董亞頡，呂 然

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518020)

0 引言

SF6氣體密度繼電器是電氣設備中重要保護和控制元件。戶外敞開GIS變電站由于受南方多雨潮濕天氣影響，SF6氣體密度繼電器常受潮或滲水，導致發(fā)生接點誤導通、寄生、直流接地等缺陷，大大增加了運維壓力，并威脅電力系統(tǒng)的安全運行。為減少此類缺陷的發(fā)生，有必要對該繼電器進行相應的改進。

1 SF6氣體密度繼電器介紹

SF6氣體密度繼電器是對運行中SF6電氣設備內SF6氣體密度進行監(jiān)測的儀器。在設備運行中，SF6氣體密度難以測量，通常以20 ℃時氣體壓力來衡量，并以相對于20 ℃時的額定氣體壓力的下降值作為報警值和閉鎖值。

SF6氣體密度繼電器由表本體和插入式通用連接器2部分組成，繼電器的工作原理如圖1所示。在圖1中，在波紋管1外側的與斷路器中SF6氣體連通的氣體包，通過以軸為支撐點的杠桿與標準氣體包聯接，當氣體包內的氣體壓力比標準氣體包內的氣體壓力小時，杠桿就會轉動，從而帶動微動開關電觸點不同程度地閉合，實現其報警和閉鎖功能。其中，C1-L1為SF6氣體壓力降低時報警的電觸點，C2-L2為SF6氣體壓力降低時閉鎖斷路器的電觸點。

SF6電氣設備正常運行時，斷路器中SF6氣體壓力與標準包的氣體壓力相同，杠桿保持在某一平衡位置，使微動開關電觸點在打開位置。若斷路器發(fā)生SF6氣體泄漏，斷路器中SF6氣體壓力減小，就會推動杠桿繞軸逆時針轉動，使微動開關電觸點閉合。

圖1 SF6氣體密度繼電器工作原理

此氣體密度繼電器提供3對常開接點，其使用情況如圖2所示。

其中，1-2接點用于信號回路，當SF6斷路器氣室內SF6氣體密度下降到規(guī)定的報警(補氣)壓力值時，1-2接點閉合，發(fā)出報警(補氣)信號；3-4接點用于第1路控制回路，5-6接點用于第2路控制回路。當SF6氣體密度下降到規(guī)定的閉鎖值時，3-4，5-6接點閉合，發(fā)出閉鎖信號，以保證設備和系統(tǒng)安全。

圖2 3對常開接點的使用情況

2 SF6氣體密度繼電器在運行中的隱患

2.1 接點誤導通

2.1.1 閉鎖接點誤導通案例

某220 kV變電站報2號主變變高2202第2路控制回路斷線?，F場巡視發(fā)現2號主變變高2202開關柜報QF閉鎖，但SF6氣體密度繼電器壓力指針在正常范圍內。繼保人員用萬用表對第2組控制回路各點電位進行測量，發(fā)現其KA16常閉接點斷開，而KA16為開關分閘閉鎖繼電器。KA16繼電器啟動回路中串接了SF6氣體密度繼電器KD1的常開接點，對SF6氣體密度繼電器各接點電位進行測量，發(fā)現其中5-6接點導通。由于在正常運行時，該接點為常開接點，短時解開不影響正常運行。在解開接點6接線后，2號主變變高2202控制2路控制回路斷線、QF閉鎖信號消失。SF6氣體密度繼電器閉鎖分閘示意如圖3所示。

2.1.2 原因分析

凝露造成微動開關常開接點5-6短接，致使氣體密度繼電器在杠桿6沒有轉動的情況下，誤發(fā)閉鎖命令和信號。檢修人員更換SF6氣體密度繼電器后，控制回路斷線信號復歸，QF閉鎖信號復歸。

2.1.3 接點誤導通的危害

220 kV SF6斷路器氣體密度繼電器受潮，造成繼電器誤動作閉鎖控制回路；若在此時一次設備發(fā)生故障，保護將不能及時切除故障，從而損壞電力設備，威脅電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

圖3 SF6氣體密度繼電器閉鎖分閘示意

2.2 絕緣下降產生寄生回路

2.2.1 控制電源與遙信電源寄生回路案例

某110 kV站在進行2號主變保護及測控裝置定檢工作中發(fā)現：2號主變變高1102開關控制電源與其遙信電源之間存在寄生回路。繼保人員結合設計圖紙對SF6氣體密度繼電器的輔助接點進行檢查。合上2號主變變高控制電源與遙信電源，解開圖2中所示用于閉鎖的氣體密度繼電器的3-4接點，發(fā)現寄生回路消失。另外，解開用于信號報警的氣體密度繼電器的1-2接點后，也發(fā)現寄生回路消失。使用絕緣搖表測量氣體密度繼電器1-2和3-4接點之間的絕緣電阻值，用1 000 V檔時測得絕緣電阻為0，500 V檔時不到0.5 MΩ。

2.2.2 原因分析

拆開SF6氣體密度繼電器連接器，發(fā)現由于滲水受潮，氣體密度繼電器連接器處存在銹蝕情況(見圖4)，其接點間的絕緣降低導致開關控制回路與遙信回路間短路而產生寄生回路。

檢修人員對氣體密度繼電器連接頭進行處理后，2回路間的絕緣恢復正常，開關控制電源與遙信電源間寄生回路消失。

2.2.3 寄生回路的危害

《中國南方電網公司繼電保護反事故措施匯編》第4.1.7中規(guī)定“1.信號回路由專用的直流空氣開關供電，不得與其他回路混用。2.第1路控制電源與第2路控制電源應分別取自不同段直流母線”。若信號電源與控制電源間存在寄生回路，則存在誤發(fā)信號或引起保護誤動等隱患。當2路控制電源間存在寄生回路，一旦某一路直流發(fā)生缺陷，將使2路控制回路同時故障，失去了雙重配置的意義。若此時一次設備發(fā)生故障，將無法跳開開關而使故障范圍擴大。

