六氟化硫密度繼電器誤報(bào)警原因分析及校驗(yàn)偏差防范

【摘 要】闡述了SF6密度繼電器的溫度補(bǔ)償原理和工作原理，結(jié)合實(shí)例分析了開關(guān)設(shè)備和組合電器所使用的密度繼電器誤報(bào)警和出現(xiàn)校驗(yàn)偏差的原因，指出了密度繼電器和校驗(yàn)儀本身的感知溫度是引起運(yùn)行中指示波動(dòng)和校驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)偏差的原因，提出了相應(yīng)的防范措施，能夠有效地避免誤報(bào)和校驗(yàn)結(jié)果偏差過(guò)大現(xiàn)象發(fā)生，保證SF6開關(guān)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】SF6密度繼電器；斷路器；誤報(bào)警；校驗(yàn)偏差

0.引言

目前，對(duì)SF6開關(guān)和GIS組合電氣內(nèi)部氣體壓力（密度）的監(jiān)控是保證以SF6為絕緣介質(zhì)的電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行主要手段。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的SF6氣體密度繼電器由于不經(jīng)常動(dòng)作，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作不靈活、觸點(diǎn)接觸不良等現(xiàn)象，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)密度繼電器溫度補(bǔ)償性能變差，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，常導(dǎo)致SF6密度繼電器誤動(dòng)作[1]。因此，為了更好的開展密度繼電器校驗(yàn)工作，減少人為或環(huán)境因素對(duì)密度繼電器正常運(yùn)行的影響，本文用實(shí)例分析了其運(yùn)行維護(hù)中遇到的誤報(bào)警和校驗(yàn)中出現(xiàn)的校驗(yàn)數(shù)值與額定值偏差較大問(wèn)題的原因，同時(shí)提出了相應(yīng)的防范措施。

1.SF6密度繼電器工作原理

SF6密度繼電器是根據(jù)理想氣體方程設(shè)計(jì)的一種帶溫度補(bǔ)償?shù)膲毫ΡO(jiān)控裝置，按不同的溫度補(bǔ)償方式，主要分為雙金屬補(bǔ)償型和標(biāo)準(zhǔn)氣補(bǔ)償型。工作時(shí)，SF6密度繼電器通過(guò)氣壓傳導(dǎo)監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)折算至20℃時(shí)的氣體壓力，并將該溫度下壓力降低至某2個(gè)設(shè)計(jì)值設(shè)定為報(bào)警和閉鎖信號(hào)。其中報(bào)警信號(hào)的壓力一般整定為額定工作壓力的90%～95%，閉鎖信號(hào)的壓力一般整定為額定工作壓力的80%～90%。

根據(jù)理想氣體密度公式，密度繼電器測(cè)得的氣體密度可表示為:

ρ=PV/T （1）

式中ρ為氣體密度；P為罐內(nèi)氣體壓力；V為罐體容積；T為絕對(duì)溫度

對(duì)于密閉容器，V為定值，因此氣體密度ρ是氣體壓力P和溫度T的函數(shù)。但按照設(shè)計(jì)原理，在SF6設(shè)備中，由于溫度補(bǔ)償作用，使折算后的T近似為常數(shù)（273+20=293℃），因此氣體密度ρ與壓力P近似為正比例關(guān)系。

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程（克拉佩龍方程），有:

PV=NRT （2）

式中N為物質(zhì)的量，固定質(zhì)量的氣體N常數(shù)。R為理想氣體常數(shù)，8.31441±0.00026J/(mol·K）。

在SF6 密度繼電器不發(fā)生氣體泄漏的情況下（N為定值），密度繼電器指示壓力為固定值。因此，只要對(duì)內(nèi)部氣體溫度的變化進(jìn)行精確的補(bǔ)償，就可以對(duì)氣體在20℃時(shí)的密度進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)。

2.誤報(bào)警原因分析及防范

2.1誤報(bào)警產(chǎn)生的原因

密度繼電器精確補(bǔ)償?shù)那疤崾歉兄獪囟龋ɡ^電器中溫度補(bǔ)償裝置所感知到的溫度）必須與罐內(nèi)氣體的溫度完全一致，而事實(shí)卻很難做到。

例如佳木斯電業(yè)局某110kV SF6斷路器的密度繼電器設(shè)定值：額定運(yùn)行壓力為0.4MPa，報(bào)警壓力為0.38MPa，閉鎖壓力為0.35MPa。由于該斷路器的密度繼電器突然發(fā)出報(bào)警信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員記錄密度繼電器刻度指示值為0.375MPa。試驗(yàn)人員首先對(duì)其進(jìn)行檢漏試驗(yàn)，沒發(fā)現(xiàn)異常，此時(shí)表示數(shù)逐漸回升，壓力指示值為0.394MPa。然后現(xiàn)場(chǎng)對(duì)密度繼電器進(jìn)行了校驗(yàn)，報(bào)警值為0.377MPa，閉鎖值為0.354MPa。根據(jù)當(dāng)天的氣溫變化（3～19℃），發(fā)現(xiàn)下午氣溫較高時(shí)密度表的補(bǔ)償過(guò)大，表計(jì)示數(shù)出現(xiàn)了明顯下降，才發(fā)出了報(bào)警信號(hào)。通過(guò)這個(gè)波動(dòng)過(guò)程，可以斷定壓力表指示下降時(shí)繼電器感知溫度一定高于罐內(nèi)氣體溫度。

