SF6密度繼電器表的使用狀況分析

黃烜城，儲海軍，陳 遲，韓文建

(江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京211102)

SF6密度繼電器表是電力系統(tǒng)中重要的保護和控制元件，如果GIS發(fā)生故障，將會對系統(tǒng)造成很大的危害。要確保GIS設備的可靠運行，就必須經(jīng)常監(jiān)視GIS的各項指標。特別是SF6氣體的密度，必須達到相關標準的規(guī)定，才能使GIS長期保持良好的工作狀態(tài)。近年來伴隨GIS設備的增多，由于SF6密度繼電器表的結構缺陷、使用安裝方式不正確等問題導致電力設備故障的事情時有發(fā)生。

1 故障統(tǒng)計

2011年，由于SF6密度繼電器的使用而引起的相關故障統(tǒng)計如表1所示[1]。

表1 相關故障統(tǒng)計

從表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，江蘇省2011年與SF6密度監(jiān)測設備相關的電力系統(tǒng)故障已經(jīng)占系統(tǒng)故障總量的40%，其中直接故障占總數(shù)的13.3%。該類SF6密度繼電器表在江蘇省使用率為25.43%，但檢測不合格率卻高達30%～40%，情況的嚴重性可見一斑。雖然新國標為SF6密度繼電器表的檢測提供了一定的參考標準，但是由于缺乏一些關鍵的參數(shù)，導致現(xiàn)場執(zhí)行時在某些關鍵問題上會與廠家產(chǎn)生分歧。

2 使用狀況及問題分析

2.1 省內(nèi)現(xiàn)狀

近期在蘇州地區(qū)、淮安郊區(qū)等220 kV變電站內(nèi)，隨機拍攝的運行中設備上所使用的敞開式SF6密度繼電器表如圖1所示。這些表計都存在著同樣的問題，內(nèi)部機構氧化嚴重（圖1中圈的部分為銅的氧化產(chǎn)物），表殼內(nèi)存在著大量的污物。從開關生產(chǎn)的年份看，這些SF6密度繼電器表的投入使用年限均在6～8 a。

江蘇省相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，部分使用年限在4 a以上的該類型SF6密度繼電器表存在接點不通；表面指示壓力不準確（嚴重超出誤差允許范圍）；指針在移動過程中存在嚴重的滯針、跳針現(xiàn)象等問題，不合格比例接近50%。如表2所示[2]。

表2 2009年部分電廠檢測統(tǒng)計

2.2 結構及原理

SF6氣體密度表原理結構如圖2所示。它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GIS相連，其內(nèi)部空間與GIS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。當GIS充入SF6氣體后，等待一段時間，使GIS內(nèi)部溫度升高至與外部環(huán)境溫度達到平衡后，調(diào)整SF6氣體至額定密度或壓力值，這時，不管SF6氣體受環(huán)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。

圖2 SF6氣體密度表的結構

正常運行狀況下SF6密度繼電器表壓力變化應符合為圖3所示的pr曲線，當SF6氣體壓力降至pa曲線時氣體密度開關發(fā)出報警信號，SF6氣體壓力降至pc曲線時斷路器就應進行自行閉鎖，并發(fā)出閉鎖信號，相應的斷路器等設備就不允許進行操作，以保證設備和系統(tǒng)安全。

圖3 SF6壓力溫度特性曲線

2.3 故障原因分析

圖1中SF6氣體密度繼電器表普遍使用磁助式電接點繼電器，觸頭本身閉合力小，加之接點不經(jīng)常動作，時間稍長，觸頭極易氧化導致接點冷焊或接觸不可靠。對于無填充型的SF6密度繼電器，由于機構長期暴露在空氣中，觸頭更容易因氧化或積有灰塵，而接觸不良或冷焊。該類隱患可以直接導致當GIS因氣體泄漏，使本體內(nèi)的壓力降至報警或閉鎖值時，不能及時報警或閉鎖，從而釀成重大事故。同樣的原因也造成了圖1中所見的由于機構氧化而導致指針動作時摩擦力增大，出現(xiàn)滯針、跳針的問題。

某表使用一定年限后的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)如表3所示。由于SF6氣體密度繼電器表內(nèi)使用了彈簧管結構，同其他使用該結構的壓力計一樣，在使用一段時間后會由于彈簧管形變而導致報警和閉鎖值產(chǎn)生一定的飄移，加上溫度補償材料在使用一定時間后會老化變形，將使得報警和閉鎖值產(chǎn)生更大誤差。另外SF6氣體密度繼電器表的工作環(huán)境也存在一定的相關性。潮濕、酸蝕的環(huán)境也會加速接點和內(nèi)部機構的腐蝕氧化過程。

表3 某電廠的部分檢測數(shù)據(jù)

