SF6互感器带电检测的多参数快速测量系统设计

毛光辉，朱建军，丁五行，王锋，温定筠

(1.国网甘肃省电力公司，甘肃兰州730030;2.泰普联合科技开发(北京)有限公司，北京102200; 3.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730030)

SF6互感器带电检测的多参数快速测量系统设计

毛光辉1，朱建军1，丁五行2，王锋1，温定筠3

(1.国网甘肃省电力公司，甘肃兰州730030;2.泰普联合科技开发(北京)有限公司，北京102200; 3.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730030)

介绍一种基于冷镜露点法测量、热导传感器和电化学传感器技术等手段，实现多参数快速测量的互感器带电检测系统，同时考虑检修人员现场取气工作的安全防护等因素，采取标准化接口，操作简单，建立SF6气体绝缘互感器状态安全评价体系。

六氟化硫互感器带电检测;气体湿度;气体纯度;气体分解产物;多参数快速测量

0 引言

由于纯净的SF6气体化学性能稳定，绝缘和灭弧性能优异，近年来作为绝缘介质在电力行业中得到了广泛的应用。六氟化硫互感器作为重要的电力设备，具有运行可靠、节省场地、抗盐污等优良特性。因制造安装工艺、产品老化等因素影响，要求对互感器设备内SF6气体进行定期检测，而由于内部空间限制，充入的气体较少，传统的检测仪器和检测方法又存在检测时间长、耗气量大、测量精度差等不利因素［1］，导致一些潜伏性内部放电、过热等缺陷得不到及时发现，内部闪络故障时有发生，对电网安全运行和可靠供电产生了严重影响。

为及时发现高压电气设备内部的各类缺陷，近年来，国家电网公司等单位大力推行了电气设备的状态带电检测并取得了显著成效［2－3］。目前常用的带电检测方法主要有红外测温［4］、超声波/超高频局部放电检测法、SF6气体成分分析［5］、红外/激光气体检漏技术等。其中红外测温的红外辐射在固体中穿透能力极其微弱;超声波检测显示的检测结果不直观，对操作人员的技术水平有较高要求;超高频检测由于信号频带宽度有限，可能会屏蔽部分局放信号。以上几种方法均具有一定的技术局限性。而气体成分分析法通过对分解产物主要成分的含量分析以及水分含量多少判断内部故障［6］，该方法几乎不受任何外界环境因素的影响，是目前检测六氟化硫互感器放电、过热性缺陷最有效的方法之一。

本文从六氟化硫高压互感器状态带电检测需求出发，研制出一种满足现场带电开展SF6气体多参数快速测量的系统，综合利用冷镜露点法测量技术、热导传感器技术和电化学传感器技术等手段，在少量气体消耗的基础上，快速地提供SF6气体绝缘参数信息。同时发明一套安全的气体取样接口，既确保气体无泄漏，又为手动操作提供了绝缘防护。

1 多参数快速测量系统简介

1.1 测量系统的组成

本文多参数快速测量系统包括SF6气体取样快速接头(可快插连接压力表)、取气管路、流量自调节模块、气体湿度/纯度/分解产物测量模块、以及互感器SF6绝缘气体的安全评价体系。采用模块化、组合式结构，具有体积小、配置灵活的特点。

互感器带电检测的多参数快速测量系统工作原理图，如图1所示。

图1 系统工作原理

(1)SF6气体取样快速接头

取样快速接头主要由接头固定螺纹、推进螺纹、取气芯轴和快插接头组成。其防泄漏和绝缘设计及连接操作方式，可确保气体无泄漏，达到以低耗气量获得精确检测结果的目的。

(2)气体湿度/纯度/分解产物测量模块

气体湿度测量采用冷镜露点法技术:随着镜面温度的降低，气体中的水分在镜面上凝结为霜层，发射光被散射，从而接收的反射光强度减弱。微处理器通过控制冷泵的制冷电流，从而控制镜面温度，使镜面霜层保持一个特定的厚度，即气体中的水蒸汽在镜面上冷凝、蒸发达到相平衡状态，由温度传感器测量并记录为被测气体的露点(湿度)［7－9］。

气体纯度测量采用热导传感器技术:在混合气体中的某一组分的气体含量发生变化，必然会引起混合气体的导热系数发生变化［10］，气体热导传感器正是一种随着导热系数变化而发生响应的浓度型传感器，由此实现对气体纯度的测量。采用热导传感器恒温检测技术，在传感器温度随气体浓度变化时，改变传感器的工作电流，利用电流的热效应来确保传感器的温度不变。

气体分解产物测量采用电化学传感器技术:电化学传感器通过与目标气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作［11］。在传感器电极间连接信号采集电路，与目标气体浓度成正比的电流会在正极与负极间流动，测量该电流即可确定气体浓度。通过抗交叉干扰设计、空气洁净单元、动态温度校正补偿技术的联合运用确保测量精度。

(3)SF6绝缘气体的安全评价体系

参照相关规程要求［12］，互感器设备内SF6气体要进行定期的检测。多参数快速测量系统在多区域大范围内运行互感器设备的普测工作中，采集现场实测数据，与历年各次试验结果比较，进行综合分析，建立了判断缺陷产生原因和变化趋势的SF6绝缘气体安全评价体系。

1.2 测量系统的技术特点

多参数快速测量系统是针对互感器带电检测的专业技术，通过测量SF6气体湿度、气体纯度和气体分解产物等多个指标，实现对互感器密封缺陷以及早期放电缺陷的发现，并评估互感器运行状态。

