220 kV開(kāi)關(guān)站GIS斷路器氣室密度繼電器改造及應(yīng)用

摘 要：SF6氣體密度繼電器作為GIS斷路器氣室不可或缺的一部分，其性能直接影響電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。對(duì)SF6氣體密度繼電器進(jìn)行定期校驗(yàn)是保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行的必要手段，調(diào)研國(guó)內(nèi)部分核電廠220 kV開(kāi)關(guān)站可知，部分項(xiàng)目未滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》，其原斷路器氣室設(shè)計(jì)未能實(shí)現(xiàn)三相分離和密度繼電器在線檢驗(yàn)功能。現(xiàn)以河南平高電氣GIS設(shè)備為例，通過(guò)選擇合適的校表閥，對(duì)原斷路器氣室密度繼電器進(jìn)行改造，并進(jìn)行相應(yīng)施工風(fēng)險(xiǎn)分析和控制，實(shí)現(xiàn)氣室故障準(zhǔn)確位置的快速判斷及在線檢驗(yàn)功能，以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：SF6氣體密度繼電器;220 kV開(kāi)關(guān)站;三相分離;在線檢驗(yàn);改造

1? ? 改造背景分析

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中的重要元件之一，在電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整及故障隔離中起重要作用，因此需對(duì)各個(gè)氣室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保每個(gè)氣室均處于安全運(yùn)行狀態(tài)。近幾年GIS設(shè)備重大缺陷多次發(fā)生，這些事故和隱患不僅給電網(wǎng)和人身安全帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也造成了不良的社會(huì)影響，最終給公司帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》[2]13.1.6規(guī)定：“六氟化硫密度繼電器與開(kāi)關(guān)設(shè)備本體之間的連接方式應(yīng)滿足不拆卸校驗(yàn)密度繼電器的要求……220 kV及以上GIS分箱結(jié)構(gòu)的斷路器每相應(yīng)安裝獨(dú)立的密度繼電器。”

目前國(guó)內(nèi)按“二十五項(xiàng)”要求進(jìn)行整改的發(fā)電廠數(shù)量較多，原設(shè)計(jì)暴露的主要缺陷包括：

（1）原設(shè)計(jì)斷路器氣室發(fā)生漏氣時(shí)無(wú)法迅速判斷具體是哪一相斷路器氣室發(fā)生故障，改造后可實(shí)現(xiàn)氣室故障準(zhǔn)確位置的快速判斷。

（2）當(dāng)某相斷路器發(fā)生故障時(shí)，因三相共管結(jié)構(gòu)，閃絡(luò)后產(chǎn)生的污染物會(huì)通過(guò)管道擴(kuò)散到其他兩相氣室，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。迅速判斷故障點(diǎn)，可減少斷路器故障時(shí)的維修工作。

（3）頻繁拆裝校驗(yàn)表計(jì)，可能導(dǎo)致密封性降低，從而影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性[3]。

（4）SF6密度繼電器需定期進(jìn)行校驗(yàn)，安裝校表閥后，可實(shí)現(xiàn)在線校驗(yàn)功能，降低人身傷害及設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

2? ? 調(diào)研與現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)研，陽(yáng)江、臺(tái)山、寧德、紅沿河、防城港、嶺澳等核電廠原斷路器氣室設(shè)計(jì)未能實(shí)現(xiàn)三相分離及密度繼電器在線檢驗(yàn)，雖采用不同的GIS設(shè)備，但均需對(duì)GIS斷路器氣室密度繼電器進(jìn)行改造，以保證電力生產(chǎn)工作的順利開(kāi)展。

國(guó)內(nèi)不滿足“二十五項(xiàng)”規(guī)定的核電廠，220 kV GIS雖根據(jù)《220 kV開(kāi)關(guān)站電氣設(shè)備預(yù)防性維修大綱》制訂了SF6密度繼電器定期校驗(yàn)項(xiàng)目，但校驗(yàn)時(shí)需要拆卸后再進(jìn)行，如果密封出現(xiàn)問(wèn)題則存在較大的人身傷害及設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)反復(fù)拆裝易使設(shè)備的密封性能下降，影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性（表1）。

