定值差值可有效避免因溫差大導(dǎo)致負補償引起的誤報警；減小報警值和閉鎖值差值，可有效保護開關(guān)設(shè)備因SF6氣體密度低引起的滅弧能力不足。

(2)縮短SF6密度繼電器本身感溫元件與設(shè)備之間的連接管道，避免陽光直射SF6密度繼電器本身感溫元件，安裝在機構(gòu)箱內(nèi)的感溫元件遠離加熱器，減小感溫元件和設(shè)備本體之間的溫度差。

(3)雖設(shè)定報警值為額定值的90%，但SF6運行壓力小于額定壓力，因運行壓力與報警壓力差值較小，也可能發(fā)生誤報警，應(yīng)及時補充至額定壓力。加強對發(fā)生報警的SF6設(shè)備泄漏檢測，以便及時處理；加強對滿足不拆卸校驗的SF6密度繼電器維護檢測工作，確保其正常工作。

4 結(jié)語

本文對SF6密度繼電器在溫差較大時出現(xiàn)誤報警原因進行分析，并結(jié)合重慶春季期間運行環(huán)境提出改進方法和措施。SF6密度繼電器的準(zhǔn)確指示是保障SF6設(shè)備正常運行的關(guān)鍵參數(shù)，對變電設(shè)備監(jiān)測和保護起至關(guān)重要的作用。為此，必須從設(shè)計和安裝上采取相應(yīng)措施消除SF6密度繼電器的負補償問題，加強檢測校驗，及時消除泄漏缺陷，保證SF6變電設(shè)備的正常運行。

[1] 朱芳菲,孟玉嬋,鄭 鉉. SF6氣體分析技術(shù)[M]. 北京: 兵器工業(yè)出版社, 1998.

[2]JB/T 10549—2006.SF6氣體密度繼電器和密度表通用技術(shù)條件[S].

[3]馮印富. SF6密度表和密度繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理[J].農(nóng)村電工, 2011(3):31-32.

[4]闞長遠,惠曉東,李衛(wèi)國. 六氟化硫密度繼電器誤報警原因分析及校驗偏差防范[J].科技向?qū)? 2012(11):71-72.

[5]甄 利,周文博.LW6-220H型SF6斷路器密度繼電器誤報警原因分析及改進[J].高壓電器, 2005, 41(1):78-79.

ZHEN Li, ZHOU Wen-bo. Analysis and improvement of density relay malfunction of type LW6-220H SF6 circuit breaker[J].High Voltage Apparatus,2005,41(1):78-79.

[6]馬 春. SF6密度繼電器一次異常報警的原因分析[J]. 四川電力技術(shù), 2011,34(3):64.

MA Chun. Cause analysis for an abnormal warning of SF_6 Gas density relay[J]. Sichuan Electric Power Technology,2011,34(3):64-64,86.

[7]周啟義, 張澤強. 一種SF6氣體密度繼電器校驗中的裝配接頭的研制[J]. 高壓電器, 2015, 51(10):145-149.

[8] 帥軍慶. 國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施輔導(dǎo)教材[M]. 北京:中國電力出版社,2012.

[9]榮 飛. SF6氣體密度繼電器校驗工作常見問題分析及處理[J]. 寧夏電力, 2012(6):17-19.

RONG Fei. Problems analysis and treatment of verifying work for SF6 gas density relay[J].Ningxia Electric Power,2012(6):17-19,24.

[10]梅 一, 孫振興. 一起SF6氣體密度繼電器誤動缺陷的分析[J]. 安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2015(20):62-64.

MEI Yi, SUN Zhen-xing, QI Hui. Analysis of a SF6 gas density relay malfunction defect[J].Journal of Anhui Electrical Engineering Professional Technique College,2015(Z1).

(本文編輯：嚴 加)

Error Analysis and Improvement of SF6Gas Density Monitor in High Voltage Circuit Breaker

GUO Liang-feng1, FANG Qun-hui2

(1. State Grid Maintenance Branch, Chongqing Electric Power Company, Chongqing 400039, China; 2. State Grid Changshou Power Supply Company, Chongqing Electric Power Company, Chongqing 401220, China)

This paper expounds the important function of SF6gas density monitor on the electrical equipment. Based on the working principles of SF6gas density monitor, it analyzes the causes of false alarm signals of SF6gas density monitor caused by temperature difference in Chongqing area, and puts forward the improvement methods and measures.

high voltage circuit breaker; SF6gas density monitor; error analysis; negative compensation

10.11973/dlyny201606026

郭良峰(1980)，男，碩士，從事變電設(shè)備檢修管理工作。

TM561

B

2095-1256(2016)06-0783-04

2016-10-18