高压断路器SF6密度继电器异常误差分析及改进方法

郭良峰，方群会

(1.国网重庆检修分公司，重庆 400039；2.国网重庆长寿供电公司，重庆 401220)

高压断路器SF6密度继电器异常误差分析及改进方法

郭良峰1，方群会2

(1.国网重庆检修分公司，重庆 400039；2.国网重庆长寿供电公司，重庆 401220)

文中阐述了SF6密度继电器对SF6电气设备的重要性，通过论述SF6密度继电器工作原理，对重庆地区春季温差变化较大导致SF6密度继电器出现误报警信号的原因进行分析，提出了改进方法和措施。

高压断路器；SF6密度继电器；误差分析；负补偿

SF6电气设备在变电站已广泛使用，主要用于断路器、GIS、HGIS、电流互感器和变压器等设备中，起到绝缘和灭弧的良好作用。SF6密度继电器是SF6电气设备的关键元件之一，是监测SF6气体泄漏情况和SF6气体密度变化的专用保护装置, 对设备的安全运行起着非常重要的作用。现场运行的SF6气体密度继电器由于不经常动作，经过一段时间后会出现动作不灵活、触点接触不良等现象，有时还会出现密度继电器温度补偿性能变差，继电器环境温度与设备本体环境温度存在偏差，导致负补偿，当环境温度变化时，常导致SF6密度继电器误动作，报警信号自动复归等现象[1,2]。

1 SF6密度继电器工作原理

SF6密度继电器是根据理想气体方程设计的一种带温度补偿的压力监控装置，按不同的温度补偿方式，主要分为双金属补偿型和标准气体补偿型。电气设备上的SF6气体的密度，是以SF6气体经温度补偿以后的压力来表示的，即以20℃时的压力值来表示的。根据气体状态方程：

(1)

式中M——气体质量，SF6气体不发生泄漏时质量固定，因此M为常数；R——理想气体常数；V——设备容积，也为常数；T——密度继电器安装处的绝对温度(T=t+273)；t——环境温度。

由式(1)可得气体密度公式：

(2)

由式(2)可见，在SF6密度继电器不发生气体泄漏的情况下，密度继电器指示压力值与密度成线性变化，压力值能代表设备内部SF6气体的密度。因此，只要对内部气体温度的变化进行精确的补偿，便可准确监测20℃时的SF6气体密度[3-10]。SF6气体压力与温度高化关系曲线见图1。误差补偿曲线见图2。

当t为20℃时，P为密度继电器的额定压力值。t为其它温度值时，密度继电器的补偿值PΔ为：

PΔ=(P-Pt)

(3)

代入式(1)中得：

(4)

图1 SF6气体压力与温度变化关系曲线

图2 误差补偿曲线

由图2可见，当SF6密度继电器温度补偿装置双金属片或标准气体补偿包能够完全按照误差补偿曲线进行补偿时，SF6密度继电器能够及时正确反映20℃时的压力值。SF6电气设备因某种原因发生泄漏，经过温度补偿后压力降低，降到报警压力值时，一对电接点接通发出报警信号，若压力继续下降，降到闭锁动作压力值时，另一对电接点接通发出闭锁信号，从而实现对电气设备的安全运行保护。

2 SF6密度继电器误差分析

重庆某220kV变电站110kVSF6断路器发生SF6气体密度继电器报警现象，检修人员到现场使用红外检漏仪检查并未发现漏气现场，报警信号已恢复，现场压力值0.44MPa(额定压力为0.45MPa，报警压力0.43MPa，闭锁压力为0.4MPa)。全面检查，管路连接良好，各继电器接线未发生受潮，密度继电器校验正常。此现场多次发生，检修人员将SF6气体补充值压力值0.47MPa，再未发生报警信号及自动复归现象。结合春检工作和重庆春季温度变化情况，检修班组对该设备进行全面分析检查。经分析，该设备发生多次报警时，均出现在上午10点左右，且为晴天，SF6密度继电器经细铜管路由上到下的连接方式，SF6密度继电器安装在机构箱内部，机构箱内部温度几乎与外部环境温度相同，且阳光直射机构箱。不满足《国家电网公司十八项电网重大反事故措施辅导教材》中要求，密度继电器应装设于断路器或GIS本体同一运行环境温度的位置，以保证其报警、闭锁触点正确动作。

