SF6密度校驗及自動充放一體化裝置的研制

陳斯丹

摘要：變電站氣體絕緣組合電器GIS的絕緣介質為SF6氣體，壓力過高會縮短機械的壽命，而壓力過低有較大的絕緣隱患。SF6密度繼電器是監視GIS氣室SF6壓力的唯一設備，因此其準確度尤為重要。國家電網公司《新版十八項反措》防止GIS事故中明確要求GIS設備密度繼電器要具有不拆卸校驗功能，通過定期校驗SF6密度繼電器來及時發現故障、消除缺陷，做到早發現、早消除。

關鍵詞：SF6密度;自動充放;一體化

近年來，國家電網某分公司SF6密度繼電器校驗結果顯示，投運3年以上的國產開關使用的SF6密度監控裝置的不合格率超過30%，存在嚴重的安全隱患。如果不開展校表工作，一旦出現故障，就會誤閉鎖斷路器，若母線為單母線運行，則將引起母線全停的嚴重后果，影響電網的安全穩定運行，因此必須對SF6密度校驗工作引起足夠的重視。

通過隔離SF6氣體密度繼電器與SF6設備氣室，用特定的校驗儀對氣室SF6進行壓力校驗。基于SF6氣體特性及密度控制器溫度補償原理，分析并確定現場校驗壓力點，根據密度控制器與設備本體的連接方式提出校驗策略。免拆卸SF6斷路器通過檢測、充補氣裝置能在斷路器補氣前徹底排出補氣管內和系統內的空氣、水分及雜質，在充氣過程中系統氣體壓力達到額定值時能自動排氣報警。可見，國內關于SF6密度繼電器校驗的研究主要集中在本體閥門，對壓力校驗和充氣裝置的研究較少。

綜上所述，定期對SF6開展校驗工作勢在必行。基于此，本文研制SF6密度校驗及自動充放一體化裝置，可在系統發出報警或閉鎖信號時校驗氣室的實際壓力，同時免拆卸對原有表計進行讀數校驗，避免氣室壓力過低導致斷路器閉鎖引起母線全停事故;對GIS氣室進行氣體充放，壓力到達預設值時自動停止，消除了手動誤差，提高了電力系統的運行穩定性。

1 存在的問題

目前，SF6密度繼電器主要存在以下問題。

（1）由于GIS本體氣室接頭不滿足不拆卸，沒有不拆卸校驗的設備，因此校表工作不能正常展開，日常巡視無法判斷SF6密度繼電器是否已損壞，指針位置是否為氣室的真實壓力。

（2）當氣室SF6密度繼電器發出報警或閉鎖信號時，若指針已低至報警值或閉鎖值，則無法判斷是氣室的壓力降低還是SF6密度繼電器故障。若不測量真實壓力，就盲目對GIS氣室進行補氣，可能引起氣室壓力升高，不利于設備的安全穩定。

（3）在氣室SF6密度繼電器發出報警或閉鎖信號而指針處于正常值時，無法判斷是SF6密度繼電器指針卡澀故障還是信號接點損壞，不能掌握氣室內部的真實壓力。

（4）正常狀態下，GIS氣室壓力降低使SF6密度繼電器發出報警甚至閉鎖信號時，工作人員會對壓力降低的氣室進行補氣。傳統的SF6手動補氣操作采用經驗法結合現場觀察補氣至略高于額定氣壓值時手動停止，并不精確。

2 SF6密度繼電器結構及原理

SF6氣體密度繼電器是一種帶溫度補償的壓力控制器，能實時檢測電氣設備本體中SF6氣體密度的變化，在必要時還能發出報警和閉鎖控制信號，從而確保SF6氣體設備安全運行。

斷路器SF6氣體密度繼電器主要由波紋管、標準SF6氣體包、微動開關觸點、杠桿等組成，如圖1所示。C1-L1為SF6氣體降低時報警的電觸點，C2-L2為SF6氣體降低時閉鎖斷路器的電觸點，隔離開關SF6氣體密度繼電器無閉鎖功能。通過以軸為支撐點的杠桿，將密封在波紋管1外側與斷路器中SF6氣體連通的SF6氣體包與密封在波紋管2外側的標準SF6氣體包3進行比較，帶動微動開關電觸點動作，實現報警和閉鎖信號功能。

SF6密度繼電器往往是通過內部雙金屬片原理實現溫度補償的功能。常溫下，兩種膨脹系數不同的金屬合成一片，呈直線狀，受熱膨脹時，由于線伸長的差異，該雙金屬片會向一邊彎曲，彎曲行程與溫度成正比，由此達到自動溫度補償的效果。

