電力設(shè)備中SF6氣體的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)探討

劉琪 馬成軍 王飛

摘要：SF6氣體作為優(yōu)良的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于輸變電設(shè)備中。對(duì)于高壓斷路器、變壓器等主要輸變電設(shè)備中的SF6氣體，應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)要求：一是SF6氣體壓力應(yīng)達(dá)到額定水平;其次，SF6氣體中的含水率應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)定的要求。因此，在運(yùn)行中應(yīng)定期檢測(cè)SF6氣體的年漏氣率和含水率。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)備;SF6氣體;在線監(jiān)測(cè)技術(shù);探討分析

一、引言

當(dāng)設(shè)備內(nèi)的SF6氣體由于密封不良而泄漏，空氣壓力降低時(shí)，SF6氣體的絕緣性能和滅弧性能會(huì)降低。另一方面，當(dāng)SF6氣體中的水分含量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，水分會(huì)凝結(jié)在設(shè)備內(nèi)部的絕緣件表面，降低絕緣件的絕緣強(qiáng)度，導(dǎo)致表面放電。在電弧的作用下，SF6氣體會(huì)與濕氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生活性腐蝕性氣體，腐蝕絕緣部件，降低設(shè)備內(nèi)部絕緣，導(dǎo)致設(shè)備事故。如何有效監(jiān)測(cè)SF6氣體，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，一直是運(yùn)行單位非常關(guān)注的問(wèn)題。

二、前期的SF6氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)

根據(jù)對(duì)SF6氣體的初步研究，隨著壓力的增加，SF6氣體的絕緣性能增加了2。SF6氣體臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算公式如下：

因此，可以得出擊穿場(chǎng)強(qiáng)度E只與SF6氣體壓力P直接相關(guān)。基于這一理論，早期對(duì)SF6氣體的監(jiān)測(cè)只關(guān)注SF6氣體的壓力。以SF6斷路器為例，將傳統(tǒng)帶密度繼電器的氣壓計(jì)分為綠區(qū)、黃區(qū)、紅區(qū)三個(gè)區(qū)域來(lái)監(jiān)測(cè)SF6氣體的壓力。分別對(duì)應(yīng)SF6正常壓力、SF6低壓報(bào)警壓力、SF6低壓鎖定斷路器開(kāi)、合閘壓力。所述黃色區(qū)域和紅色區(qū)域分別設(shè)置有電觸點(diǎn)，電觸點(diǎn)連接在斷路器的信號(hào)回路和控制回路中。

當(dāng)電氣設(shè)備密封不良造成SF6氣體泄漏時(shí)，壓力表指針會(huì)隨著壓力下降而偏轉(zhuǎn)。當(dāng)壓力降至黃色區(qū)域時(shí)，接通與斷路器信號(hào)電路相連的電觸點(diǎn)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。若SF6氣體未及時(shí)加入，壓力持續(xù)降至紅色區(qū)域，則接斷路器控制回路連接的電觸點(diǎn)，啟動(dòng)中間繼電器，阻斷斷路器的開(kāi)合閘操作。對(duì)于非綜合自動(dòng)化的變電站，沒(méi)有SF6氣體壓力信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。同時(shí)，由于氣壓表抗震性能差，會(huì)使氣壓表指針卡死，電接點(diǎn)誤操作，降低了操作的可靠性。另外，氣壓計(jì)沒(méi)有反映斷路器年漏電率的大小。同時(shí)，壓力表不能反映SF6氣體的含水率。目前，廣泛使用的方法是使用露點(diǎn)儀進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)闇y(cè)試是按年周期執(zhí)行的，所以是離線監(jiān)控。同時(shí)，由于在檢測(cè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生SF6氣體的排放，不可避免的會(huì)造成環(huán)境污染。

三、目前應(yīng)用的SF6氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1SF6氣體密度的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

