SF6密度校验及自动充放一体化装置的研制

陈斯丹

摘要：变电站气体绝缘组合电器GIS的绝缘介质为SF6气体，压力过高会缩短机械的寿命，而压力过低有较大的绝缘隐患。SF6密度继电器是监视GIS气室SF6压力的唯一设备，因此其准确度尤为重要。国家电网公司《新版十八项反措》防止GIS事故中明确要求GIS设备密度继电器要具有不拆卸校验功能，通过定期校验SF6密度继电器来及时发现故障、消除缺陷，做到早发现、早消除。

关键词：SF6密度;自动充放;一体化

近年来，国家电网某分公司SF6密度继电器校验结果显示，投运3年以上的国产开关使用的SF6密度监控装置的不合格率超过30%，存在严重的安全隐患。如果不开展校表工作，一旦出现故障，就会误闭锁断路器，若母线为单母线运行，则将引起母线全停的严重后果，影响电网的安全稳定运行，因此必须对SF6密度校验工作引起足够的重视。

通过隔离SF6气体密度继电器与SF6设备气室，用特定的校验仪对气室SF6进行压力校验。基于SF6气体特性及密度控制器温度补偿原理，分析并确定现场校验压力点，根据密度控制器与设备本体的连接方式提出校验策略。免拆卸SF6断路器通过检测、充补气装置能在断路器补气前彻底排出补气管内和系统内的空气、水分及杂质，在充气过程中系统气体压力达到额定值时能自动排气报警。可见，国内关于SF6密度继电器校验的研究主要集中在本体阀门，对压力校验和充气装置的研究较少。

综上所述，定期对SF6开展校验工作势在必行。基于此，本文研制SF6密度校验及自动充放一体化装置，可在系统发出报警或闭锁信号时校验气室的实际压力，同时免拆卸对原有表计进行读数校验，避免气室压力过低导致断路器闭锁引起母线全停事故;对GIS气室进行气体充放，压力到达预设值时自动停止，消除了手动误差，提高了电力系统的运行稳定性。

1 存在的问题

目前，SF6密度继电器主要存在以下问题。

（1）由于GIS本体气室接头不满足不拆卸，没有不拆卸校验的设备，因此校表工作不能正常展开，日常巡视无法判断SF6密度继电器是否已损坏，指针位置是否为气室的真实压力。

（2）当气室SF6密度继电器发出报警或闭锁信号时，若指针已低至报警值或闭锁值，则无法判断是气室的压力降低还是SF6密度继电器故障。若不测量真实压力，就盲目对GIS气室进行补气，可能引起气室压力升高，不利于设备的安全稳定。

（3）在气室SF6密度继电器发出报警或闭锁信号而指针处于正常值时，无法判断是SF6密度继电器指针卡涩故障还是信号接点损坏，不能掌握气室内部的真实压力。

（4）正常状态下，GIS气室压力降低使SF6密度继电器发出报警甚至闭锁信号时，工作人员会对压力降低的气室进行补气。传统的SF6手动补气操作采用经验法结合现场观察补气至略高于额定气压值时手动停止，并不精确。

2 SF6密度继电器结构及原理

SF6气体密度继电器是一种带温度补偿的压力控制器，能实时检测电气设备本体中SF6气体密度的变化，在必要时还能发出报警和闭锁控制信号，从而确保SF6气体设备安全运行。

断路器SF6气体密度继电器主要由波纹管、标准SF6气体包、微动开关触点、杠杆等组成，如图1所示。C1-L1为SF6气体降低时报警的电触点，C2-L2为SF6气体降低时闭锁断路器的电触点，隔离开关SF6气体密度继电器无闭锁功能。通过以轴为支撑点的杠杆，将密封在波纹管1外侧与断路器中SF6气体连通的SF6气体包与密封在波纹管2外侧的标准SF6气体包3进行比较，带动微动开关电触点动作，实现报警和闭锁信号功能。

SF6密度继电器往往是通过内部双金属片原理实现温度补偿的功能。常温下，两種膨胀系数不同的金属合成一片，呈直线状，受热膨胀时，由于线伸长的差异，该双金属片会向一边弯曲，弯曲行程与温度成正比，由此达到自动温度补偿的效果。