3 SF6密度校驗及自動充放一體化裝置

3.1 密度校驗及自動充放裝置介紹

SF6密度校驗及自動充放裝置主要由標準校驗SF6密度繼電器、連接304不銹鋼G1/4閥門（含排氣閥、截止閥、充氣閥、本體連接閥等）、連接軟管、自動充放控制單元等構成。其中，標準表校驗精度達0.5%，額定電流為5 A，采樣速率為10次/秒，溫度范圍為-30～+80 ℃，是具有測量顯示一體、反應快、遲滯小的精密儀器。

3.2 GIS氣室的真實密度校驗

3.2.1 校驗功能介紹

SF6密度校驗及自動充放裝置具有不拆卸校驗SF6密度繼電器的功能，對于現場不滿足不拆卸校驗的連接閥，仍可對氣室SF6密度繼電器進行不拆卸校驗及真實壓力測量。在進行充放氣校驗工作時，執行20 ℃時±1.5%、非20 ℃時2.5%的技術標準。較準條件：環境濕度≤85%，壓力表工作條件靜置2 h以上。

3.2.2 SF6密度校驗策略

（1）不滿足不拆卸檢驗要求。

步驟：關閉排氣閥和充氣閥，打開截止閥，連接本體逆止閥接頭，即可得到氣室真實壓力并校驗密度繼電器讀數。

（2）本體滿足不拆卸校驗要求。

步驟：關閉排氣閥和充氣閥，關閉本體隔斷閥門，打開截止閥，連接本體接頭，打開隔斷閥門，即可得到校驗氣室真實壓力。保持本體隔斷閥門關閉，通過控制氣源及充放氣閥門，即可實現對原密度繼電器量程范圍內全覆蓋升降校驗。

3.3 自動啟停充放氣控制

傳統的人工充氣方式不能使壓力到達額定值，存在一定的誤差，本文設計的SF6密度校驗及自動充放裝置可手動設置額定值，到達額定值就自動停止，徹底消除充氣時產生的誤差，提高設備的運行可靠性。

3.3.1 原理介紹

自動充放氣裝置控制回路主要由空氣開關ZK、接觸器KM、按鈕SB、指示燈H、電磁閥DQ、AC 220 V數顯壓力表等構成。其中，數顯壓力表作為標準母表，精度高達0.5%，壓力在0～1 MPa之間任意調節，具有Lo1低壓報警、Hi1高壓斷開和Lo2低壓斷開、Hi2高壓報警兩對雙向控制接點，分別實現對電磁閥通斷和接觸器吸合的控制。

以充氣過程為例，當按下充氣啟動按鈕時，充氣接觸器KM1常開接點閉合使得常閉充氣電磁閥打開，此時氣源壓力高于氣室壓力，充氣得以進行;當氣室壓力到達預設值時，數顯壓力表控制接點使得黃灰常閉接點變常開，充氣接觸器線圈失電，電磁閥狀態轉變，充氣停止，實現自動充氣功能。放氣過程同理。進行充放氣操作遇突發情況時，可通過緊急停止按鈕即停即止。

3.3.2 充放氣策略

當GIS氣室壓力降低或升高，需進行充放氣操作時，具體步驟為：打開氣源，操作電源空開;設置充放氣Lo1低壓報警、Hi1高壓斷開和Lo2低壓斷開、Hi2高壓報警值;啟動充、放氣按鈕，觀察指示燈;數顯壓力表比較設定值與實際壓力;接觸器動作使常閉電磁閥打開，開始充氣或放氣;到達設定值時接觸器動作，使電磁閥失電并關閉;關閉操作電源及氣源;流程結束。

3.4 優點分析

（1）可不停電、不拆卸開展SF6密度繼電器校驗工作，儀器精度及可靠性高，可及時、快速發現可能存在的隱患。

（2）制作成本低，實現了充放氣操作的自動化，徹底消除誤差，使其準確運行于額定壓力，提高設備的使用壽命及設備的運行可靠性。

（3）充放氣操作均可預設0～1 MPa范圍的目標值，實用性強，適用范圍廣，精確度高，總體實用性強。

4 結語

本文研制的SF6密度校驗及自動充放一體化裝置可實現全站范圍內的SF6密度繼電器校驗和自動充放SF6氣體操作，可開展日常SF6密度繼電器校驗工作。該裝置將校驗得到的氣室真實壓力與本體表計相比較，進而判斷SF6密度繼電器是否已損壞，操作便捷，可靠性好;當氣室SF6密度繼電器發出報警或閉鎖信號時，可通過測量氣室的真實壓力，快速判斷是GIS氣室壓力已降低還是SF6密度繼電器故障，有利于提高工作效率;消除了對壓力降低的氣室進行補氣時帶來的壓力誤差，使設備準確運行于額定值，保證電力系統的安全穩定運行。

參考文獻

[1]羅學琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器[M].北京：中國電力出版社，1999.