新型SF6 密度繼電器校驗閥門狀態指示裝置的研制

朱耀宇，劉華臣，崔家祥

（國網河南省電力公司直流中心，河南鄭州 450000）

0 引言

SF6氣體因其具有良好的電氣絕緣性能及優異的滅弧性能而被廣泛應用在變電站GIS 等高壓開關設備中，對高壓設備的穩定運行和可靠開斷起著至關重要的作用[1]。GIS 設備通過不同的SF6氣室將不同的電氣設備隔離開來，不同氣室的壓力也不同，一般開關氣室壓力最高，隔離開關、接地刀閘及電流互感器氣室壓力次之，母線氣室壓力最低[2]。GIS 氣室中壓力過高會縮短設備的壽命，而壓力過低有較大的絕緣隱患，因此需要對氣室壓力進行監測，以便及時了解氣室變化從而采取進一步的處理措施[3]。

目前常用的監測方法是在氣室上安裝SF6密度繼電器來監視壓力，通過監測氣室密度來反映氣室的壓力變化。SF6氣體密度繼電器是監測已投運電氣設備內氣體密度的唯一元件，對保證運行開關設備和電力系統的安全運行具有重大意義[4]。因此，各級標準中均明確規定，應定期對其進行校驗，確保其正常工作[5]。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[6]。

在SF6密度繼電器的校檢方面，國內各大機構進行了一系列相關研究。文獻［7］研制了一種新型手持式SF6密度繼電器校核儀，由信號變送器和檢測主機組成，采用射頻技術互聯，信號變送器以快接插頭方式與密度繼電器和二次線纜雙向連接，可獲取、傳輸和發射信號，檢測主機采用單片機控制微型電動氣缸并進行壓力調節，自動采集存儲數據，該校核儀接線快捷、使用方便，實現了信號變送器和檢測主機無線連接,校驗與校核同步測試，極大提高了工作效率。文獻［8］研制了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事故擴大；在氣室充放氣體時，壓力到達預設值即自動停止，從而消除手動誤差。文獻［9］強調定期校驗的重要性，并論述SF6氣體密度繼電器的結構、原理、校驗方法和現場校驗注意事項。文獻［10］闡述了一種適用于SF6密度繼電器與SF6氣室的連接裝置，無須拆卸繼電器即可進行校驗或更換，可以避免因拆卸而引起密封面、密封圈損壞，便于現場人員對開關進行測微水、現場分解產物檢測和補氣操作，同時還具有外形新穎、體積小、重量輕、安裝簡單方便的優點，一人即可獨立操作，操作安全，既省時又省力。文獻［11］闡述了現場對SF6電氣設備的繼電器進行定期校驗的必要性，并綜合分析了SF6氣體密度繼電器現場校驗中存在的問題；研制了不需要校驗裝配接頭的免拆卸校驗的SF6氣體密度繼電器，不用拆卸密度繼電器，就能對繼電器進行校驗。文獻［12］介紹校驗工作原理，對日常工作中如何進行SF6氣體密度繼電器校驗工作分析研究，為相關工作者提供參考借鑒。文獻［13］提出并研制了SF6氣體密度繼電器校驗用的裝配接頭，該裝配接頭可以在同一個接口對SF6電氣設備進行充氣以及微水測試或自動關斷SF6電氣設備的SF6氣路對密度繼電器進行校驗，不用拆卸密度繼電器接頭座或密度繼電器，就能對SF6氣體密度繼電器進行方便校驗，可以徹底防止誤操作。由上述研究現狀可知，國內關于SF6密度繼電器校驗的研究主要集中在原理分析與校驗儀的研制，對于SF6密度繼電器校驗閥門的研究較少，缺少針對檢驗閥門指示裝置的研究。

綜上所述，定期對SF6密度開展校驗工作勢在必行。因此，本文研制兩種新型SF6密度繼電器校驗閥門狀態指示裝置，通過閥門打開和關閉狀態下的操作閥桿縱向運動行程或旋轉運動角度變化，更加直觀地指示密度繼電器校表閥門開閉狀態，避免因密度繼電器未能正確反應SF6氣室壓力導致的潛在安全事故發生。

1 SF6 密度繼電器校檢方法與存在的問題

1.1 校檢方法

測量校檢時，按照圖1 所示的接線圖，現場核對SF6密度繼電器氣路結構，確認電氣設備在檢修狀態后，首先關閉閥門V1 和閥門V2，隔離SF6氣體密度繼電器氣路與電氣設備SF6氣室。將密度繼電器校驗儀出氣端連接至閥門V2，進氣端通過減壓閥連接至SF6氣瓶，打開閥門V2，按照SF6密度繼電器校驗儀的操作規程對密度繼電器進行觸點動作值和切換值的測量，將儀器歸算到20 ℃時的壓力動作值與額定動作值進行比較后，判斷密度繼電器是否滿足規定的允許誤差，計算出切換值比對密度繼電器是否合格。

圖1 SF6 氣體密度繼電器現場校驗接線圖

1.2 存在的問題

根據規程要求，SF6氣體密度繼電器需按周期開展定期校驗，校驗時需手動關閉密度繼電器與主設備連通的氣體閥門，打開校表進氣口校驗工作完成后，由于密度繼電器尚殘留所充用于校驗的SF6氣體，密度繼電器顯示壓力正常。氣體密度繼電器校表閥為多圈鎖緊結構，無明確的校表閥門開閉位置指示。