(1)取样快速接头的防泄漏和绝缘设计

取气芯轴平移向前推进的过程中，先进行外圈密封后再顶开逆止阀取气，因而不会泄漏气体。另外，固定螺纹和推进螺纹全部为聚氨酯绝缘护套设计，防止高压互感器感应放电对检修人员手工操作的影响，对进行互感器带电检测工作的检修人员起到了安全保护的作用。

(2)双重恒温绝热系统的热导传感器技术

恒温系统采用模糊控制技术精确控温，双重恒温绝热设计使热导传感器在恒定的温度条件下稳定工作，消除了因环境温度变化而引起的检测误差，使测量系统的准确性较高。双重恒温绝热系统:即不同温度的气体通过本系统时都会快速升温至一高于环境温度的恒定温度，然后进入热导池;热导池同时被加热至同一温度，用特殊的绝热材料将热导池与环境隔离，最大限度减少热辐射。

(3)传感器响应的微积分分析技术

采用气体电化学传感器技术和微积分分析技术相结合，只需少量气体通入测量单元，对传感器响应信号进行微积分计算得出对应额定流量的稳定值，即可同时监测SF6气体分解产物中SO2、H2S和CO杂质组分。在最大限度节省气体用量的条件下，快速完成测量过程。

2 多参数快速测量系统的应用

为验证多参数快速测量系统与传统检测仪器在整机测量方面的性能，进行了实验室比对测试:1、2号为传统检测仪器，测试气体流量为590ml/min;3、4号为多参数快速测量系统，测试气体流量为300ml/min。电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心对SF6气体湿度模块的测试数据见表1，纯度模块测试数据见表2。中国电力科学研究院对SF6气体分解物模块进行测试，数据见表3。

表1～表3中仪器测量数据均为通气3min读取的测量结果。从表中可知，1～4号仪器湿度测量值误差均小于±0.2℃，满足现场湿度测量的需要并可用作湿度传递的标准;1～4号仪器纯度检测值误差均小于±0.1%，满足并优于国家电网对此类仪器检测精度的要求。

表1 SF6气体湿度模块的检测报告Td℃

表2 SF6气体纯度模块的检测报告%

表3 SF6气体分解物模块的检测报告μL/L

从表3可见，与标准值相比:当测量值小于10μL/L时，1～4号仪器SO2、H2S示值误差均小于±0.3μL/L，CO示值误差均小于±2μL/L;当测量值大于10μL/L时，1～4号仪器SO2、H2S示值误差均小于±3%，CO示值误差均小于±4%;满足并优于国家电网对潜伏性故障判断用仪器的性能要求。

在2014年4月1日至2014年4月28日，选取临洮、东台、山丹、秦安、西峰等地变电站的部分SF6互感器，采用本多参数快速测量系统进行了带电检测预试验，测试结果说明该系统现场使用效果与实验室一致。

3 结语

多参数快速测量系统融合互感器实际运行的维护经验，收集故障案例，依据现场测量数据，建立判断缺陷产生原因和变化趋势的互感器安全评价体系，对未来增加的测量技术也能够无缝对接，且数据库可不断更新、改进和扩充。同时，规范试验操作，通过测试方法的一致性保证测试数据的可靠性，为设备运行、监督和检修提供依据，同时为起草并建立基于SF6气体分析方法的互感器带电检测安全操作规范提供数据支持。

［1］张浩，邬欣，周平，等.变电站SF6充气设备带电检测技术研究与应用［J］.浙江电力，2012(9):56－58.

［2］齐飞，毛文奇，何智强，等.带电检测技术在电网设备中的应用分析［J］.湖南电力，2012(1):27－29.

［3］GB/T 8905－2010六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则.

［4］王少华，叶自强，梅冰笑.输变电设备在线监测及带电检测技术在电网中的应用现状［J］.高压电器，2011，47(4):84－90.

［5］孙利朋，毛柳明，刘兴文，等.SF6绝缘电流互感器放电性缺陷带电检测方法的分析［J］.高压电器，2011，47(12):76－85.

［6］毕玉修，卞超.应用SF6气体分解物进行电气设备故障诊断的探讨［J］.江苏电机工程，2007，26(5):14－16.

［7］DL 506－2007，六氟化硫气体绝缘设备中水分含量现场测量方法［S］.

［8］陈振生.GIS高压电器SF6气体密度、湿度及泄漏检测技术［J］.电气技术，2007(4):16－20.

［9］邱生，张焰，蒋伟毅.六氟化硫气体中水分危害及微水测量要点［J］.电工电气，2010(4):41－44.

［10］Junya Suehiro，Guangbin Zhou，Masanori Hara.Detection of partial discharge in SF6gas using a carbon nanotube－based gas sensor［J］.Sensors and Actuators，2005，105(2):164－169.

［11］陈晚清，彭华东，任明，等.SF6气体分解产物检测技术及应用情况［J］.高压电器，20l0，46(10):81－84.

［12］DL/T 393－2010，输变电设备状态检修试验规程［S］.

System design of multi－parameter and fast measurement to realize high－voltage transformer electric detection

This essay is to introduce an electrical transformer detection system that can measure multiple parameters in a few minutes.The system is based on technologies including chilled mirror dew point measurement，thermal conductivity sensor and electrochemical sensor technology.Meanwhile，it considers the safety of the maintainers when collecting gas samples on site.Thereby a safety assessment system of SF6insulated gas transformer is established，standardizing process and simplifying operation.

SF6electrical transformer online testing;gas humidity;gas purity;gas decomposition product;containment design

TM452

B

1674－8069(2016)02－045－03

2015-10-23;

2015-12-17

毛光辉(1967-)，男，高级工程师，长期从事电网生产技术管理工作。E－mail:ziyidad@263.net