郭良峰，方群會

(1.國網(wǎng)重慶檢修分公司，重慶 400039；2.國網(wǎng)重慶長壽供電公司，重慶 401220)

高壓斷路器SF6密度繼電器異常誤差分析及改進(jìn)方法

郭良峰1，方群會2

(1.國網(wǎng)重慶檢修分公司，重慶 400039；2.國網(wǎng)重慶長壽供電公司，重慶 401220)

文中闡述了SF6密度繼電器對SF6電氣設(shè)備的重要性，通過論述SF6密度繼電器工作原理，對重慶地區(qū)春季溫差變化較大導(dǎo)致SF6密度繼電器出現(xiàn)誤報(bào)警信號的原因進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)方法和措施。

高壓斷路器；SF6密度繼電器；誤差分析；負(fù)補(bǔ)償

SF6電氣設(shè)備在變電站已廣泛使用，主要用于斷路器、GIS、HGIS、電流互感器和變壓器等設(shè)備中，起到絕緣和滅弧的良好作用。SF6密度繼電器是SF6電氣設(shè)備的關(guān)鍵元件之一，是監(jiān)測SF6氣體泄漏情況和SF6氣體密度變化的專用保護(hù)裝置, 對設(shè)備的安全運(yùn)行起著非常重要的作用。現(xiàn)場運(yùn)行的SF6氣體密度繼電器由于不經(jīng)常動作，經(jīng)過一段時間后會出現(xiàn)動作不靈活、觸點(diǎn)接觸不良等現(xiàn)象，有時還會出現(xiàn)密度繼電器溫度補(bǔ)償性能變差，繼電器環(huán)境溫度與設(shè)備本體環(huán)境溫度存在偏差，導(dǎo)致負(fù)補(bǔ)償，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，常導(dǎo)致SF6密度繼電器誤動作，報(bào)警信號自動復(fù)歸等現(xiàn)象[1,2]。

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)氣體補(bǔ)償型。電氣設(shè)備上的SF6氣體的密度，是以SF6氣體經(jīng)溫度補(bǔ)償以后的壓力來表示的，即以20℃時的壓力值來表示的。根據(jù)氣體狀態(tài)方程：

(1)

式中M——?dú)怏w質(zhì)量，SF6氣體不發(fā)生泄漏時質(zhì)量固定，因此M為常數(shù)；R——理想氣體常數(shù)；V——設(shè)備容積，也為常數(shù)；T——密度繼電器安裝處的絕對溫度(T=t+273)；t——環(huán)境溫度。

由式(1)可得氣體密度公式：

(2)

由式(2)可見，在SF6密度繼電器不發(fā)生氣體泄漏的情況下，密度繼電器指示壓力值與密度成線性變化，壓力值能代表設(shè)備內(nèi)部SF6氣體的密度。因此，只要對內(nèi)部氣體溫度的變化進(jìn)行精確的補(bǔ)償，便可準(zhǔn)確監(jiān)測20℃時的SF6氣體密度[3-10]。SF6氣體壓力與溫度高化關(guān)系曲線見圖1。誤差補(bǔ)償曲線見圖2。

當(dāng)t為20℃時，P為密度繼電器的額定壓力值。t為其它溫度值時，密度繼電器的補(bǔ)償值PΔ為：

PΔ=(P-Pt)

(3)

代入式(1)中得：

(4)

圖1 SF6氣體壓力與溫度變化關(guān)系曲線

圖2 誤差補(bǔ)償曲線

由圖2可見，當(dāng)SF6密度繼電器溫度補(bǔ)償裝置雙金屬片或標(biāo)準(zhǔn)氣體補(bǔ)償包能夠完全按照誤差補(bǔ)償曲線進(jìn)行補(bǔ)償時，SF6密度繼電器能夠及時正確反映20℃時的壓力值。SF6電氣設(shè)備因某種原因發(fā)生泄漏，經(jīng)過溫度補(bǔ)償后壓力降低，降到報(bào)警壓力值時，一對電接點(diǎn)接通發(fā)出報(bào)警信號，若壓力繼續(xù)下降，降到閉鎖動作壓力值時，另一對電接點(diǎn)接通發(fā)出閉鎖信號，從而實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的安全運(yùn)行保護(hù)。

