SF6密度繼電器校驗結果縝密判定

段維志

（云南電網公司楚雄供電局 云南 楚雄 675000）

隨著SF6斷路器等新型高壓電氣開關設備在電力系統中大量運用，為了更好提高SF6斷路器設備的運行維護管理，在斷路器的檢修和工作中，對SF6氣體密度繼電器進行校驗也是必然，各家供電局也是全面進行該工作，提高對SF6氣體密度繼電器的校驗技能水平必然的。如何提高SF6氣體密度繼電器的校驗技能水平，其方法及校驗注意事項，要從SF6氣體密度繼電器工作原理做起，綜合環境等因素才能更好掌握校驗方法，對其校驗結果作縝密判定。

SF6斷路器中的SF6氣體是密封在一個固定容器內的，在20℃時的額定壓力下，它具有一定的密度值，在斷路器運行的各種允許條件范圍內，盡管SF6氣體的壓力隨著溫度的變化而變化，但是，SF6氣體的密度值始終不變。因為SF6斷路器的絕緣和滅弧性能在很大程度上取決于SF6氣體的純度和密度，所以，對SF6氣體純度的檢測和密度的監視顯得特別重要。如果采用普通壓力表來監視SF6氣體的泄漏，那就會分不清是由于真正存在泄漏還是由于環境溫度變化而造成SF6氣體的壓力變化。為了達到對SF6斷路器設備的日常運行、維護，國家標準規定，SF6斷路器應裝設壓力表或SF6氣體密度表和密度繼電器。壓力表或SF6氣體密度表是對SF6斷路器設備的日常運行、維護，密度繼電器是對斷路器運行，起到監測斷路器壓力，起到控制和保護作用的。

在SF6斷路器上裝設的SF6氣體密度表，帶指針及有刻度的稱為密度表；不帶指針及刻度的稱為密度繼電器或密度壓力開關；有的SF6氣體密度表也帶有電觸點，即兼作密度繼電器使用。它們都是用來測量SF6氣體的專用表計。

圖SF6氣體密度表的結構

SF6氣體密度表的結構原理。上圖所示的SF6氣體密度表主要由彈性金屬曲管1、齒輪機構和指針2、雙層金屬帶3 等零部件組成，實際上是在彈簧管式壓力表機構中加裝了雙層金屬帶而構成的。空心的彈性金屬曲管1 與斷路器相連，其內部空間與斷路器中的SF6氣體相通，彈性金屬曲管1 的端部與起溫度補償作用的雙金屬帶3 鉸鏈連接，雙層金屬帶3 與齒輪機構和指針機構2 鉸鏈連接。

SF6氣體密度表的工作原理

1 當密度表沒有安裝使用時，如果環境溫度是20℃，，指針2 指向0MPa，但如果環境溫度不是20℃時，因為雙層金屬帶3 是按照環境溫度與20℃的差進行補償的，所以，當環境溫度高于20℃時，雙層金屬帶3 伸長，其下端將向5 的方向發生位移，帶動齒輪機構和指針2 向密度或壓力指示值減小的方向移動，指針2 的讀數小于0MPa；否則，當環境溫度低于20℃時，齒輪機構和指針2 將向密度或壓力指示值增大的方向移動，指針2 的讀數大于0MP。

2 當向斷路器充SF6氣體的過程中，隨著氣體壓力的逐步升高，彈性金屬曲管1 的端部向4 的方向發生位移，雙層金屬帶3 始終按20℃進行補償，也隨著向4 的方向發生位移，帶動齒輪機構和指針2 向密度或壓力指示值增大的方向移動，其指示值變大。密度表或壓力表的指示值不僅與壓力有關，而且還與溫度有關。在對斷路器充SF6氣體過程中，由于SF6氣體突然膨脹降壓，溫度一般由環境溫度降至0℃以下，雙層金屬帶3 始終按20℃進行補償，而不能對SF6氣體的實際溫度與環境溫度之間的溫差進行補償，所以，在這種情況下，密度表的指示值即不能代表SF6氣體的實際溫度下的密度或壓力值，也不能代表環境溫度下的密度或壓力值，更不能代表20℃時的密度或壓力值。

3 當斷路器充入SF6氣體后，等待一段時間，使SF6斷路器內部溫度升高至與外部環境溫度達到平衡后，調整SF6氣體至額定密度或壓力值，這時，不管SF6氣體受環境溫度的影響使其壓力增大還是減小，由于雙層金屬帶3 的溫度補償作用，密度表的指針始終指向20℃時的額定壓力或密度值不變。

4 當斷路器退出運行后，如果斷路器內部SF6氣體的溫度與外部環境溫度達到平衡時，其指示的密度或壓力值將不隨外部環境溫度的變化而變化。當環境溫度升高時，斷路器內部SF6氣體的溫度也隨著升高，壓力也隨之增大，彈性金屬管1 的端部向4 的方向移動，有帶動指針向密度或壓力值增大的方向移動的趨勢，但是，由于雙層金屬帶3 隨環境溫度升高而伸長，其下端向5 的方向移動，那么，兩者的變化量完全抵消，其結果是指針的指示值不變，即：自動折算到20℃時的密度或壓力值保持不變，反之，當環境溫度降低時，指針的指示值也保持原來的密度或壓力值不變。