由于帶壓力的SF6氣體對(duì)密封工藝要求較高，經(jīng)常拆卸及檢修操作極易對(duì)SF6法蘭密封面產(chǎn)生損傷，引起SF6氣體滲漏，存在較大的安全隱患。同時(shí)，許多場(chǎng)所因空間位置不夠，不能加裝校驗(yàn)裝配接頭，免拆卸校驗(yàn)的SF6密度繼電器可使電力檢修人員不用拆卸密度繼電器，就能方便地對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)，為操作帶來(lái)便利，大大提高工作效率，從而保證供電設(shè)備的正常運(yùn)行[5]。

紅沿河一期220 kV開(kāi)關(guān)站設(shè)備設(shè)計(jì)及建設(shè)較早，按原設(shè)計(jì)規(guī)范，斷路器單元沒(méi)有獨(dú)立的密度繼電器設(shè)計(jì)要求，故此一期設(shè)備斷路器單元A、B、C三相共用一個(gè)密度繼電器，通過(guò)聯(lián)管連接。該改造目前已部分完工，現(xiàn)已完成1號(hào)輔助變、2號(hào)輔助變、中路變3個(gè)間隔的斷路器氣室SF6氣體監(jiān)測(cè)回路改造工作。

陽(yáng)江核電廠220 kV TD開(kāi)關(guān)站GIS設(shè)備采用河南平高電氣股份有限公司產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)9個(gè)斷路器間隔，通過(guò)三相分離獨(dú)立安裝密度繼電器及安裝校表閥使斷路器氣室滿足相關(guān)條文要求。220 kV開(kāi)關(guān)站其余氣室的密度繼電器增加不拆卸校驗(yàn)功能，通過(guò)物項(xiàng)替代進(jìn)行。

防城港核電廠220 kV輔助開(kāi)關(guān)站斷路器氣室三相相通，共用一個(gè)氣室密度繼電器。初步設(shè)計(jì)方案將三相氣室之間連接的金屬管拆除，為每一相安裝帶有在線校驗(yàn)?zāi)K的SF6密度繼電器用以監(jiān)測(cè)氣室狀態(tài)，并增加相應(yīng)的報(bào)警和閉鎖回路。

3? ? 校表閥的選擇

校表閥在當(dāng)前市場(chǎng)上已經(jīng)具備成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[6]，GIS設(shè)備生產(chǎn)廠家均有自己成熟、合格的產(chǎn)品，如ABB、現(xiàn)代重工、ALSTOM、平高電氣、WIKA等。為保證GIS設(shè)備接口與密度繼電器接口匹配，一般采用原廠校表閥。

4? ? 改造方案

以河南平高電氣股份有限公司GIS設(shè)備為例，通過(guò)對(duì)斷路器氣室密度繼電器進(jìn)行三相分離，實(shí)現(xiàn)不拆卸校驗(yàn)功能。220 kV GIS改造前斷路器氣室密度繼電器裝配如圖1所示，連接塊與GIS本體相連，之間用銅管連接，在C相安裝一個(gè)SF6密度繼電器。共用的SF6密度繼電器與GIS設(shè)備本體之間通過(guò)逆止閥連接，無(wú)法實(shí)現(xiàn)不拆卸校驗(yàn)的要求。

4.1? ? 斷路器氣室SF6密度繼電器三相分離

拆除斷路器A、B、C相間氣路連接管，如圖2所示。

4.2? ? 密度表與校表閥連接、裝配

密度表與三通閥裝配如圖3所示。

在SF6密度繼電器與GIS氣室中間增加校表閥，校表閥外形及功能如下：

校表閥結(jié)構(gòu)如圖4所示，1通連接密度繼電器，2通與GIS本體連接，3通用于充放氣和校驗(yàn)、測(cè)試密度繼電器。校表閥轉(zhuǎn)動(dòng)手柄的閥桿密封采用波紋管不銹鋼焊接密封結(jié)構(gòu)，通過(guò)手柄旋轉(zhuǎn)操作波紋管外部閥桿帶動(dòng)波紋管內(nèi)部閥芯封堵閥口。通過(guò)加裝校表閥，可以在不拆卸密度表的情況下進(jìn)行在線校驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)工作方便、簡(jiǎn)單，避免了頻繁拆卸校驗(yàn)SF6密度繼電器帶來(lái)的安全隱患。