重庆2016年3月温度变化如图3所示。

图3 重庆2016年3月份温度变化

当SF6密度继电器温度比断路器气体温度高于10℃时(假设断路器内10℃，密度继电器感知温度为25℃)，SF6密度继电器和断路器本体压力相同，但因所处环境温度不同，由式(1)和(4)可得：

(5)

(6)

(7)

式中P1——断路器内部的压力值；PE——感知温度为20℃时的额定压力值；PE——0.45 MPa；P2——密度继电器补偿压力值。

由式(4)得补偿值PΔ为：

PΔ=-0.008MPa

由式(5)、式(6)、式(7)得：

P1=0.435 MPa，P2=0.458 MPa

此时压力表的指示值为Pt=P1+PΔ=0.435-0.008=0.427 MPa。低于报警值0.43 MPa，所以发生误报警信号。可见，当SF6气体温度低于20℃时，气室压力小于额定压力，继电器压力指示也小于额定压力，而继电器温度和气室温度温度不一致，且高于环境温度时，继电器进行负补偿，继电器压力指示进一步降低，温度补偿起到反作用。随着环境温度的升高，断路器本体环境也会升高，本体温度和SF6密度继电器环境温度差变小，气体压力值上升，同时密度继电器负补偿值变小，SF6密度继电器压力值大于报警值0.43 MPa，信号自动复归。

3 改进方法及措施

本次引起气压低报警原因是开关本体内气体温度较低，而继电器所处环境温度较高造成的。密度继电器温度补偿装置只对密度继电器本身感温元件所测温度进行补偿, 而感温元件所测温度与SF6气体本身的温度并不一致，出现负补偿。依据SF6密度继电器工作原理，SF6密度继电器通过气压传导监测设备内折算至20℃时的气体压力，并将该温度下压力降低至某设计值设定为报警和闭锁信号。常用SF6密度继电器报警值为额定值的90%～95%，而闭锁值为额定值的80%～90%。

根据补偿值公式(4)和误差补偿曲线及重庆春季地区早晚温差变化值，可知，密度继电器本身感温元件与设备本体温差在10°和20°之间时，密度继电器负补偿范围在0.02MPa和0.04MPa之间，这时设备发生压力低报警的现象是有环境温度变化引起的，属于误报警。针对SF6密度继电器原理和环境温度的不同，应对SF6密度继电器的设计和安装进行改进。

(1)SF6密度继电器额定值、报警值及闭锁值是在20℃时的校订值，通过设定报警值为额定值的90%，闭锁值为额定值的85%，增大报警值和额定值差值可有效避免因温差大导致负补偿引起的误报警；减小报警值和闭锁值差值，可有效保护开关设备因SF6气体密度低引起的灭弧能力不足。

(2)缩短SF6密度继电器本身感温元件与设备之间的连接管道，避免阳光直射SF6密度继电器本身感温元件，安装在机构箱内的感温元件远离加热器，减小感温元件和设备本体之间的温度差。

(3)虽设定报警值为额定值的90%，但SF6运行压力小于额定压力，因运行压力与报警压力差值较小，也可能发生误报警，应及时补充至额定压力。加强对发生报警的SF6设备泄漏检测，以便及时处理；加强对满足不拆卸校验的SF6密度继电器维护检测工作，确保其正常工作。

4 结语

本文对SF6密度继电器在温差较大时出现误报警原因进行分析，并结合重庆春季期间运行环境提出改进方法和措施。SF6密度继电器的准确指示是保障SF6设备正常运行的关键参数，对变电设备监测和保护起至关重要的作用。为此，必须从设计和安装上采取相应措施消除SF6密度继电器的负补偿问题，加强检测校验，及时消除泄漏缺陷，保证SF6变电设备的正常运行。

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(本文编辑：严 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，硕士，从事变电设备检修管理工作。

TM561

B

2095-1256(2016)06-0783-04

2016-10-18