5 當斷路器由于某種原因，如漏氣或做試驗時取氣等，使SF6氣體質量減少，壓力變小，彈性金屬管1 的端部向5 的方向移動，環境溫度引起的壓力變化由雙層金屬帶3 進行補償，帶動指針2 向指示值減小的方向移動，其結果是指針指示的密度或壓力值變小。由于密度表帶有兩對電接點，供SF6氣體密度降低時發信號和閉鎖斷路器用，指針2 降到一定的位置就發補氣信號或閉鎖斷路器。

使用SF6氣體密度或壓力表的注意事項。密度表只有在SF6斷路器退出運行時，而且在斷路器內外溫度達到平衡之后，才能準確測量出SF6氣體的密度或壓力值；SF6斷路器在運行時，密度表讀數誤差的大小，取決于斷路器的負荷電流和回路電阻所引起的溫升的大小。

SF6氣體密度繼電器結構原理。SF6氣體密度繼電器主要是由兩個波紋管、標準SF6氣體包、微動開關觸點、杠桿等組成。C1-L1是作為SF6氣體降低時報警的電觸點63GA，C2-L2 是作為SF6氣體降低時閉鎖斷路器的電觸點63GL。

SF6氣體密度繼電器工作原理

1.它是以密封在波紋管1 外側的與斷路器中SF6氣體連通的SF6氣體包，通過以軸5 為支撐點的杠桿6，與密封在波紋管2 外側的標準氣體包3 進行比較，帶動微動開關電觸點4 動作，實現其發信號和閉鎖功能。

2.當斷路器退出運行時，而且斷路器中SF6氣體在額定密度或壓力時的溫度與外界環境溫度相等時，波紋管1 外側SF6氣體的狀態與波紋管2 外側標準SF6包3 的狀態相同，以軸5 為支撐點的杠桿6 保持在某一平衡位置，使微動開關電觸點4 在打開位置，隨著環境溫度的變化，兩側的SF6氣體的壓力同時發生變化，因此，作用在以軸5 為支撐點的杠桿仍然保持在某一平衡位置，微動開關電觸點4 仍然保持在打開位置不變。

3.當斷路器退出運行時，而且斷路器中SF6氣體的溫度與外界環境溫度相等時，如果斷路器泄漏SF6氣體，波紋管1 外側SF6氣體的壓力將會減小，波紋管2 外側的標準SF6氣體包3 的壓力保持不變，杠桿6 失去平衡，其結果兩端將會發生逆時針轉動，達到新的平衡位置，漏氣到一定程度時，就會使微動電接點4 不同功能的電觸點分別閉合，發出不同的指令或信號，實現其不同的功能。

4.當斷路器退出運行后，如果斷路器內部SF6氣體的溫度與外部環境溫度達到平衡時，其指示的密度或壓力值將不隨外部環境溫度的變化而變化。當環境溫度升高時，斷路器內部SF6氣體的溫度也隨著升高，壓力也隨之增大，彈性金屬管1 的端部向4 的方向移動，有帶動指針向密度或壓力值增大的方向移動的趨勢，但是，由于雙層金屬帶3 隨環境溫度升高而伸長，其下端向5 的方向移動，那么，兩者的變化量完全抵消，其結果是指針的指示值不變，即：自動折算到20℃時的密度或壓力值保持不變，反之，當環境溫度降低時，指針的指示值也保持原來的密度或壓力值不變。

使用SF6密度繼電器的注意事項。SF6氣體密度繼電器只有在斷路器退出運行時，而且在斷路器內外溫度達到平衡后，才能準確測量出SF6氣體的密度值；斷路器運行時，如果斷路器泄漏SF6氣體，由于溫升的作用，要比斷路器退出運行時泄漏更多的SF6氣體，才能夠使密度繼電器的電觸點閉合。

SF6斷路器密度表或密度繼電器的校驗，就是利用儀器自動折算出20℃時的SF6氣體壓力值，顯示出各種溫度和壓力下的密度值，與儀器模擬的各種壓力進行比較，以觀察電觸點的接觸情況，能否在低壓的規定值內發信號或閉鎖斷路器，來判斷SF6斷路器密度表或密度繼電器的好壞。

在對SF6斷路器的密度表和密度繼電器的校驗過程中，發現多臺斷路器的密度繼電器不合格，而尚未發現密度表不合格現象，造成密度繼電器不合格的原因可能是SF6標準氣體包由于帶著一根長長的細銅管，在安裝或檢修過程中，由于銅管的彎折或碰撞等原因造成標準SF6氣體包內的壓力增大而引起的；也可能是由于密度繼電器波紋管損壞，造成密度繼電器的標準氣體包漏氣，當斷路器泄漏SF6氣體時，C1-L1 和C2-L2 接點不能接通，致使密度繼電器失去作用，嚴重威脅設備的安全運行甚至是系統安全，建議將密度繼電器更換為密度表，一方面可以減少SF6氣體管道和接頭，即減少SF6氣體泄漏的機率；另方面可以提高設備的運行可靠性。