最近的研究表明，SF6氣體的絕緣滅弧性能不僅與空氣壓力有關(guān)，還與密度密切相關(guān)。

通過(guò)一系列測(cè)試結(jié)果相比，在SF6氣體密度不變，氣壓降低的情況下，最小電弧時(shí)間平均只增加了0.35m。與B和C的測(cè)試結(jié)果相比，在氣體壓力恒定、SF6氣體密度降低的情況下，最小電弧時(shí)間平均增加了1.2m。因此，SF6氣體的密度要比空氣壓力更能反映斷路器的絕對(duì)綠滅和滅弧性能。SF6氣體在線監(jiān)測(cè)的原理是通過(guò)壓力和溫度傳感器測(cè)量具有一定精度的氣體壓力和溫度，并通過(guò)SF6氣體狀態(tài)參數(shù)方程計(jì)算氣體密度。

當(dāng)壓力和溫度傳感器的精度滿(mǎn)足要求時(shí)，可以得到精確的氣體密度值，并可以監(jiān)測(cè)SF6氣體的泄漏。甚至高于氣體密度報(bào)警值，如果泄漏率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)在很短的時(shí)間內(nèi)，它也可以發(fā)送一個(gè)警報(bào)，這創(chuàng)造了條件，及時(shí)處理設(shè)備缺陷，減少了SF6氣體排放氣體，這有利于運(yùn)營(yíng)商的健康和環(huán)境保護(hù)。傳統(tǒng)的密度繼電器和壓力表無(wú)法達(dá)到上述監(jiān)測(cè)效果。目前國(guó)內(nèi)一些在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的應(yīng)用，通過(guò)壓力和溫度傳感器采集斷路器SF6氣體壓力和溫度的值，通過(guò)醫(yī)學(xué)數(shù)字量的轉(zhuǎn)換到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)數(shù)字運(yùn)算和溫度補(bǔ)償，得到了SF6氣體密度值在20℃。可以在本地PC上顯示密度值，也可以通過(guò)RS45與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的接口，將瓦斯密度、溫度數(shù)據(jù)以及報(bào)警信號(hào)、阻塞信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)瓦斯密度的在線監(jiān)測(cè)。

3.2 SF6氣體水分含量的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

SF6氣體含水率在20℃時(shí)，新設(shè)備與滅弧室相通的氣體室按《電氣設(shè)備切換測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》第6條規(guī)定不超過(guò)150uL/L;運(yùn)行設(shè)備依照本法規(guī)定的電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)程序，與滅弧室空氣室不大于300 ul / L最近的研究發(fā)現(xiàn)，SF6氣體上升的水分含量與環(huán)境溫度的增加，但沒(méi)有特定的允許標(biāo)準(zhǔn)，所以當(dāng)測(cè)試溫度和正常溫度，測(cè)試結(jié)果往往沒(méi)有可比性相去甚遠(yuǎn)。一些SF6高壓電器設(shè)備廠家已經(jīng)給出了SF6氣體含水率隨經(jīng)驗(yàn)溫度變化的曲線，使不同溫度下的檢測(cè)結(jié)果具有可比性，具有一定的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

SF6氣體含水率和密度在線監(jiān)測(cè)原理基本相同。水分在線監(jiān)測(cè)傳感器由三部分組成：濕度、溫度和壓力傳感器。單片機(jī)具有AD轉(zhuǎn)換功能，并通過(guò)RS485接口與PC機(jī)通信。該系統(tǒng)可多路采集斷路器SF6氣體參數(shù)值，并在數(shù)字操作的同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

濕度傳感器是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心。與空氣相比，SF6氣體中的水分含量非常低，所以測(cè)量時(shí)應(yīng)使用低混合傳感器。它既可以采用氧化鋁聚合物型傳感器，也可以采用電容式濕度傳感器。這些傳感器中的濕感材料根據(jù)周?chē)h(huán)境的相對(duì)濕度比例吸收和釋放水分子，改變介電常數(shù)，并通過(guò)電路反映不同的水分含量。

四、結(jié)語(yǔ)

在線監(jiān)測(cè)SF6氣體密度可以在短期內(nèi)監(jiān)測(cè)SF6氣體的絕緣性能，分析SF6氣體的泄漏率。對(duì)SF6氣體濕度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)SF6氣體中水分含量超標(biāo)的問(wèn)題。這對(duì)提高電力設(shè)備運(yùn)行可靠性和電力系統(tǒng)供電可靠性具有積極的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]洪德祥水分導(dǎo)致SF6電壓互感器爆炸電力設(shè)備，2017（3）：71-74.

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