SF6氣體微水在線檢測裝置研究

荊 錯，馮新巖，曹 剛

（山東電力超高壓公司，山東 濟(jì)南 250021）

0 概述

SF6用氣體絕緣介質(zhì)始于20世紀(jì)50年代初。由于這種氣體的優(yōu)異特性，在60～70年代，SF6氣體已廣泛用于超高壓大容量電力系統(tǒng)中。在設(shè)備運(yùn)行過程中，當(dāng)SF6氣體的含水量過高時，會危及電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，主要表現(xiàn)在SF6氣體在電弧下的分解物遇水會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成具有強(qiáng)腐蝕性分解物等，會腐蝕損壞絕緣件；在溫度降低時可能形成凝露水，使絕緣件表面絕緣強(qiáng)度顯著降低甚至閃絡(luò)[1]。國內(nèi)外都曾出現(xiàn)過因高濕度引起內(nèi)部故障而導(dǎo)致高壓斷路器爆炸的事故，因此控制電氣設(shè)備中SF6的水分（斷路器更為關(guān)鍵）對安全可靠運(yùn)行關(guān)系重大。

1 氣體微水的測量

電力系統(tǒng)測量SF6氣體絕緣設(shè)備中濕度的測量方法有電解法、冷凝露點(diǎn)法和阻容法等[2]。變電站內(nèi)SF6氣體微水的現(xiàn)場檢測，大多采用便攜式精密微水儀進(jìn)行。用此方法測量，每次檢測都必須停電進(jìn)行，無法實(shí)時顯示，但是在現(xiàn)場設(shè)備中有些氣室難以停電，如GIS雙母線刀閘氣室。這給SF6氣體微水測量帶來很大難度。測量時，一旦接口處理不好造成氣體大量泄漏會給人員及設(shè)備帶來很大危險，因此多數(shù)單位禁止帶電測量SF6氣體含水量。

SF6氣體微水在線檢測，儀器結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，安裝在設(shè)備上后，無需停電，不需要排放氣體就可以測量，相對其他測量方法，在線測試可以減少很多繁瑣的測量步驟，節(jié)省開支，對電力設(shè)備的安全可靠運(yùn)行有重要意義。

2 在線監(jiān)測儀器的設(shè)計原理

SF6氣體微水在線檢測系統(tǒng)設(shè)計采用總線式分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)計分為過程層和控制層。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

過程層包括SF6氣體微水、溫度、及壓力傳感器監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)對被測設(shè)備SF6氣體狀態(tài)（微水、溫度、壓力）的自動采集、信號處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的預(yù)處理和報警功能，并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行就地數(shù)字化顯示和緩存，存儲量至少能存儲3個月的數(shù)據(jù)。

控制層由于考慮到便于拆卸的要求及將來在線檢測擴(kuò)展可能需加裝間隔層對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的需要，采用了現(xiàn)場工作平臺采集模式。工作平臺與過程層通過RS485接口通訊，能夠采集在線檢測裝置內(nèi)部緩存數(shù)據(jù)，并隨時對檢測裝置發(fā)出采集指令。數(shù)據(jù)處理軟件具有微水值、溫度及壓力變化曲線圖繪制功能。

圖1 系統(tǒng)框架圖

2.1 系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)

為保證SF6氣體微水在線檢測系統(tǒng)符合要求，在線檢測儀按照《高壓開關(guān)設(shè)備管理規(guī)定》、《高壓開關(guān)設(shè)備反事故技術(shù)措施》和《高壓開關(guān)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督管理辦法》（發(fā)輸電[1999]72號）以及GB/T8905-1996等中規(guī)定來設(shè)計[3]，系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)如下。

1）壓力測量范圍：-0.100～0.900 MPa（表壓）

2）壓力測量精度：≤±0.3%FS

3）露點(diǎn)溫度測量范圍：-80～60 ℃

4）露點(diǎn)溫度測量精度：±3℃

5）微水測量范圍：70～20 000 ppm

6）報警門限：0.550 MPa、300 ppm（或根據(jù)設(shè)備需要設(shè)置）

7）閉鎖門限：0.500 MPa（或根據(jù)設(shè)備需要設(shè)置）

8）通信接口：RS485

9）各繼電器接點(diǎn)容量：3A/250VAC、3A/30VDC

10）電源電壓：AC（220±15%）V

11）溫度分辨率：0.1 ℃

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)主機(jī)。主機(jī)必須具備優(yōu)異的電磁兼容性能、機(jī)械抗震抗沖擊性能和外殼防塵、防水性能，并具有自診斷和大容量數(shù)據(jù)存儲功能，設(shè)計采用軍工級的IC芯片和使用多層電路板的PCB設(shè)計，并采用獨(dú)特的抗干擾電路措施，以滿足SF6在線微水檢測儀在抗干擾和穩(wěn)定性方面具有優(yōu)異的性能。