4.3? ? 密度表與氣室連接、裝配

將三通閥與斷路器自封接頭連接，斷路器單獨(dú)分相改造每個(gè)間隔，增加堵頭與接頭，保證氣體的密封性，如圖5所示。

圖6為現(xiàn)場(chǎng)密度繼電器與校表閥對(duì)接示意圖，校表閥配有PJ0104-D型接頭，與斷路器PJ0104-C型接頭可以匹配對(duì)接，利用彈簧的壓縮頂住接頭的密封圈進(jìn)行密封。當(dāng)兩個(gè)接頭對(duì)接時(shí)，中間接頭頂開(kāi)，氣體相通，但先前已完成密封，氣體不會(huì)溢出接頭以外。

4.4? ? 監(jiān)控信號(hào)反饋

斷路器A、B、C三相獨(dú)立安裝密度繼電器，通過(guò)二次電纜將新增A、B相密度繼電器的信號(hào)并聯(lián)接入斷路器匯控柜送至監(jiān)控室。

4.5? ? 功能再鑒定

現(xiàn)場(chǎng)功能再鑒定主要包括兩方面：

（1）使用SF6檢漏儀檢查密度繼電器與氣室接頭處，看有無(wú)氣體漏氣現(xiàn)象;

（2）對(duì)密度繼電器進(jìn)行充、放氣，測(cè)試設(shè)備的動(dòng)作壓力值。

5? ? 風(fēng)險(xiǎn)分析與管控

該改造方案不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生有害影響，但施工過(guò)程中存在設(shè)備接口漏氣、設(shè)備損傷、觸電、誤碰、異物等風(fēng)險(xiǎn)，施工前應(yīng)提前識(shí)別施工風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，制訂切實(shí)可行的施工風(fēng)險(xiǎn)分析說(shuō)明及預(yù)案。

5.1? ? 設(shè)備接口漏氣風(fēng)險(xiǎn)

（1）開(kāi)關(guān)站原接口處連接均配備逆止閥，在拆除銅管及安裝密度表過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。

（2）密度繼電器及校表閥采用不銹鋼密封，核心零部件彈簧管、機(jī)芯等零部件采用國(guó)際品牌，外形小巧，安裝方便，密封可靠，密度表最小刻度為0.02 MPa，接口尺寸與GIS設(shè)備尺寸相同，可以同步吻合接入。

5.2? ? 設(shè)備損傷風(fēng)險(xiǎn)

現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，安裝工藝不良可能造成校表閥形變、螺紋損傷導(dǎo)致GIS逆止閥接口及設(shè)備永久性損傷，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙及供貨廠家安裝說(shuō)明指導(dǎo)書進(jìn)行安裝，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中，設(shè)備廠家現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo)，確保安裝無(wú)誤。

5.3? ? 觸電、誤碰、異物風(fēng)險(xiǎn)

匯控柜內(nèi)工作嚴(yán)格落實(shí)防異物管理，接線前對(duì)芯線進(jìn)行絕緣包扎，設(shè)置工作區(qū)域，嚴(yán)禁跨邊界作業(yè)。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

該改造雖然不產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益，但改造后可實(shí)現(xiàn)三相斷路器間隔獨(dú)立監(jiān)視SF6氣體及在線校驗(yàn)SF6密度繼電器性能，方便后續(xù)日常運(yùn)行維修過(guò)程中對(duì)SF6密度繼電器的校驗(yàn)工作，減少施工時(shí)間及施工成本，同時(shí)可避免頻繁拆卸SF6密度繼電器帶來(lái)的安全隱患。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳林東.GIS設(shè)備缺陷分析及檢測(cè)技術(shù)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[2] 國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的通知：國(guó)能安全〔2014〕161號(hào)[A].

[3] 許紅燕，劉明明.六氟化硫密度繼電器連接方式的改進(jìn)[J].電世界，2017，58（3）：38.

[4] 黃雨嬋，黃波，陳明卿，等.SF6密度繼電器信號(hào)檢測(cè)接口裝置的研發(fā)與應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2020（1）：155-156.

[5] 龍軍，羅立波，蘇佳華，等.一種免拆卸校驗(yàn)的SF6氣體密度繼電器的研制[J].高壓電器，2019，55（7）：242-247.

[6] 林向宇，連和，黃進(jìn)德，等.GIS斷路器氣室密度繼電器分箱設(shè)置改造[J].電力安全技術(shù)，2018，20（11）：6-8.

收稿日期：2021-04-02

作者簡(jiǎn)介：吳志佳（1987—），男，廣東陽(yáng)江人，工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣改造。