基于年漏氣率的SF₆氣體密度在線監測方法

趙宏飛 單哲 張豹

摘 要：本文首先介紹了SF6氣體密度在線監視系統的應用方式，分析了壓力和密度測量型變送器的優缺點。最后提出一種基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監測方式。

關鍵詞：GIS;SF6氣體密度表;年漏氣率;在線監測;特高壓變電站

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.113

0 引言

在我國的超高壓、特高壓工程項目中，GIS已作為輸變電設備的主流產品[1-2]。由于高電壓等級設備造價高、重要性高，且GIS氣室數量多，GIS設備的SF6氣體密度監視均采用在線監測系統[3]。SF6在線監測系統可以及時發現氣體的泄漏及發展趨勢，以防止GIS出現嚴重泄漏危及主設備安全，造成主設備損壞而影響電力系統的穩定運行。如果每天觀察壓力曲線的趨勢，工作量比較大，而且對于變化趨勢，沒有一個定量的判斷。因此，本文介紹了SF6氣體密度在線監視系統的常規應用方式，最后提出一種基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監測方式。

1 SF6氣體密度在線監視系統的應用

密度變送器作為SF6氣體密度在線監視系統中直接安裝于GIS設備上的測量元件，其準確性關系到整套在線監測系統的可靠性和測量精度。目前密度變送器主要有兩種類型，一種是測量SF6氣體壓力和溫度的壓力測量型變送器，一種是直接測量SF6氣體密度的密度測量型變送器。

對于壓力測量型變送器，其受溫度影響較大。即使壓力變送器和溫度變送器集成布置，且假設溫度變送器周圍的溫度和GIS氣室內的溫度一樣，實際計算壓力仍受測量壓力和測量溫度兩個測量誤差的影響，而且還受補償和修正方法影響。因此，其與密度測量型變送器相比，測量結果準確性有待提高。但壓力測量型變送器的測量結果可以與機械式的氣體密度表結果進行對比。其次由于壓力測量型變送器的溫度傳感器測量溫度和GIS內溫度不完全一樣，當GIS內部發熱過大時，壓力測量型變送器可以間接判斷GIS內部發熱情況。

2 基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監測

2.1 方法提出的背景

國家標準和國際電工委員會標準中規定相對年漏氣率必須小于或等于1%。但不同GIS設備生產廠家對SF6氣體年泄漏率規定不完全一樣。

當各氣室內的SF6氣體密度已降至規定的最小運行密度時，會發出報警信號，但此時的漏氣已經比較嚴重，已屬于重要缺陷了，因此如何盡早發現氣體泄漏非常重要。如果每天觀察壓力曲線的趨勢，工作量比較大，而且對于變化趨勢，沒有一個定量的判斷。所以提出一種基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監測方式。

2.2 基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監測方法

由于GIS金屬外殼會隨著溫度變化而發生微小的熱脹冷縮現象，傳感器也存在微小的測量誤差，因此，一天內的測量數據不可能是一個固定值，必定有一個最大值和最小值。

假設GIS設備某一氣室第一天20℃時的SF6氣體最大壓力和最小壓力分別為P0max和P0min（單位為Mpa，以下同），第t天20℃時壓力為Pt。將補償所得的20℃時的壓力與初始GIS設備充氣時的值進行比較判斷GIS氣室內部狀態（正常、漏氣或發熱）：（1）當P0max≥Pt≥P0min時，說明SF6氣體壓力正常;（2）當PtP0max時，說明GIS氣室可能內部發熱，需進行持續關注，系統發出提示告警，并結合其他方式進行檢查。

對于（2）中，SF6氣體可能存在泄漏的情況，根據GIS設備要求的SF6氣體年泄漏率計算某天SF6氣體的正常壓力范圍，根據廠家或國標要求的氣體年泄漏率，假設要求SF6氣體年泄漏率不大于0.5%/年，設每天的泄漏率為x，根據公式（1-x）365=1-0.5%，計算出x的值為1.36986×10-5。根據每天的泄漏率為x計算出第t天的最大壓力和最小壓力分別為Ptmax和Ptmin：

Ptmax=（1-x）tP0max （1）

Ptmin=（1-x）tP0min （2）

（1）當Ptmax≥Pt≥Ptmin時，說明SF6可能存在微小泄漏，但在正常泄露范圍;（2）當PtPtmax時，說明SF6氣體壓力正常。

具體可用圖1進行描述，紅色曲線上部說明GIS氣室可能內部發熱;紅色曲線與黃色曲線之間說明SF6氣體壓力正常;黃色曲線與綠色曲線之間說明SF6可能存在微小泄漏，但在正常泄露范圍;綠色曲線下部說明SF6氣體存在泄漏。

3 結論

由于GIS設備中SF6氣體密度監測的重要性，在在線系統的基礎上，本文介紹了SF6氣體密度在線監視系統的應用方式后，提出了一種基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監測方式。該種方法使用現有的SF6氣體密度在線監視系統采集的數據，無需增加其他設備，且可以達到快速、簡便、高效、直觀和準確的監視SF6氣體泄漏情況的目的。

參考文獻：

[1]張銳，付興芳，劉旭等.GIS中SF6氣體壓力的監視[J].黑龍江科技信息，2013（07）：83.

[2]陳輝，朱廣名，安向陽.10kV環網柜SF6氣體在線監測技術研究及系統開發[J].廣東電力，2013，26（03）：65-68.

[3]劉可龍.SF6氣體在線監測技術的現狀及發展趨勢[J].通信電源技術，2013，30（06）：83-85.

作者簡介：趙宏飛（1988-），男，江蘇揚州人，碩士，工程師，研究方向：電力系統運行管理、電氣設備狀態監測與故障診斷。