段雨松+蔡曉龍+韓芝星

摘 要：文章對(duì)SF6氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)意義及項(xiàng)目進(jìn)行了闡述，并且引入了SF6在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，從系統(tǒng)組成、氣體采集、氣體診斷、氣體監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)內(nèi)容等方面論述了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的發(fā)展及現(xiàn)狀。SF6氣體智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行SF6氣體的日常監(jiān)測(cè)任務(wù)，以便在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)提醒運(yùn)行人員進(jìn)行處理。

關(guān)鍵詞：SF6 斷路器 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（c）-0033-02

1 引言

1.1 課題研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，如今居民生活的用電量不斷增加，在這個(gè)局勢(shì)下，保證電力系統(tǒng)設(shè)備的安全、維修至關(guān)重要。在電力系統(tǒng)設(shè)備中高壓斷路器是重要的開(kāi)關(guān)設(shè)備，目前GIS設(shè)備主要靠SF6氣體進(jìn)行絕緣，因此SF6在線(xiàn)監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

1.2 SF6氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的意義

目前，山西變電站電氣設(shè)備安全運(yùn)行是按照《六氟化硫電氣設(shè)備運(yùn)行、實(shí)驗(yàn)及檢修人員安全防護(hù)細(xì)則》和《氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)規(guī)程》中的要求進(jìn)行試驗(yàn)研究的，還要針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和該設(shè)備之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，這樣就可以判斷出來(lái)該設(shè)備的變化規(guī)律和趨勢(shì)變化，這樣就可以判斷是否讓該設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。

據(jù)經(jīng)驗(yàn)，SF6氣體的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，不僅可以診斷出電力設(shè)備系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，還可以為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障，具體如下。

（1）發(fā)現(xiàn)安全隱患，全面預(yù)防事故發(fā)生。根據(jù)SF6氣體的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以判斷電力系統(tǒng)是否有不同于往常的狀態(tài)。

（2）SF6氣體的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，可以節(jié)約時(shí)間，提高效率。面對(duì)電力設(shè)備的停電實(shí)驗(yàn)，不僅耗時(shí)而且浪費(fèi)經(jīng)費(fèi)，有了SF6氣體的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目就可以免去這一系列的問(wèn)題。

（3）可以達(dá)到及時(shí)關(guān)閉老化或者有運(yùn)行問(wèn)題的設(shè)備。電力設(shè)備用的時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)出現(xiàn)老化的問(wèn)題，而我們不能立馬覺(jué)察到，如果利用SF6氣體的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換。

1.3 SF6氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目探究

SF6氣體，檢測(cè)的項(xiàng)目包括以下幾個(gè)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(cè)。

在上述檢測(cè)項(xiàng)目中，（1）針對(duì)的是GIS設(shè)備內(nèi)SF6氣體的壓強(qiáng)大小。（2）針對(duì)的是SF6氣體的密集程度。（3）針對(duì)的是SF6氣體的濕度狀態(tài)。（4）針對(duì)的是SF6氣體的絕緣局部隱形缺陷及故障的監(jiān)測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)SF6氣壓達(dá)到報(bào)警值時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，與此同時(shí)計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷，并預(yù)報(bào)出來(lái)，其運(yùn)行資料也會(huì)被數(shù)據(jù)庫(kù)第一時(shí)間存儲(chǔ)，這樣可以為GIS設(shè)備的安全運(yùn)行維護(hù)與管理提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

2 SF6氣體監(jiān)測(cè)

2.1 SF6氣體狀態(tài)采集

在穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測(cè)量中，SF6氣體狀態(tài)的監(jiān)測(cè)最為重要。SF6氣體的壓力，可以反映GIS設(shè)備氣室的氣密性，從而間接反映它的絕緣強(qiáng)度；SF6的濕度不僅可以直接影響設(shè)備絕緣強(qiáng)度，而且在濕度較高時(shí)，還容易引起SF6氣體的水解，生成具有腐蝕性的有害物質(zhì)，影響滅弧室以及相鄰氣室；還會(huì)生成難以去除的硫化物附著在動(dòng)、靜觸頭上，嚴(yán)重影響觸頭的接觸電阻阻值大小。SF6氣體狀態(tài)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(tài)，一般的濕度傳感器測(cè)量水分的相對(duì)濕度難以滿(mǎn)足測(cè)量要求，而露點(diǎn)測(cè)量法，則通過(guò)測(cè)量微水環(huán)境下的結(jié)露溫度來(lái)間接測(cè)量氣體中水分含量。某站采用JCJ200M露點(diǎn)傳感器（工作電壓為24 V），該傳感器穩(wěn)定性好，測(cè)量精度高，后期維護(hù)簡(jiǎn)單，且成本較低。我們?cè)赟F6氣室的閥門(mén)處安裝了一個(gè)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(nèi)。其輸出信號(hào)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?cè)跍y(cè)量SF6氣體壓力時(shí)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(shí)Vout變化范圍為1～5 V。設(shè)Pmax為1.0 MPa，則實(shí)際壓力P根據(jù)下式計(jì)算得到：

