GIS設備的SF6氣體在線監測

段雨松+蔡曉龍+韓芝星

摘 要：文章對SF6氣體在線監測意義及項目進行了闡述，并且引入了SF6在線監測技術，從系統組成、氣體采集、氣體診斷、氣體監測、監測內容等方面論述了在線監測的發展及現狀。SF6氣體智能監測系統進行SF6氣體的日常監測任務，以便在出現問題時及時提醒運行人員進行處理。

關鍵詞：SF6 斷路器 在線監測

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（c）-0033-02

1 引言

1.1 課題研究背景

隨著經濟的不斷發展，如今居民生活的用電量不斷增加，在這個局勢下，保證電力系統設備的安全、維修至關重要。在電力系統設備中高壓斷路器是重要的開關設備，目前GIS設備主要靠SF6氣體進行絕緣，因此SF6在線監測顯得尤為重要。

1.2 SF6氣體在線監測的意義

目前，山西變電站電氣設備安全運行是按照《六氟化硫電氣設備運行、實驗及檢修人員安全防護細則》和《氣體絕緣金屬封閉開關設備運行及維護規程》中的要求進行試驗研究的，還要針對實驗結果和該設備之前的實驗結果進行比較，這樣就可以判斷出來該設備的變化規律和趨勢變化，這樣就可以判斷是否讓該設備繼續運行。

據經驗，SF6氣體的在線監測，不僅可以診斷出電力設備系統是否正常運行，還可以為電力系統的正常運行提供保障，具體如下。

（1）發現安全隱患，全面預防事故發生。根據SF6氣體的在線監測數據，可以判斷電力系統是否有不同于往常的狀態。

（2）SF6氣體的在線監測項目，可以節約時間，提高效率。面對電力設備的停電實驗，不僅耗時而且浪費經費，有了SF6氣體的在線監測項目就可以免去這一系列的問題。

（3）可以達到及時關閉老化或者有運行問題的設備。電力設備用的時間長了就會出現老化的問題，而我們不能立馬覺察到，如果利用SF6氣體的在線監測技術就可以及時發現并更換。

1.3 SF6氣體在線監測的項目探究

SF6氣體，檢測的項目包括以下幾個方面。

SF6氣體的壓力；SF6氣體的密度；SF6氣體的微水含量；局部放電的檢測。

在上述檢測項目中，（1）針對的是GIS設備內SF6氣體的壓強大小。（2）針對的是SF6氣體的密集程度。（3）針對的是SF6氣體的濕度狀態。（4）針對的是SF6氣體的絕緣局部隱形缺陷及故障的監測。當發現SF6氣壓達到報警值時會自動報警，與此同時計算機會自動對設備故障進行診斷，并預報出來，其運行資料也會被數據庫第一時間存儲，這樣可以為GIS設備的安全運行維護與管理提供準確的依據。

2 SF6氣體監測

2.1 SF6氣體狀態采集

在穩態參數的測量中，SF6氣體狀態的監測最為重要。SF6氣體的壓力，可以反映GIS設備氣室的氣密性，從而間接反映它的絕緣強度；SF6的濕度不僅可以直接影響設備絕緣強度，而且在濕度較高時，還容易引起SF6氣體的水解，生成具有腐蝕性的有害物質，影響滅弧室以及相鄰氣室；還會生成難以去除的硫化物附著在動、靜觸頭上，嚴重影響觸頭的接觸電阻阻值大小。SF6氣體狀態傳感模塊包括濕度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器。

由于SF6氣體一般處于微水狀態，一般的濕度傳感器測量水分的相對濕度難以滿足測量要求，而露點測量法，則通過測量微水環境下的結露溫度來間接測量氣體中水分含量。某站采用JCJ200M露點傳感器（工作電壓為24 V），該傳感器穩定性好，測量精度高，后期維護簡單，且成本較低。我們在SF6氣室的閥門處安裝了一個小的密閉容器與氣室保持連接，將傳感器探頭密封在容器內。其輸出信號的采集電路如圖1所示。其中R41為采樣電阻，C41為濾波電容。

由于某站斷路器滅弧室中SF6氣體的壓力一般在0.6 MPa左右，所以我們在測量SF6氣體壓力時采用了量程為0～1.0 MPa的 WP401B型壓力傳感器，該傳感器的輸出為4～20 mA。為保證Vout輸出在0～5 V之間，采樣電阻R41取250 Ω，此時Vout變化范圍為1～5 V。設Pmax為1.0 MPa，則實際壓力P根據下式計算得到：

實際壓力P=（Vout-1）×（Pmax/4） （1）

2.2 氣體狀態監測的方法

近年來，數字式SF6氣體密度監測儀也開始出現，其通過一定精度的壓力和溫度傳感器，能直接測量出氣體的壓力以及溫度。測量的方法包括重量法、電解法、露點法、電容法等，其中電解法和露點法為國際電工委員會推薦的日常測量方法。