3 SF6密度校验及自动充放一体化装置

3.1 密度校验及自动充放装置介绍

SF6密度校验及自动充放装置主要由标准校验SF6密度继电器、连接304不锈钢G1/4阀门（含排气阀、截止阀、充气阀、本体连接阀等）、连接软管、自动充放控制单元等构成。其中，标准表校验精度达0.5%，额定电流为5 A，采样速率为10次/秒，温度范围为-30～+80 ℃，是具有测量显示一体、反应快、迟滞小的精密仪器。

3.2 GIS气室的真实密度校验

3.2.1 校验功能介绍

SF6密度校验及自动充放装置具有不拆卸校验SF6密度继电器的功能，对于现场不满足不拆卸校验的连接阀，仍可对气室SF6密度继电器进行不拆卸校验及真实压力测量。在进行充放气校验工作时，执行20 ℃时±1.5%、非20 ℃时2.5%的技术标准。较准条件：环境湿度≤85%，压力表工作条件静置2 h以上。

3.2.2 SF6密度校验策略

（1）不满足不拆卸检验要求。

步骤：关闭排气阀和充气阀，打开截止阀，连接本体逆止阀接头，即可得到气室真实压力并校验密度继电器读数。

（2）本体满足不拆卸校验要求。

步骤：关闭排气阀和充气阀，关闭本体隔断阀门，打开截止阀，连接本体接头，打开隔断阀门，即可得到校验气室真实压力。保持本体隔断阀门关闭，通过控制气源及充放气阀门，即可实现对原密度继电器量程范围内全覆盖升降校验。

3.3 自动启停充放气控制

传统的人工充气方式不能使压力到达额定值，存在一定的误差，本文设计的SF6密度校验及自动充放装置可手动设置额定值，到达额定值就自动停止，彻底消除充气时产生的误差，提高设备的运行可靠性。

3.3.1 原理介绍

自动充放气装置控制回路主要由空气开关ZK、接触器KM、按钮SB、指示灯H、电磁阀DQ、AC 220 V数显压力表等构成。其中，数显压力表作为标准母表，精度高达0.5%，压力在0～1 MPa之间任意调节，具有Lo1低压报警、Hi1高压断开和Lo2低压断开、Hi2高压报警两对双向控制接点，分别实现对电磁阀通断和接触器吸合的控制。

以充气过程为例，当按下充气启动按钮时，充气接触器KM1常开接点闭合使得常闭充气电磁阀打开，此时气源压力高于气室压力，充气得以进行;当气室压力到达预设值时，数显压力表控制接点使得黄灰常闭接点变常开，充气接触器线圈失电，电磁阀状态转变，充气停止，实现自动充气功能。放气过程同理。进行充放气操作遇突发情况时，可通过紧急停止按钮即停即止。

3.3.2 充放气策略

当GIS气室压力降低或升高，需进行充放气操作时，具体步骤为：打开气源，操作电源空开;设置充放气Lo1低压报警、Hi1高压断开和Lo2低压断开、Hi2高压报警值;启动充、放气按钮，观察指示灯;数显压力表比较设定值与实际压力;接触器动作使常闭电磁阀打开，开始充气或放气;到达设定值时接触器动作，使电磁阀失电并关闭;关闭操作电源及气源;流程结束。

3.4 优点分析

（1）可不停电、不拆卸开展SF6密度继电器校验工作，仪器精度及可靠性高，可及时、快速发现可能存在的隐患。

（2）制作成本低，实现了充放气操作的自动化，彻底消除误差，使其准确运行于额定压力，提高设备的使用寿命及设备的运行可靠性。

（3）充放气操作均可预设0～1 MPa范围的目标值，实用性强，适用范围广，精确度高，总体实用性强。

4 结语

本文研制的SF6密度校验及自动充放一体化装置可实现全站范围内的SF6密度继电器校验和自动充放SF6气体操作，可开展日常SF6密度继电器校验工作。该装置将校验得到的气室真实压力与本体表计相比较，进而判断SF6密度继电器是否已损坏，操作便捷，可靠性好;当气室SF6密度继电器发出报警或闭锁信号时，可通过测量气室的真实压力，快速判断是GIS气室压力已降低还是SF6密度继电器故障，有利于提高工作效率;消除了对压力降低的气室进行补气时带来的压力误差，使设备准确运行于额定值，保证电力系统的安全稳定运行。

参考文献

[1]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器[M].北京：中国电力出版社，1999.