由于沒有提醒措施，試驗人員往往會誤認為連通主設備的氣體閥門已經打開，而漏掉氣體閥門的打開操作，導致變電站密度繼電器與主設備未連通，處于無作用工作狀態，不能實時監測設備內部壓力，并曾導致密度繼電器感應環境變化誤報警，給變電站氣體絕緣的主設備運行帶來安全隱患。因此需要研制新型SF6密度繼電器校驗閥門狀態指示裝置，更加直觀地指示密度繼電器校表閥門開閉狀態，避免因密度繼電器未能正確反應SF6氣室壓力導致的潛在安全事故發生。

圖2 所示為現場常用的兩種氣室閥門。其中，閥門1的閥蓋旋轉時豎直方向有位移即閥蓋會隨著閥門的開閉上下移動且閥蓋為鏤空結構，而閥門2 的閥蓋旋轉時豎直方向無位移即閥蓋不會隨著閥門的開閉上下移動，且閥蓋為實心結構，外圍有防滑齒，但齒距較小。根據這兩種閥門的特點，分別設計閥門狀態指示裝置。設計方案如圖3、圖4 所示。

圖2 氣室閥門

圖3 閥門1 狀態指示裝置設計方案

圖4 閥門2 狀態指示裝置設計方案

2 閥門狀態指示裝置設計方案

2.1 閥門1 指示裝置設計方案

由于閥門1 開關狀態轉換時閥桿有縱向運動行程，因此利用該縱向行程變化直觀表征閥門的狀態。在鏤空手輪下方安裝絕緣套筒，該套筒與手輪聯動，且高度小于閥門手輪從打開到完全關閉時的最大位移距離。絕緣套筒兩側安裝兩個水平連接件，左側連接件與指示針相連，右側與非自鎖開關按壓裝置相連。當閥門打開時，手輪與絕緣套筒均位于上方，指針位于指示盤上方紅色區域，右側開關未被按壓，電路未接通，指示燈滅。當閥門關閉時，手輪與絕緣套筒均位于下方，指針位于指示盤下方綠色區域，右側開關被按壓，電路接通，指示燈亮。

左側連接件、指示針與指示盤構成指示裝置中的機械指示，右側連接件、非自鎖開關、指示燈與電源共同構成指示裝置中的電氣指示。機械指示中的指示盤選用區分明顯的矩形紅綠表盤。電氣指示中的指示燈選用低功耗的綠色發光二極管，電源選用體積小、拆卸方便、續航時間長的太陽能貼片電池。機械指示和電氣指示裝置均安裝在手輪下方，不會影響閥門的正常使用。

2.2 閥門2 指示裝置設計方案

由于閥門2 開關狀態轉換時閥桿沒有縱向運動行程，只有旋轉角度變化，只能利用旋轉角度表征閥門的狀態。但原有手輪由于齒距較小，無法有效轉換閥門的旋轉角度，并且若直接在手輪上改進，會影響閥門的正常使用，因此該類閥門采用特制手輪。該手輪較之現有的手輪，總體厚度并未改變，不會影響閥門正常使用。手輪下部結構為齒距較大的齒輪結構。手輪下方為固定的冠狀齒輪，二者可緊密咬合，目的是將水平方向的轉動量轉化為豎直方向上的變化量。指示針及表盤與冠狀齒輪同軸安裝。

當閥門關閉時，指針位于綠色區域，表示處于關閉狀態，反之位于紅色區域，表示處于打開狀態。冠狀齒輪下方為齒輪導軌，當閥門關閉時，冠狀齒輪使導軌處于向右推動的狀態。此時，導軌按壓電氣指示裝置中的開關，使其閉合，電路導通，指示燈亮，表示閥門處于閉合狀態。反之，導軌在原位，未按壓開關，指示燈滅，表示閥門處于打開狀態。

冠狀齒輪、指示針與指示盤構成指示裝置中的機械指示，齒輪導軌、非自鎖開關、指示燈與電源共同構成指示裝置中的電氣指示。機械指示中的指示盤選用區分明顯的圓形紅綠表盤。電氣指示中的指示燈選用低功耗的綠色發光二極管，電源選用體積小、拆卸方便、續航時間長的太陽能貼片電池。機械指示和電氣指示裝置均安裝在手輪下方，不會影響閥門的正常使用。

3 閥門狀態指示裝置應用特點

兩套閥門狀態指示裝置結構簡單，成本低，適用性強，采用機械指示和電氣指示兩種提醒方式，對試驗人員進行警示，可以幫助運維人員更加直接地觀察閥門狀態，保證主設備的安全運行。應用閥門狀態指示裝置可以避免在完成校準試驗后忘記恢復氣體閥門的問題，避免檢修后因閥門未打開造成斷路器閉鎖風險，造成密度繼電器感應環境變化誤報警，給變電站氣體絕緣的主設備運行帶來安全隱患，避免氣室壓力過低導致斷路器閉鎖引起事故擴大，提高了電力系統GIS 設備的可靠性，保證電網的安全穩定運行。

此外，該裝置操作方便，可以大幅縮減驗收時間，提升檢修效率，直觀展示閥門狀態，便于員工培訓，提高員工技能。同時，該裝置可廣泛應用于特高壓直流輸電工程，具有一定的推廣價值。

4 結束語

本文針對現有SF6密度繼電器氣體閥門缺失明確狀態指示的問題，基于左右兩側不同結構的氣室閥門，設計了兩種閥門狀態指示裝置，分別利用閥門打開和關閉狀態下的操作閥桿縱向運動行程變化和旋轉運動角度變化，配合裝置中的電氣指示與機械指示，直觀地反應密度繼電器校表閥門開閉狀態。該裝置有助于運維人員更加直接確認閥門開閉狀態，從而降低事故風險，提高驗收效率。