SF6密度继电器表的使用状况分析

黄烜城，储海军，陈 迟，韩文建

(江苏方天电力技术有限公司，江苏南京211102)

SF6密度继电器表是电力系统中重要的保护和控制元件，如果GIS发生故障，将会对系统造成很大的危害。要确保GIS设备的可靠运行，就必须经常监视GIS的各项指标。特别是SF6气体的密度，必须达到相关标准的规定，才能使GIS长期保持良好的工作状态。近年来伴随GIS设备的增多，由于SF6密度继电器表的结构缺陷、使用安装方式不正确等问题导致电力设备故障的事情时有发生。

1 故障统计

2011年，由于SF6密度继电器的使用而引起的相关故障统计如表1所示[1]。

表1 相关故障统计

从表1统计数据来看，江苏省2011年与SF6密度监测设备相关的电力系统故障已经占系统故障总量的40%，其中直接故障占总数的13.3%。该类SF6密度继电器表在江苏省使用率为25.43%，但检测不合格率却高达30%～40%，情况的严重性可见一斑。虽然新国标为SF6密度继电器表的检测提供了一定的参考标准，但是由于缺乏一些关键的参数，导致现场执行时在某些关键问题上会与厂家产生分歧。

2 使用状况及问题分析

2.1 省内现状

近期在苏州地区、淮安郊区等220 kV变电站内，随机拍摄的运行中设备上所使用的敞开式SF6密度继电器表如图1所示。这些表计都存在着同样的问题，内部机构氧化严重（图1中圈的部分为铜的氧化产物），表壳内存在着大量的污物。从开关生产的年份看，这些SF6密度继电器表的投入使用年限均在6～8 a。

江苏省相关统计数据表明，部分使用年限在4 a以上的该类型SF6密度继电器表存在接点不通；表面指示压力不准确（严重超出误差允许范围）；指针在移动过程中存在严重的滞针、跳针现象等问题，不合格比例接近50%。如表2所示[2]。

表2 2009年部分电厂检测统计

2.2 结构及原理

SF6气体密度表原理结构如图2所示。它实际上是在弹簧管式压力表机构中加装了双层金属带而构成的。空心的弹性金属曲管1与GIS相连，其内部空间与GIS中的SF6气体相通，弹性金属曲管1的端部与起温度补偿作用的双金属带3铰链连接，双层金属带3与齿轮机构和指针机构2铰链连接。当GIS充入SF6气体后，等待一段时间，使GIS内部温度升高至与外部环境温度达到平衡后，调整SF6气体至额定密度或压力值，这时，不管SF6气体受环境温度的影响使其压力增大还是减小，由于双层金属带3的温度补偿作用，密度表的指针始终指向20℃时的额定压力或密度值不变。

图2 SF6气体密度表的结构

正常运行状况下SF6密度继电器表压力变化应符合为图3所示的pr曲线，当SF6气体压力降至pa曲线时气体密度开关发出报警信号，SF6气体压力降至pc曲线时断路器就应进行自行闭锁，并发出闭锁信号，相应的断路器等设备就不允许进行操作，以保证设备和系统安全。

图3 SF6压力温度特性曲线

2.3 故障原因分析

图1中SF6气体密度继电器表普遍使用磁助式电接点继电器，触头本身闭合力小，加之接点不经常动作，时间稍长，触头极易氧化导致接点冷焊或接触不可靠。对于无填充型的SF6密度继电器，由于机构长期暴露在空气中，触头更容易因氧化或积有灰尘，而接触不良或冷焊。该类隐患可以直接导致当GIS因气体泄漏，使本体内的压力降至报警或闭锁值时，不能及时报警或闭锁，从而酿成重大事故。同样的原因也造成了图1中所见的由于机构氧化而导致指针动作时摩擦力增大，出现滞针、跳针的问题。

某表使用一定年限后的现场检测数据如表3所示。由于SF6气体密度继电器表内使用了弹簧管结构，同其他使用该结构的压力计一样，在使用一段时间后会由于弹簧管形变而导致报警和闭锁值产生一定的飘移，加上温度补偿材料在使用一定时间后会老化变形，将使得报警和闭锁值产生更大误差。另外SF6气体密度继电器表的工作环境也存在一定的相关性。潮湿、酸蚀的环境也会加速接点和内部机构的腐蚀氧化过程。