SF6斷路器是電力系統中重要的保護和控制元件，如果斷路器發生故障，將會造成很大的經濟損失，要保證斷路器運行的可靠性，就必須經常監視斷路器的各項指標，特別是SF6氣體，必須到達有關標準的規定，使SF6斷路器長期保持良好的工作狀態。

在SF6斷路器檢修工作中，對SF6氣體密度繼電器進行校驗，有試驗室校驗和現場校驗兩種校驗方法。在試驗室校驗由于溫濕度相對比較穩定，影響因素比較少，而現場校驗受現場條件的限制，對其校驗結果更要仔細分析，才能更好對其校驗結果作判斷。根據現在工作的要求，停電時間的限制，現場校驗方法就最常用的校驗方法。

現場校驗，首先要考慮現場環境溫濕度，特別是濕度，相對濕度不超過85%。如現場相對濕度過大，會影響SF6氣體密度繼電器接頭處水分和水蒸汽進入SF6斷路器的罐體內，影響SF6氣體微水檢測試驗不合格。

在《SF6氣體密度繼電器現場校驗作業指導書》要求：校驗前將SF6氣體密度繼電器靜置一段時間。是為防止SF6氣體密度繼電器里外溫度差的影響，造成密度繼電器誤差值增大，影響繼電器的校驗結果。如我局110kV 金山變電站進行了35kVSF6斷路器改造后。在夏天氣溫比較高時，發生了幾次氣壓低報警信號，但拆下來進行現場校驗時，密度繼電器校驗結果均合格。根據現場實際情況分析，是由于SF6氣體密度繼電器暴曬在太陽下繼電器的氣體升溫較快，罐體SF6氣體的溫度沒有受到環境溫度而變化，由于罐體和繼電器的溫度不一致，繼電器內溫度補償造成繼電器壓力表示指下降而發出氣壓低報警信號，與廠家回復的分析意見基本一致，后給SF6氣體密度繼電器加裝防雨罩后，再也沒發生過類似情況。

在校驗SF6氣體密度繼電器時，遇到（abs ±20℃)絕壓表的密度繼電器時，壓力值為相對壓力值，當被校驗的密度繼電器的報警值、閉鎖值及壓力指示值用絕對壓力值表示時，應把絕對壓力值（MPa）減去0.1 MPa 轉化為相對壓力值。例如ABB 公司的LTB145D型SF6斷路器（110kV），其密度繼電器報警值和閉鎖值用絕對壓力值表示，分別為0.45 ±0.01 MPa 和 0.43 ±0.01 MPa（絕對壓力值），則對應的報警值和閉鎖值的相對壓力分別為0.35 ±0.01 MPa 和 0.33 ±0.01 MPa。在 500kV和平變電站的500kVTA SF6氣體密度繼電器校驗時，報警值、閉鎖值及壓力示值的誤差均超過2.5%，后送到云南電力試驗研究院校驗，也是同樣的情況。TA 生產廠家將這批SF6氣體密度繼電器送到上海華東電力試驗研究院進行校驗，校驗結果均合格，后上海華東電力試驗研究院將結果致函云南電力試驗研究院，要求校驗結果考慮海拔因素，誤差值再加±0.02 MPa。

在SF6氣體密度繼電器校驗時，遇到充油的密度繼電器時，為減少海拔影響SF6密度繼電器的原因進行了分析，得出海拔的影響實質是大氣壓的影響。并提出了解決措施：在現場應將SF6密度繼電器的充油螺絲打開。

在SF6氣體密度繼電器校驗時，若校驗結果是：示值校驗，示值比標準壓力大，而報警值、閉鎖值校驗誤差是負誤差時，雖然校驗誤差不超差，但影響SF6斷路器的運行，因為等到發氣壓低報警信號時，罐體的壓力超過SF6斷路器的運行要求，會影響斷路器的正常運行；若示值校驗，示值比標準壓力小，而報警值、閉鎖值校驗誤差是正誤差時，雖然校驗誤差超差，但不影響SF6斷路器的正常運行。

在進行SF6氣體密度繼電器校驗時，要根據不同斷路器的密度繼電器型號，不同廠家的生產情況、環境溫度、海拔等因素綜合分析作出判定。不同的SF6氣體密度繼電器有不同的校驗注意事項，才能防止在密度繼電器校驗時作出錯誤的判定，既保證SF6斷路器的正常運行，同時又提高我們的校驗技能水平。

[1]高壓斷路器技術問答。

[2]西安高壓開關廠安裝使用說明書。

[3]JMD-1A型SF6氣體密度繼電器校驗儀使用說明書。

[4]《SF6氣體密度繼電器現場校驗作業指導書》。

[5]《高海拔對SF6密度繼電器及SF6充氣壓力值影響的研究》