SF6气体微水在线检测装置研究

荆 错，冯新岩，曹 刚

（山东电力超高压公司，山东 济南 250021）

0 概述

SF6用气体绝缘介质始于20世纪50年代初。由于这种气体的优异特性，在60～70年代，SF6气体已广泛用于超高压大容量电力系统中。在设备运行过程中，当SF6气体的含水量过高时，会危及电气设备的安全运行，主要表现在SF6气体在电弧下的分解物遇水会发生化学反应生成具有强腐蚀性分解物等，会腐蚀损坏绝缘件；在温度降低时可能形成凝露水，使绝缘件表面绝缘强度显著降低甚至闪络[1]。国内外都曾出现过因高湿度引起内部故障而导致高压断路器爆炸的事故，因此控制电气设备中SF6的水分（断路器更为关键）对安全可靠运行关系重大。

1 气体微水的测量

电力系统测量SF6气体绝缘设备中湿度的测量方法有电解法、冷凝露点法和阻容法等[2]。变电站内SF6气体微水的现场检测，大多采用便携式精密微水仪进行。用此方法测量，每次检测都必须停电进行，无法实时显示，但是在现场设备中有些气室难以停电，如GIS双母线刀闸气室。这给SF6气体微水测量带来很大难度。测量时，一旦接口处理不好造成气体大量泄漏会给人员及设备带来很大危险，因此多数单位禁止带电测量SF6气体含水量。

SF6气体微水在线检测，仪器结构简单、使用可靠，安装在设备上后，无需停电，不需要排放气体就可以测量，相对其他测量方法，在线测试可以减少很多繁琐的测量步骤，节省开支，对电力设备的安全可靠运行有重要意义。

2 在线监测仪器的设计原理

SF6气体微水在线检测系统设计采用总线式分布式结构，设计分为过程层和控制层。系统框架图如图1所示。

过程层包括SF6气体微水、温度、及压力传感器监测装置，实现对被测设备SF6气体状态（微水、温度、压力）的自动采集、信号处理、模数转换和数据的预处理和报警功能，并对监测结果进行就地数字化显示和缓存，存储量至少能存储3个月的数据。

控制层由于考虑到便于拆卸的要求及将来在线检测扩展可能需加装间隔层对数据进行标准统一的需要，采用了现场工作平台采集模式。工作平台与过程层通过RS485接口通讯，能够采集在线检测装置内部缓存数据，并随时对检测装置发出采集指令。数据处理软件具有微水值、温度及压力变化曲线图绘制功能。

图1 系统框架图

2.1 系统设计依据及标准

为保证SF6气体微水在线检测系统符合要求，在线检测仪按照《高压开关设备管理规定》、《高压开关设备反事故技术措施》和《高压开关设备质量监督管理办法》（发输电[1999]72号）以及GB/T8905-1996等中规定来设计[3]，系统设计的技术指标如下。

1）压力测量范围：-0.100～0.900 MPa（表压）

2）压力测量精度：≤±0.3%FS

3）露点温度测量范围：-80～60 ℃

4）露点温度测量精度：±3℃

5）微水测量范围：70～20 000 ppm

6）报警门限：0.550 MPa、300 ppm（或根据设备需要设置）

7）闭锁门限：0.500 MPa（或根据设备需要设置）

8）通信接口：RS485

9）各继电器接点容量：3A/250VAC、3A/30VDC

10）电源电压：AC（220±15%）V

11）温度分辨率：0.1 ℃

2.2 系统硬件设计

系统主机。主机必须具备优异的电磁兼容性能、机械抗震抗冲击性能和外壳防尘、防水性能，并具有自诊断和大容量数据存储功能，设计采用军工级的IC芯片和使用多层电路板的PCB设计，并采用独特的抗干扰电路措施，以满足SF6在线微水检测仪在抗干扰和稳定性方面具有优异的性能。

传感器选择。经综合分析对比了当前SF6气体微水检测应用较普遍的镜面传感器、氧化铝阻容传感器及高分子膜传感器，经过分析对比，确认前两类只适合常规测试，不能在在线检测气体不流动状态下检测，只有高分子膜传感器能满足要求。因此采用了高分子膜传感器。

3 现场安装、测试和使用情况

3.1 现场安装

在线检测装置要求有良好的密封性，不影响设备运行，同时不能影响设备正常充气补气及常规气体微水测试。设计采用三通阀安装方式，一端装在设备补气口处，一端连接SF6气体微水在线检测装置，还有一端安装式充气嘴，以满足上述要求。

图2 现场安装位置

SF6气体微水在线检测仪采用三通阀安装，在线测试的同时可以进行常规停电测量。SF6气体微水在线检测装置主机通过三通阀分别安装在一次设备上。通讯装置为了满足防尘和防水需求，安装在断路器端子箱内。

3.2 仪器测试

在线检测装置安装后，按照规程规定，将全部在线检测装置进行了包扎法检漏测试。包扎24 h后，采用LM2000-Ⅲ型SF6定量检漏仪对在线检测仪进行检漏，检漏结果符合规程规定，证明装置自身及安装密封性满足要求。

为了验证在线检测仪器的准确性，使用RA60FAD SF6气体分析仪对设备进行常规测试并与在线检测装置显示结果进行对比，测量结果如表1所示（显示均为换算至20℃）。

表1 对比测试数据

通过对比可以看出，在线检测仪和现在使用的离线式的仪器测量结果上相差不大，不会影响对结果的判断，精度达到了工程使用要求。

3.3 仪器使用

气体微水在线检测仪在经过设备调试和软件调试后投入使用。该仪器实时显示气室内的压力、温度和气体微水值。仪器安装运行了一段时间后，经过数据的采集、处理、存储，将数据存于数据库中，并通过现场工作平台采集进行分析。

在仪器的软件上，加入了实时检测、历史查询等功能，通过便捷的人机交互界面，对数据进行快速的分析和处理。并通过控制软件，查看被测设备SF6中的微水值、压力变化数据（均已换算至20℃）以及历史数据曲线。

4 结语

随着电网的快速发展，SF6设备应用越来越广泛。SF6作为使用越来越广泛的绝缘气体，各供电部门对SF6气体微水的在线检测设备的需求也越来越多。

通过SF6气体在线检测可以及时发现设备缺陷，避免设备故障带来的大量损失。可以有针对性的重点监测某些含水量增大的气室或有泄漏的气室，增强设备安全运行系数，提高设备的可靠性，减少工作量。SF6微水监测设备，减少了检修工作量，减少了设备停电时间及人员出差次数。在线检测会减少定期巡检时SF6取气造成的环境污染和气体的浪费，减少温室气体排放，也具有积极的环保意义。

为进一步发挥该系统的作用，下一步将进行SF6组份在线检测的研究应用，与气体微水检测两者相结合，将为分析设备运行状态提供更为全面的数据。