电力设备中SF6气体的在线监测技术探讨

刘琪 马成军 王飞

摘要：SF6气体作为优良的绝缘介质和灭弧介质，广泛应用于输变电设备中。对于高压断路器、变压器等主要输变电设备中的SF6气体，应满足两个要求：一是SF6气体压力应达到额定水平;其次，SF6气体中的含水率应满足规定的要求。因此，在运行中应定期检测SF6气体的年漏气率和含水率。

关键词：电力设备;SF6气体;在线监测技术;探讨分析

一、引言

当设备内的SF6气体由于密封不良而泄漏，空气压力降低时，SF6气体的绝缘性能和灭弧性能会降低。另一方面，当SF6气体中的水分含量超过标准时，水分会凝结在设备内部的绝缘件表面，降低绝缘件的绝缘强度，导致表面放电。在电弧的作用下，SF6气体会与湿气发生反应，产生活性腐蚀性气体，腐蚀绝缘部件，降低设备内部绝缘，导致设备事故。如何有效监测SF6气体，提高设备运行的可靠性，一直是运行单位非常关注的问题。

二、前期的SF6气体监测技术

根据对SF6气体的初步研究，随着压力的增加，SF6气体的绝缘性能增加了2。SF6气体临界击穿场强的计算公式如下：

因此，可以得出击穿场强度E只与SF6气体压力P直接相关。基于这一理论，早期对SF6气体的监测只关注SF6气体的压力。以SF6断路器为例，将传统带密度继电器的气压计分为绿区、黄区、红区三个区域来监测SF6气体的压力。分别对应SF6正常压力、SF6低压报警压力、SF6低压锁定断路器开、合闸压力。所述黄色区域和红色区域分别设置有电触点，电触点连接在断路器的信号回路和控制回路中。

当电气设备密封不良造成SF6气体泄漏时，压力表指针会随着压力下降而偏转。当压力降至黄色区域时，接通与断路器信号电路相连的电触点，发出报警信号。若SF6气体未及时加入，压力持续降至红色区域，则接断路器控制回路连接的电触点，启动中间继电器，阻断断路器的开合闸操作。对于非综合自动化的变电站，没有SF6气体压力信号的数据采集，无法实现数据的远程传输。同时，由于气压表抗震性能差，会使气压表指针卡死，电接点误操作，降低了操作的可靠性。另外，气压计没有反映断路器年漏电率的大小。同时，压力表不能反映SF6气体的含水率。目前，广泛使用的方法是使用露点仪进行检测。因为测试是按年周期执行的，所以是离线监控。同时，由于在检测过程中会产生SF6气体的排放，不可避免的会造成环境污染。

三、目前应用的SF6气体在线监测技术

3.1SF6气体密度的在线监测技术

最近的研究表明，SF6气体的绝缘灭弧性能不仅与空气压力有关，还与密度密切相关。

通过一系列测试结果相比，在SF6气体密度不变，气压降低的情况下，最小电弧时间平均只增加了0.35m。与B和C的测试结果相比，在气体压力恒定、SF6气体密度降低的情况下，最小电弧时间平均增加了1.2m。因此，SF6气体的密度要比空气压力更能反映断路器的绝对绿灭和灭弧性能。SF6气体在线监测的原理是通过压力和温度传感器测量具有一定精度的气体压力和温度，并通过SF6气体状态参数方程计算气体密度。

当压力和温度传感器的精度满足要求时，可以得到精确的气体密度值，并可以监测SF6气体的泄漏。甚至高于气体密度报警值，如果泄漏率超过标准在很短的时间内，它也可以发送一个警报，这创造了条件，及时处理设备缺陷，减少了SF6气体排放气体，这有利于运营商的健康和环境保护。传统的密度继电器和压力表无法达到上述监测效果。目前国内一些在线监测设备的应用，通过压力和温度传感器采集断路器SF6气体压力和温度的值，通过医学数字量的转换到单片机，单片机通过数字运算和温度补偿，得到了SF6气体密度值在20℃。可以在本地PC上显示密度值，也可以通过RS45与变电站综合自动化系统的接口，将瓦斯密度、温度数据以及报警信号、阻塞信号传输到监控中心，实现瓦斯密度的在线监测。

3.2 SF6气体水分含量的在线监测技术

SF6气体含水率在20℃时，新设备与灭弧室相通的气体室按《电气设备切换测试标准》第6条规定不超过150uL/L;运行设备依照本法规定的电力设备预防性试验程序，与灭弧室空气室不大于300 ul / L最近的研究发现，SF6气体上升的水分含量与环境温度的增加，但没有特定的允许标准，所以当测试温度和正常温度，测试结果往往没有可比性相去甚远。一些SF6高压电器设备厂家已经给出了SF6气体含水率随经验温度变化的曲线，使不同温度下的检测结果具有可比性，具有一定的工业应用价值。

SF6氣体含水率和密度在线监测原理基本相同。水分在线监测传感器由三部分组成：湿度、温度和压力传感器。单片机具有AD转换功能，并通过RS485接口与PC机通信。该系统可多路采集断路器SF6气体参数值，并在数字操作的同时进行温度补偿。

湿度传感器是整个数据采集系统的核心。与空气相比，SF6气体中的水分含量非常低，所以测量时应使用低混合传感器。它既可以采用氧化铝聚合物型传感器，也可以采用电容式湿度传感器。这些传感器中的湿感材料根据周围环境的相对湿度比例吸收和释放水分子，改变介电常数，并通过电路反映不同的水分含量。

四、结语

在线监测SF6气体密度可以在短期内监测SF6气体的绝缘性能，分析SF6气体的泄漏率。对SF6气体湿度进行在线监测，可以及时发现SF6气体中水分含量超标的问题。这对提高电力设备运行可靠性和电力系统供电可靠性具有积极的作用。

参考文献

[1]洪德祥水分导致SF6电压互感器爆炸电力设备，2017（3）：71-74.

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