實(shí)際壓力P=（Vout-1）×（Pmax/4） （1）

2.2 氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法

近年來(lái)，數(shù)字式SF6氣體密度監(jiān)測(cè)儀也開(kāi)始出現(xiàn)，其通過(guò)一定精度的壓力和溫度傳感器，能直接測(cè)量出氣體的壓力以及溫度。測(cè)量的方法包括重量法、電解法、露點(diǎn)法、電容法等，其中電解法和露點(diǎn)法為國(guó)際電工委員會(huì)推薦的日常測(cè)量方法。

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

（2）露點(diǎn)法。通過(guò)測(cè)量SF6氣體的露點(diǎn)從而確定SF6氣體的含水量。

2.3 SF6氣體監(jiān)測(cè)指標(biāo)

某變電站，SF6氣體工作狀態(tài)的主要參數(shù)指標(biāo)如下（以某站斷路器為例）。

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

（2）系統(tǒng)工作環(huán)境為：-20 ℃～40 ℃。

（3）氣體測(cè)量結(jié)果顯示方式：20 ℃時(shí)的等效壓力（依據(jù)溫度曲線(xiàn)進(jìn)行補(bǔ)償）。

（4）報(bào)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(cè)的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)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(gè)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中，SF6氣體含量的準(zhǔn)確量檢測(cè)十分關(guān)鍵，并且SF6氣體狀態(tài)數(shù)據(jù)采樣模塊設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)性，對(duì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)運(yùn)行的穩(wěn)定、準(zhǔn)確性十分重要。

SF6氣體含量數(shù)據(jù)采樣模塊中，采用氣體壓強(qiáng)傳感器和溫度傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，用壓強(qiáng)、溫度傳感器對(duì)氣體的壓強(qiáng)和溫度進(jìn)行采樣，利用SF6氣體的壓強(qiáng)、溫度和密度的關(guān)系，通過(guò)計(jì)算、分析得到其當(dāng)前密度。

在確定壓強(qiáng)、溫度和密度關(guān)系的基礎(chǔ)上，該文按經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。采取了典型且比較實(shí)用的有Beattie-Bridgman經(jīng)驗(yàn)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(duì)壓強(qiáng)，bar；T為溫度，K；為密度，kg/m3。

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

2.5 監(jiān)控機(jī)界面顯示

監(jiān)控機(jī)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(chēng)。

（2）A、B、C表示相別。

（3）SF6表示在線(xiàn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)為SF6氣體的含量。

（4）監(jiān)測(cè)壓力、監(jiān)測(cè)密度、監(jiān)測(cè)溫度表示監(jiān)測(cè)的對(duì)象，當(dāng)壓力值達(dá)到報(bào)警值時(shí)彈出對(duì)話(huà)框提示“漏氣”，從而提醒檢修人員進(jìn)行檢漏和補(bǔ)氣。

（5）“0.00”是表示SF6在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)未使用，當(dāng)使用時(shí)數(shù)值顯示正常范圍值。

SF6氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目的是在線(xiàn)監(jiān)測(cè)氣體的各種運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)超過(guò)參數(shù)閥值時(shí)發(fā)出報(bào)警命令，提醒運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行表計(jì)檢查。具體的監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下。

（1）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置工作電壓的監(jiān)視，當(dāng)電池工作電壓低于正常值時(shí)，彈出對(duì)話(huà)框報(bào)警，提示要及時(shí)充電或者更換電池。

（2）SF6氣體壓力的監(jiān)視，目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣室的漏氣問(wèn)題，盡快進(jìn)行檢漏或補(bǔ)氣，避免事故范圍擴(kuò)大。某變電站220 kVGIS設(shè)備斷路器氣體壓力正常值設(shè)為0.6 MPa，當(dāng)氣壓低到0.55 MPa時(shí)報(bào)220 kV測(cè)控智能終端斷路器氣室低氣壓告警，監(jiān)控主機(jī)彈出重要告警對(duì)話(huà)框提醒運(yùn)行人員對(duì)開(kāi)關(guān)氣室壓力進(jìn)行檢查。

（3）對(duì)SF6氣體的含量做出判斷監(jiān)視，當(dāng)含量超出相應(yīng)正常范圍時(shí)，提醒運(yùn)行人員及時(shí)上報(bào)調(diào)度，酌情處理。

3 結(jié)語(yǔ)

該文重點(diǎn)介紹了SF6氣體檢測(cè)的原理、指標(biāo)、方法及內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，展開(kāi)深入討論，以便進(jìn)行斷路器的日常監(jiān)測(cè)任務(wù)，并在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)提醒運(yùn)行人員解決。

SF6氣體的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目是一項(xiàng)精細(xì)項(xiàng)目，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的輕微異常都可以發(fā)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐意義，同時(shí)對(duì)電力行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有所提高，但是還存在一些問(wèn)題需要我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

參考文獻(xiàn)

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