（1）電解法。即將被測試的SF6氣體通入電解池內，氣體中的水分便被吸收和電解，根據電解水分所需電量與水分之間的關系可以求得SF6氣體中的水分含量。

（2）露點法。通過測量SF6氣體的露點從而確定SF6氣體的含水量。

2.3 SF6氣體監測指標

某變電站，SF6氣體工作狀態的主要參數指標如下（以某站斷路器為例）。

（1）SF6氣體的壓強范圍為：500 kV：0.68 MPa、220 kV： 0.6 MPa、35 kV：0.5 MPa。

（2）系統工作環境為：-20 ℃～40 ℃。

（3）氣體測量結果顯示方式：20 ℃時的等效壓力（依據溫度曲線進行補償）。

（4）報警壓力范圍：500 kV：0.60～0.62 MPa、220 kV：0.50～ 0.55 MPa、35 kV：0.40～0.45 MPa。

（5）閉鎖壓力范圍：500 kV：0～0.60 MPa、220 kV：0～0.5 MPa、35 kV：0～0.4 MPa。

2.4 SF6氣體檢測的實現

當前，SF6斷路器大部分的故障原因都是SF6氣體泄露，所以，在整個的在線監測中，SF6氣體含量的準確量檢測十分關鍵，并且SF6氣體狀態數據采樣模塊設計的專業性，對在線監測運行的穩定、準確性十分重要。

SF6氣體含量數據采樣模塊中，采用氣體壓強傳感器和溫度傳感器進行設計，用壓強、溫度傳感器對氣體的壓強和溫度進行采樣，利用SF6氣體的壓強、溫度和密度的關系，通過計算、分析得到其當前密度。

在確定壓強、溫度和密度關系的基礎上，該文按經驗公式對數據進行處理。采取了典型且比較實用的有Beattie-Bridgman經驗公式：

P=（RTB-A）×γ2+RT×γ （2）

其中：

A=73.882×10-5～5.132105×10-7；B=2.50695×10-3～ 2.12238×10-6；R=56.9502×10-5 bar·m3/K。式中：P為絕對壓強，bar；T為溫度，K；為密度，kg/m3。

根據Beattie-Bridgman公式可得，在獲取氣體的溫度和壓強值之后，去解一個一元三次的方程式，便可以求出當下氣體的密度值。

2.5 監控機界面顯示

監控機界面顯示如圖2所示。

其中，界面上各部分意義如下。

（1）5012或者5032表示斷路器名稱。

（2）A、B、C表示相別。

（3）SF6表示在線監測指標為SF6氣體的含量。

（4）監測壓力、監測密度、監測溫度表示監測的對象，當壓力值達到報警值時彈出對話框提示“漏氣”，從而提醒檢修人員進行檢漏和補氣。

（5）“0.00”是表示SF6在線監測系統未使用，當使用時數值顯示正常范圍值。

SF6氣體在線監測系統目的是在線監測氣體的各種運行參數，當超過參數閥值時發出報警命令，提醒運行人員到現場進行表計檢查。具體的監測內容如下。

（1）對現場檢測裝置工作電壓的監視，當電池工作電壓低于正常值時，彈出對話框報警，提示要及時充電或者更換電池。

（2）SF6氣體壓力的監視，目的是及時發現氣室的漏氣問題，盡快進行檢漏或補氣，避免事故范圍擴大。某變電站220 kVGIS設備斷路器氣體壓力正常值設為0.6 MPa，當氣壓低到0.55 MPa時報220 kV測控智能終端斷路器氣室低氣壓告警，監控主機彈出重要告警對話框提醒運行人員對開關氣室壓力進行檢查。

（3）對SF6氣體的含量做出判斷監視，當含量超出相應正常范圍時，提醒運行人員及時上報調度，酌情處理。

3 結語

該文重點介紹了SF6氣體檢測的原理、指標、方法及內容。在此基礎上，展開深入討論，以便進行斷路器的日常監測任務，并在出現問題時及時提醒運行人員解決。

SF6氣體的在線監測項目是一項精細項目，設備運行過程中的輕微異常都可以發現，具有很強的實踐意義，同時對電力行業的經濟效益有所提高，但是還存在一些問題需要我們去探索。

參考文獻

[1] 陳振生.SF6氣體的密度和濕度及泄漏在線檢測方法[J].江蘇電器，2006（5）：40-43，46.

[2] 張愛菊，李少雄.基于GPRS的SF6氣體監測系統的設計[J].高壓電器，2006（4）：265-267.

[3] 吳君健.SF6氣體狀態智能監測系統研制[D].華中科技大學，2007.