當(dāng)感知溫度比罐內(nèi)氣體溫度高10℃時(shí)（假設(shè)罐內(nèi)20℃，繼電器感知溫度為30℃），由式（2）列出理想氣體方程為

P1V=NR（273+20） （3）

P2V=NR（273+30） （4）

式中P1為感知溫度為20℃時(shí)的額定壓力值，此時(shí)補(bǔ)償為0，P1為0.4 MPa；P2為感知溫度為30 ℃時(shí)的補(bǔ)償壓力值。

由式（3）、（4）得：

P1/ P2=0.967 ，

P2=0.414MPa。

也就是說(shuō)，在罐內(nèi)氣體為20℃時(shí)，如果繼電器內(nèi)感知溫度為30℃，感溫原件就會(huì)將該差值反補(bǔ)償給壓力表機(jī)械裝置，此時(shí)壓力表的指示為

[0.4-（0.414-0.4）]=0.386MPa

已接近報(bào)警壓力0.38MPa。

當(dāng)溫差為20℃時(shí)，可以推得壓力表示數(shù)應(yīng)為0.373MPa，已低于報(bào)警壓力。由上式推導(dǎo)可知，當(dāng)罐內(nèi)氣體實(shí)際溫度與繼電器感知溫度相差大于14.65℃時(shí)，就會(huì)發(fā)生誤報(bào)警現(xiàn)象。對(duì)此檢查了現(xiàn)場(chǎng)斷路器各組件的溫度，發(fā)現(xiàn)斷路器瓷套微熱，而密度繼電器所在金屬箱體及密度繼電器本身由于太陽(yáng)直射溫度很高。

可見，本次誤報(bào)警的根本原因是罐內(nèi)氣體溫度較低，而繼電器所處環(huán)境溫度較高造成的。但我們不能因?yàn)橛猩鲜霈F(xiàn)象出現(xiàn)，就盲目地為斷路器罐內(nèi)多注氣體。在給斷路器補(bǔ)充SF6氣體時(shí)，有些人認(rèn)為多充SF6氣體， 可以減少斷路器發(fā)補(bǔ)氣和閉鎖信號(hào)的概率，這是錯(cuò)誤的。斷路器補(bǔ)充過(guò)多的SF6氣體，會(huì)加重?cái)嗦菲鞲髅芊獠考呢?fù)擔(dān)， 使斷路器密封處損壞的概率增加，發(fā)生漏氣的可能性也隨之增加。所以SF6斷路器補(bǔ)充氣體時(shí)， 必須嚴(yán)格控制在廠家使用說(shuō)明書規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[2]。同理，如果繼電器所處環(huán)境溫度較低，而罐內(nèi)氣體溫度較高（太陽(yáng)照射、電流熱效應(yīng)等），此時(shí)補(bǔ)償裝置就為正補(bǔ)償，如有泄漏，會(huì)發(fā)生報(bào)警不報(bào)或延遲報(bào)警的現(xiàn)象。

2.2誤報(bào)警的防范

a.夏季陽(yáng)光較強(qiáng)時(shí)，可以在密度繼電器上方或其固著的箱體上加裝遮陽(yáng)板[3]。

b.冬季將密度繼電器裝設(shè)在有加熱裝置的機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的，應(yīng)使用帶感溫包的密度繼電器，可實(shí)現(xiàn)密度繼電器在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部就可以反應(yīng)外界溫度[4]。

c.為防止氣體液化而裝設(shè)氣體加熱裝置的組合電器或開關(guān)設(shè)備，此時(shí)應(yīng)將密度繼電器所處位置相應(yīng)加熱，否則壓力表指針會(huì)往高處偏轉(zhuǎn)，發(fā)生該報(bào)不報(bào)和延遲報(bào)警的危險(xiǎn)。

d.如果要從根本上解決氣體密度繼電器指針波動(dòng)，需使用帶溫度探桿的氣體密度繼電器[3]。

e.補(bǔ)氣時(shí)注意汽化吸熱對(duì)繼電器的影響，要等到繼電器與罐體溫度大致相同時(shí)再讀數(shù)。

3.校驗(yàn)偏差的產(chǎn)生和防范

3.1校驗(yàn)偏差產(chǎn)生的原因

根據(jù)相關(guān)規(guī)程，必須對(duì)SF6密度繼電器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)時(shí)影響密度繼電器額定報(bào)警和閉鎖值的原因是溫差。