2 SF6密度繼電器誤差分析

重慶某220kV變電站110kVSF6斷路器發(fā)生SF6氣體密度繼電器報(bào)警現(xiàn)象，檢修人員到現(xiàn)場使用紅外檢漏儀檢查并未發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)場，報(bào)警信號已恢復(fù)，現(xiàn)場壓力值0.44MPa(額定壓力為0.45MPa，報(bào)警壓力0.43MPa，閉鎖壓力為0.4MPa)。全面檢查，管路連接良好，各繼電器接線未發(fā)生受潮，密度繼電器校驗(yàn)正常。此現(xiàn)場多次發(fā)生，檢修人員將SF6氣體補(bǔ)充值壓力值0.47MPa，再未發(fā)生報(bào)警信號及自動復(fù)歸現(xiàn)象。結(jié)合春檢工作和重慶春季溫度變化情況，檢修班組對該設(shè)備進(jìn)行全面分析檢查。經(jīng)分析，該設(shè)備發(fā)生多次報(bào)警時，均出現(xiàn)在上午10點(diǎn)左右，且為晴天，SF6密度繼電器經(jīng)細(xì)銅管路由上到下的連接方式，SF6密度繼電器安裝在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部溫度幾乎與外部環(huán)境溫度相同，且陽光直射機(jī)構(gòu)箱。不滿足《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施輔導(dǎo)教材》中要求，密度繼電器應(yīng)裝設(shè)于斷路器或GIS本體同一運(yùn)行環(huán)境溫度的位置，以保證其報(bào)警、閉鎖觸點(diǎn)正確動作。

重慶2016年3月溫度變化如圖3所示。

圖3 重慶2016年3月份溫度變化

當(dāng)SF6密度繼電器溫度比斷路器氣體溫度高于10℃時(假設(shè)斷路器內(nèi)10℃，密度繼電器感知溫度為25℃)，SF6密度繼電器和斷路器本體壓力相同，但因所處環(huán)境溫度不同，由式(1)和(4)可得：

(5)

(6)

(7)

式中P1——斷路器內(nèi)部的壓力值；PE——感知溫度為20℃時的額定壓力值；PE——0.45 MPa；P2——密度繼電器補(bǔ)償壓力值。

由式(4)得補(bǔ)償值PΔ為：

PΔ=-0.008MPa

由式(5)、式(6)、式(7)得：

P1=0.435 MPa，P2=0.458 MPa

此時壓力表的指示值為Pt=P1+PΔ=0.435-0.008=0.427 MPa。低于報(bào)警值0.43 MPa，所以發(fā)生誤報(bào)警信號?？梢?，當(dāng)SF6氣體溫度低于20℃時，氣室壓力小于額定壓力，繼電器壓力指示也小于額定壓力，而繼電器溫度和氣室溫度溫度不一致，且高于環(huán)境溫度時，繼電器進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償，繼電器壓力指示進(jìn)一步降低，溫度補(bǔ)償起到反作用。隨著環(huán)境溫度的升高，斷路器本體環(huán)境也會升高，本體溫度和SF6密度繼電器環(huán)境溫度差變小，氣體壓力值上升，同時密度繼電器負(fù)補(bǔ)償值變小，SF6密度繼電器壓力值大于報(bào)警值0.43 MPa，信號自動復(fù)歸。

3 改進(jìn)方法及措施

本次引起氣壓低報(bào)警原因是開關(guān)本體內(nèi)氣體溫度較低，而繼電器所處環(huán)境溫度較高造成的。密度繼電器溫度補(bǔ)償裝置只對密度繼電器本身感溫元件所測溫度進(jìn)行補(bǔ)償, 而感溫元件所測溫度與SF6氣體本身的溫度并不一致，出現(xiàn)負(fù)補(bǔ)償。依據(jù)SF6密度繼電器工作原理，SF6密度繼電器通過氣壓傳導(dǎo)監(jiān)測設(shè)備內(nèi)折算至20℃時的氣體壓力，并將該溫度下壓力降低至某設(shè)計(jì)值設(shè)定為報(bào)警和閉鎖信號。常用SF6密度繼電器報(bào)警值為額定值的90%～95%，而閉鎖值為額定值的80%～90%。