表3 某电厂的部分检测数据

3 检测方法及问题分析

3.1 检测标准与方法

目前，对SF6气体密度继电器检测的主要依据标准为GB／T 22065—2008《压力式六氟化硫气体密度控制器》，该标准于2009年1月1日正式实施。标准中6.9节、6.10节规定在设定点偏差、切换差试验时，在报警点及闭锁控制回路相应端子之间施加不低于24 V电压，在负荷变化速度每秒钟不大于1%的情况下读取信号接通时的压力数值。根据该标准，现场检测项目：（1）报警启动压力值；（2）报警（补气）返回压力值；（3）闭锁启动压力值；（4）闭锁（补气）返回压力值；（5）SF6气体密度继电器带有压力表时，应对压力表的显示数值进行检验。

江苏省目前对密度继电器表的校验主要采用气室隔离校验法，如图4所示。其校验原理是采集密度继电器的温度和接点动作值，通过单片机自动折算成20℃的等效压力值，从而实现对密度继电器的校验。校验时把阀l关闭实现与本体气室的隔离，打开阀2与专用仪器接口相连，调节仪器模拟GIS设备的充、漏气行程完成继电器的校验。依据规程，江苏省所用的JMD-10型SF6密度继电器校验仪器校验输出电压设定为DC24V，检测接点设为3对，分别是1对报警接点，2对闭锁接点。补、漏气行程模拟控制则采用了传统的人工手摇方式，该方式具备较高的操控性，有利于获得相对精确的检测结果。

图4 密度继电器校验原理图

3.2 关键问题分析

为避免因操作不当对测量结果造成影响，且与厂方也进行过接洽。厂家确认了存在的问题，同时也对检测方法提出了质疑，主要分歧在于：（1）厂家认为检测输出电压应该为其正常工作电压。检测时，在其正常工作电压下串联匹配电阻，使流经触点的电流小于最大允许电流即可。与厂家的产品使用说明书中提供的“接点的最小测试、工作电压为12 V”说法并没有直接矛盾。（2）机构因氧化问题而造成触点接触不良或冷焊时，可以通过反复加、降压的方式磨掉氧化层或脱开触点。（3）该类型SF6气体密度继电器表正常使用时的精确度等级为2.5级，等级较低。加上测量仪器本身（0.4级）的误差，在非标准（20℃）环境下测量产生的误差可能超出允许范围。

4 结束语

（1）标准中应规定测试仪器的输出电压范围和试验允许最大操作次数。虽然标准中规定SF6气体密度继电器表的“电气参数”，也有“最低测试电压不低于24 V”的说明，却没有对检测仪器的输出电压范围做出明确规范，也没有给出试验允许的最大操作次数。在发现问题时，目前只能依据个人的判断给出推荐性结论。

（2）建议对仍在使用中的低等级SF6密度继电器表给出检测的参考依据，如果不建议使用低等级SF6密度继电器表规程中应明确说明。新规程仅对1级、1.6级的密度继电器表出具检验误差数值，导致站内仍在使用中的低等级密度继电器表没有检测参考标准，无法提供有力的判据。

（3）对该类型SF6密度继电器表的使用环境制定强制要求。如在同一变电站内使用的充油/气式SF6密度继电器表与图1的敞开式SF6密度继电器表相比，投入使用的年份比它早，但可以看出，表内无明显的氧化、污染迹象。历年的检测数据也比较理想。参考2种表的对比，江苏省应该提高对户外用表的要求。

（4）对SF6密度继电器表提出检验周期和强制报废年限。检验周期宜定为2～3 a，强制报废年限可定为10 a（与厂家承诺的使用寿命相一致）。否则，由于不经常动作而导致的金属疲劳、机构氧化等问题，随时可能造成电力设备故障，危及系统的安全。

[1]GB/T 22065—2008，压力式六氟化硫气体密度控制器[S].

[2]田宏亮.SF6密度继电器现场校验的必要性[J].宁夏电力，2010（5）.