例如佳木斯電業(yè)局春檢期間，現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)了1組1.5級(jí)額定壓力0.50MPa、報(bào)警壓力0.45MPa、閉鎖壓力0.40MPa的500kV SF6密度繼電器，校驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。隨后將該組密度繼電器進(jìn)行了更換，把舊繼電器帶回重新校驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表1 現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的密度繼電器數(shù)值

表2 繼電器的試驗(yàn)室校驗(yàn)數(shù)值

由于拆下來(lái)的繼電器閉鎖和報(bào)警壓力都在合格范圍內(nèi)，并無(wú)異常。因此推斷現(xiàn)場(chǎng)因素是造成校驗(yàn)不合格的因素。時(shí)值北方春季，室內(nèi)供暖結(jié)束，溫度較低，室外溫度較高，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試就會(huì)造成測(cè)量時(shí)繼電器感知溫度和校驗(yàn)儀感知溫度不一致的情況。假設(shè)校驗(yàn)儀溫度為20℃，斷路器在陽(yáng)光照射下氣體溫度為30℃。此時(shí)進(jìn)入校驗(yàn)儀的少量氣體不足以使校驗(yàn)儀產(chǎn)生較大溫升，那么校驗(yàn)儀顯示的壓力就是氣體為20℃時(shí)的壓力，而真實(shí)情況應(yīng)該為30℃。根據(jù)折算原理，此時(shí)顯示折算后的壓力值相當(dāng)于氣體溫度下降10℃的補(bǔ)償壓力。根據(jù)克拉佩龍方程，此時(shí)壓力變化：報(bào)警值增加了0.0154MPa，閉鎖值增加了0.0137MPa。可見設(shè)備溫度與繼電器中氣體溫度不一致帶來(lái)的誤差也是相當(dāng)大的。若此時(shí)罐內(nèi)氣體經(jīng)過(guò)照射比繼電器的感知溫度高（繼電器裝設(shè)在設(shè)備的背陰側(cè)），那么測(cè)量的偏差值將會(huì)進(jìn)一步拉大。

3.2 校驗(yàn)偏差的防范措施

a.校驗(yàn)過(guò)程中，注意在校驗(yàn)儀溫度和環(huán)境溫度差別較大時(shí)，把校驗(yàn)儀放在與變電設(shè)備相同的環(huán)境下，待溫度一致再進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)，注意選擇測(cè)量時(shí)段，要在繼電器與罐內(nèi)氣溫盡量一致的情況下進(jìn)行。當(dāng)多塊繼電器校驗(yàn)誤差趨勢(shì)相同且不合格時(shí)，不要輕易下結(jié)論，注意復(fù)測(cè)。

b.在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行下切換校驗(yàn)過(guò)程中， 下降速度應(yīng)該不超過(guò)0.003MPa/s。由于機(jī)械動(dòng)作總是滯后于壓力下降速度， 降壓速度過(guò)快， 測(cè)量結(jié)果就偏小，降壓速度越快， 誤差越大[5]。

c.對(duì)于敲擊后才能發(fā)出報(bào)警或閉鎖信號(hào)的密度繼電器，由于其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)氧化等原因，已失去報(bào)警功能，因此必須進(jìn)行更換。

4.結(jié)論

上述分析及試驗(yàn)結(jié)果表明，SF6密度繼電器是以SF6為絕緣介質(zhì)的高壓設(shè)備的重要保護(hù)元件，應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的校驗(yàn)，以保證SF6密度繼電器按設(shè)計(jì)要求發(fā)出報(bào)警或閉鎖信號(hào)。繼電器的溫感元件需正確的反映設(shè)備內(nèi)SF6氣體的平均溫度才能保證密度繼電器不誤動(dòng)。因此，應(yīng)認(rèn)真做好運(yùn)行維護(hù)和校驗(yàn)工作。

【參考文獻(xiàn)】

［１］司慧琳.密度繼電器的校驗(yàn)和修理[J].農(nóng)村電氣化，2011(40)：61-62.

［２］馮印富.SF6密度表和密度繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理[J].農(nóng)村電工，2011(3):31-32.

［３］張治國(guó)，柳建平.密度繼電器指針波動(dòng)原因分析處理方法[J].電氣安全，2010(21)：86-87.

［４］甄利，周文博.LW6-220H型SF6斷路器密度繼電器誤報(bào)警原因分析及改進(jìn)[J].高壓電器，2005(41):78-79.

［５］計(jì)光榮，金琦，孫亞洲.SF6 氣體密度繼電器校驗(yàn)結(jié)果影響因素[J].云南電力技術(shù)，2010(38)：55-56.