根據(jù)補(bǔ)償值公式(4)和誤差補(bǔ)償曲線及重慶春季地區(qū)早晚溫差變化值，可知，密度繼電器本身感溫元件與設(shè)備本體溫差在10°和20°之間時，密度繼電器負(fù)補(bǔ)償范圍在0.02MPa和0.04MPa之間，這時設(shè)備發(fā)生壓力低報(bào)警的現(xiàn)象是有環(huán)境溫度變化引起的，屬于誤報(bào)警。針對SF6密度繼電器原理和環(huán)境溫度的不同，應(yīng)對SF6密度繼電器的設(shè)計(jì)和安裝進(jìn)行改進(jìn)。

(1)SF6密度繼電器額定值、報(bào)警值及閉鎖值是在20℃時的校訂值，通過設(shè)定報(bào)警值為額定值的90%，閉鎖值為額定值的85%，增大報(bào)警值和額定值差值可有效避免因溫差大導(dǎo)致負(fù)補(bǔ)償引起的誤報(bào)警；減小報(bào)警值和閉鎖值差值，可有效保護(hù)開關(guān)設(shè)備因SF6氣體密度低引起的滅弧能力不足。

(2)縮短SF6密度繼電器本身感溫元件與設(shè)備之間的連接管道，避免陽光直射SF6密度繼電器本身感溫元件，安裝在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的感溫元件遠(yuǎn)離加熱器，減小感溫元件和設(shè)備本體之間的溫度差。

(3)雖設(shè)定報(bào)警值為額定值的90%，但SF6運(yùn)行壓力小于額定壓力，因運(yùn)行壓力與報(bào)警壓力差值較小，也可能發(fā)生誤報(bào)警，應(yīng)及時補(bǔ)充至額定壓力。加強(qiáng)對發(fā)生報(bào)警的SF6設(shè)備泄漏檢測，以便及時處理；加強(qiáng)對滿足不拆卸校驗(yàn)的SF6密度繼電器維護(hù)檢測工作，確保其正常工作。

4 結(jié)語

本文對SF6密度繼電器在溫差較大時出現(xiàn)誤報(bào)警原因進(jìn)行分析，并結(jié)合重慶春季期間運(yùn)行環(huán)境提出改進(jìn)方法和措施。SF6密度繼電器的準(zhǔn)確指示是保障SF6設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)，對變電設(shè)備監(jiān)測和保護(hù)起至關(guān)重要的作用。為此，必須從設(shè)計(jì)和安裝上采取相應(yīng)措施消除SF6密度繼電器的負(fù)補(bǔ)償問題，加強(qiáng)檢測校驗(yàn)，及時消除泄漏缺陷，保證SF6變電設(shè)備的正常運(yùn)行。

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(本文編輯：嚴(yán) 加)

Error Analysis and Improvement of SF6Gas Density Monitor in High Voltage Circuit Breaker

GUO Liang-feng1, FANG Qun-hui2

(1. State Grid Maintenance Branch, Chongqing Electric Power Company, Chongqing 400039, China; 2. State Grid Changshou Power Supply Company, Chongqing Electric Power Company, Chongqing 401220, China)

This paper expounds the important function of SF6gas density monitor on the electrical equipment. Based on the working principles of SF6gas density monitor, it analyzes the causes of false alarm signals of SF6gas density monitor caused by temperature difference in Chongqing area, and puts forward the improvement methods and measures.

high voltage circuit breaker; SF6gas density monitor; error analysis; negative compensation

10.11973/dlyny201606026

郭良峰(1980)，男，碩士，從事變電設(shè)備檢修管理工作。

TM561

B

2095-1256(2016)06-0783-04

2016-10-18