傳感器選擇。經(jīng)綜合分析對比了當(dāng)前SF6氣體微水檢測應(yīng)用較普遍的鏡面?zhèn)鞲衅鳌⒀趸X阻容傳感器及高分子膜傳感器，經(jīng)過分析對比，確認(rèn)前兩類只適合常規(guī)測試，不能在在線檢測氣體不流動狀態(tài)下檢測，只有高分子膜傳感器能滿足要求。因此采用了高分子膜傳感器。

3 現(xiàn)場安裝、測試和使用情況

3.1 現(xiàn)場安裝

在線檢測裝置要求有良好的密封性，不影響設(shè)備運(yùn)行，同時不能影響設(shè)備正常充氣補(bǔ)氣及常規(guī)氣體微水測試。設(shè)計采用三通閥安裝方式，一端裝在設(shè)備補(bǔ)氣口處，一端連接SF6氣體微水在線檢測裝置，還有一端安裝式充氣嘴，以滿足上述要求。

圖2 現(xiàn)場安裝位置

SF6氣體微水在線檢測儀采用三通閥安裝，在線測試的同時可以進(jìn)行常規(guī)停電測量。SF6氣體微水在線檢測裝置主機(jī)通過三通閥分別安裝在一次設(shè)備上。通訊裝置為了滿足防塵和防水需求，安裝在斷路器端子箱內(nèi)。

3.2 儀器測試

在線檢測裝置安裝后，按照規(guī)程規(guī)定，將全部在線檢測裝置進(jìn)行了包扎法檢漏測試。包扎24 h后，采用LM2000-Ⅲ型SF6定量檢漏儀對在線檢測儀進(jìn)行檢漏，檢漏結(jié)果符合規(guī)程規(guī)定，證明裝置自身及安裝密封性滿足要求。

為了驗(yàn)證在線檢測儀器的準(zhǔn)確性，使用RA60FAD SF6氣體分析儀對設(shè)備進(jìn)行常規(guī)測試并與在線檢測裝置顯示結(jié)果進(jìn)行對比，測量結(jié)果如表1所示（顯示均為換算至20℃）。

表1 對比測試數(shù)據(jù)

通過對比可以看出，在線檢測儀和現(xiàn)在使用的離線式的儀器測量結(jié)果上相差不大，不會影響對結(jié)果的判斷，精度達(dá)到了工程使用要求。

3.3 儀器使用

氣體微水在線檢測儀在經(jīng)過設(shè)備調(diào)試和軟件調(diào)試后投入使用。該儀器實(shí)時顯示氣室內(nèi)的壓力、溫度和氣體微水值。儀器安裝運(yùn)行了一段時間后，經(jīng)過數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲，將數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)庫中，并通過現(xiàn)場工作平臺采集進(jìn)行分析。

在儀器的軟件上，加入了實(shí)時檢測、歷史查詢等功能，通過便捷的人機(jī)交互界面，對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的分析和處理。并通過控制軟件，查看被測設(shè)備SF6中的微水值、壓力變化數(shù)據(jù)（均已換算至20℃）以及歷史數(shù)據(jù)曲線。

4 結(jié)語

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，SF6設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛。SF6作為使用越來越廣泛的絕緣氣體，各供電部門對SF6氣體微水的在線檢測設(shè)備的需求也越來越多。

通過SF6氣體在線檢測可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，避免設(shè)備故障帶來的大量損失。可以有針對性的重點(diǎn)監(jiān)測某些含水量增大的氣室或有泄漏的氣室，增強(qiáng)設(shè)備安全運(yùn)行系數(shù)，提高設(shè)備的可靠性，減少工作量。SF6微水監(jiān)測設(shè)備，減少了檢修工作量，減少了設(shè)備停電時間及人員出差次數(shù)。在線檢測會減少定期巡檢時SF6取氣造成的環(huán)境污染和氣體的浪費(fèi)，減少溫室氣體排放，也具有積極的環(huán)保意義。

為進(jìn)一步發(fā)揮該系統(tǒng)的作用，下一步將進(jìn)行SF6組份在線檢測的研究應(yīng)用，與氣體微水檢測兩者相結(jié)合，將為分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)提供更為全面的數(shù)據(jù)。