圖4 連接器現場銹蝕

2.3 直流串電造成直流假接地

2.3.1 2段直流串電造成直流假接地案例

某220 kV站發(fā)直流接地告警信號，直流Ⅰ母負接地，直流Ⅱ母正接地，2段直流饋線屏內絕緣檢測裝置記錄如表1所示。

表1 直流接地發(fā)生時電壓值記錄 V

2.3.2 原因分析

正常情況下，變電站2段直流系統(tǒng)相互獨立。任一直流系統(tǒng)正、負兩極對地的絕緣電阻Rc=Rd，絕緣監(jiān)測裝置的平衡電阻Ra=Rb，使得Ra×Rd=Rb×Rc，滿足電橋平衡條件，電壓表電壓為0。當某一極對地的絕緣電阻下降，平衡條件被破壞，電壓表電壓不再為0，發(fā)“直流接地”告警信號。絕緣監(jiān)測裝置原理如圖5所示。

圖5 絕緣監(jiān)測裝置原理

忽略各段直流母線絕緣監(jiān)測裝置的電橋橋臂電阻及電壓表內阻的影響，按照案例情況繪制模型，如圖6所示，并建立了等效電路模型，如圖7所示。其中KM1為直流Ⅰ段，KM2為直流Ⅱ段，為便于分析，定義Ua，Ub，Uc，Ud為各正負極對地電壓值，U1，U2為直流母線正負極之間電壓，R1，R2，R3，R4為各正、負極對地電阻值，R0為開關SF6氣壓表接點4，5之間的電阻值。

圖6 某站直流串電示意

圖7 某站直流串電等效電路

為便于分析，對R0，R2，R3進行Y→△等效變換后得到等效電路如圖8所示。

圖8 Y→△變換后等效電路

在各正、負極對地電阻阻值正常時，有R=R1=R2=R3=R4，可得R02=R03，滿足電橋平衡條件，Ux=0。

顯然，在R02，R03上將產生一定電壓降，又由U=U1=U2=Ua-Ub=Uc-Ud，可得下式：

式(6)，(7)說明，Ub，Uc電壓值取決于R和R0的比值，其絕對值變化范圍為0—U/2：

(1) 當R0相對于R可忽略不計時，直流Ⅰ母負電壓Ub為0，直流Ⅱ母正電壓Uc為0；

(2) 當R0相對于R無窮大時，Ub取得最小值-U/2，Uc取得最大值U/2。

綜上，當Ub，Uc值小于直流絕緣檢查裝置接地告警電壓值，或直流正負極電壓差(即|Ua|-|Ub|、|Uc|-|Ud|)大于絕緣檢查裝置接地告警電壓差值時，檢查裝置即會報直流接地信號。

繼保人員在排查中發(fā)現，220 kV某甲線斷路器SF6氣體密度繼電器故障，如圖2所示的氣體密度繼電器的輔助接點4(接第1路控制電源負電)和輔助接點5(接第2路控制電源正電)之間的絕緣電阻較小，導致某220 kV站2段直流母線對地電壓出現較大偏移，發(fā)出“直流接地“告警信號。

2.3.3 直流接地危害

當發(fā)生上述“直流接地”時，雖非真的發(fā)生直流接地，但依舊可能會造成繼電器誤動作(如圖9所示)。假設圖9中出口繼電器和驅動接點之間通過長電纜連接，由于長電纜對地存在分布電容，當如圖9所示的K處發(fā)生一點接地時，則長電纜對地電容通過K形成放電回路，而出口繼電器剛好處于放電回路中。

《深圳供電局有限公司繼電保護反事故措施匯編》第4.4.12中規(guī)定：跳閘出口繼電器的起動電壓在直流額定電壓的55 %—70 %之間。若此時直流母線正負極對地電壓平衡，放電電壓為額定電壓的50 %，則跳閘出口繼電器不會動作。如果此時直流母線正負極對地電壓不平衡，負極對地電壓大于額定電壓的55 %，則放電電壓大于出口繼電器的動作電壓，繼電器將誤動作。當直流2段母線發(fā)生正負極串電時，會導致母線正負極對地電壓嚴重不平衡，甚至全偏。在此情況下，若發(fā)生直流系統(tǒng)一點接地，極易導致繼電器誤動作。

圖9 保護誤動示意

3 改進措施

SF6氣體密度繼電器造成的系統(tǒng)缺陷基本上是由表本體和連接器進水、受潮引起的。因此，對于即將建設的變電站，應盡量建成室內站，避免表計在戶外惡劣環(huán)境下運行；對于已投入運行的變電站，可以從2方面進行改善。

(1) 結合巡視開展專項檢查。檢查戶外SF6氣體密度繼電器安裝的防雨罩是否固定牢固及有無破損，能否對表本體及插入式通用連接器起到有效遮蔽作用；發(fā)現不符合要求的，應及時更換。

(2) 對頻發(fā)SF6氣體密度繼電器故障的變電站，建議在表本體和插入式通用連接器之間用玻璃膠密封，加強其密封性。

4 結束語

結合實際案例分析了SF6氣體密度繼電器由于滲水、受潮造成的誤導通、寄生、直流接地等缺陷的危害。從運維方面提出的改進措施，對減少和處理SF6氣體密度繼電器造成的系統(tǒng)缺陷有一定借鑒作用。

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