3 檢測方法及問題分析

3.1 檢測標準與方法

目前，對SF6氣體密度繼電器檢測的主要依據(jù)標準為GB／T 22065—2008《壓力式六氟化硫氣體密度控制器》，該標準于2009年1月1日正式實施。標準中6.9節(jié)、6.10節(jié)規(guī)定在設定點偏差、切換差試驗時，在報警點及閉鎖控制回路相應端子之間施加不低于24 V電壓，在負荷變化速度每秒鐘不大于1%的情況下讀取信號接通時的壓力數(shù)值。根據(jù)該標準，現(xiàn)場檢測項目：（1）報警啟動壓力值；（2）報警（補氣）返回壓力值；（3）閉鎖啟動壓力值；（4）閉鎖（補氣）返回壓力值；（5）SF6氣體密度繼電器帶有壓力表時，應對壓力表的顯示數(shù)值進行檢驗。

江蘇省目前對密度繼電器表的校驗主要采用氣室隔離校驗法，如圖4所示。其校驗原理是采集密度繼電器的溫度和接點動作值，通過單片機自動折算成20℃的等效壓力值，從而實現(xiàn)對密度繼電器的校驗。校驗時把閥l關閉實現(xiàn)與本體氣室的隔離，打開閥2與專用儀器接口相連，調(diào)節(jié)儀器模擬GIS設備的充、漏氣行程完成繼電器的校驗。依據(jù)規(guī)程，江蘇省所用的JMD-10型SF6密度繼電器校驗儀器校驗輸出電壓設定為DC24V，檢測接點設為3對，分別是1對報警接點，2對閉鎖接點。補、漏氣行程模擬控制則采用了傳統(tǒng)的人工手搖方式，該方式具備較高的操控性，有利于獲得相對精確的檢測結果。

圖4 密度繼電器校驗原理圖

3.2 關鍵問題分析

為避免因操作不當對測量結果造成影響，且與廠方也進行過接洽。廠家確認了存在的問題，同時也對檢測方法提出了質疑，主要分歧在于：（1）廠家認為檢測輸出電壓應該為其正常工作電壓。檢測時，在其正常工作電壓下串聯(lián)匹配電阻，使流經(jīng)觸點的電流小于最大允許電流即可。與廠家的產(chǎn)品使用說明書中提供的“接點的最小測試、工作電壓為12 V”說法并沒有直接矛盾。（2）機構因氧化問題而造成觸點接觸不良或冷焊時，可以通過反復加、降壓的方式磨掉氧化層或脫開觸點。（3）該類型SF6氣體密度繼電器表正常使用時的精確度等級為2.5級，等級較低。加上測量儀器本身（0.4級）的誤差，在非標準（20℃）環(huán)境下測量產(chǎn)生的誤差可能超出允許范圍。

4 結束語

（1）標準中應規(guī)定測試儀器的輸出電壓范圍和試驗允許最大操作次數(shù)。雖然標準中規(guī)定SF6氣體密度繼電器表的“電氣參數(shù)”，也有“最低測試電壓不低于24 V”的說明，卻沒有對檢測儀器的輸出電壓范圍做出明確規(guī)范，也沒有給出試驗允許的最大操作次數(shù)。在發(fā)現(xiàn)問題時，目前只能依據(jù)個人的判斷給出推薦性結論。

（2）建議對仍在使用中的低等級SF6密度繼電器表給出檢測的參考依據(jù)，如果不建議使用低等級SF6密度繼電器表規(guī)程中應明確說明。新規(guī)程僅對1級、1.6級的密度繼電器表出具檢驗誤差數(shù)值，導致站內(nèi)仍在使用中的低等級密度繼電器表沒有檢測參考標準，無法提供有力的判據(jù)。

（3）對該類型SF6密度繼電器表的使用環(huán)境制定強制要求。如在同一變電站內(nèi)使用的充油/氣式SF6密度繼電器表與圖1的敞開式SF6密度繼電器表相比，投入使用的年份比它早，但可以看出，表內(nèi)無明顯的氧化、污染跡象。歷年的檢測數(shù)據(jù)也比較理想。參考2種表的對比，江蘇省應該提高對戶外用表的要求。

（4）對SF6密度繼電器表提出檢驗周期和強制報廢年限。檢驗周期宜定為2～3 a，強制報廢年限可定為10 a（與廠家承諾的使用壽命相一致）。否則，由于不經(jīng)常動作而導致的金屬疲勞、機構氧化等問題，隨時可能造成電力設備故障，危及系統(tǒng)的安全。

[1]GB/T 22065—2008，壓力式六氟化硫氣體密度控制器[S].

[2]田宏亮.SF6密度繼電器現(xiàn)場校驗的必要性[J].寧夏電力，2010（5）.