GIS设备的SF6气体在线监测

段雨松+蔡晓龙+韩芝星

摘 要：文章对SF6气体在线监测意义及项目进行了阐述，并且引入了SF6在线监测技术，从系统组成、气体采集、气体诊断、气体监测、监测内容等方面论述了在线监测的发展及现状。SF6气体智能监测系统进行SF6气体的日常监测任务，以便在出现问题时及时提醒运行人员进行处理。

关键词：SF6 断路器 在线监测

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（c）-0033-02

1 引言

1.1 课题研究背景

随着经济的不断发展，如今居民生活的用电量不断增加，在这个局势下，保证电力系统设备的安全、维修至关重要。在电力系统设备中高压断路器是重要的开关设备，目前GIS设备主要靠SF6气体进行绝缘，因此SF6在线监测显得尤为重要。

1.2 SF6气体在线监测的意义

目前，山西变电站电气设备安全运行是按照《六氟化硫电气设备运行、实验及检修人员安全防护细则》和《气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程》中的要求进行试验研究的，还要针对实验结果和该设备之前的实验结果进行比较，这样就可以判断出来该设备的变化规律和趋势变化，这样就可以判断是否让该设备继续运行。

据经验，SF6气体的在线监测，不仅可以诊断出电力设备系统是否正常运行，还可以为电力系统的正常运行提供保障，具体如下。

（1）发现安全隐患，全面预防事故发生。根据SF6气体的在线监测数据，可以判断电力系统是否有不同于往常的状态。

（2）SF6气体的在线监测项目，可以节约时间，提高效率。面对电力设备的停电实验，不仅耗时而且浪费经费，有了SF6气体的在线监测项目就可以免去这一系列的问题。

（3）可以达到及时关闭老化或者有运行问题的设备。电力设备用的时间长了就会出现老化的问题，而我们不能立马觉察到，如果利用SF6气体的在线监测技术就可以及时发现并更换。

1.3 SF6气体在线监测的项目探究

SF6气体，检测的项目包括以下几个方面。

SF6气体的压力；SF6气体的密度；SF6气体的微水含量；局部放电的检测。

在上述检测项目中，（1）针对的是GIS设备内SF6气体的压强大小。（2）针对的是SF6气体的密集程度。（3）针对的是SF6气体的湿度状态。（4）针对的是SF6气体的绝缘局部隐形缺陷及故障的监测。当发现SF6气压达到报警值时会自动报警，与此同时计算机会自动对设备故障进行诊断，并预报出来，其运行资料也会被数据库第一时间存储，这样可以为GIS设备的安全运行维护与管理提供准确的依据。

2 SF6气体监测

2.1 SF6气体状态采集

在稳态参数的测量中，SF6气体状态的监测最为重要。SF6气体的压力，可以反映GIS设备气室的气密性，从而间接反映它的绝缘强度；SF6的湿度不仅可以直接影响设备绝缘强度，而且在湿度较高时，还容易引起SF6气体的水解，生成具有腐蚀性的有害物质，影响灭弧室以及相邻气室；还会生成难以去除的硫化物附着在动、静触头上，严重影响触头的接触电阻阻值大小。SF6气体状态传感模块包括湿度传感器、压力传感器、温度传感器。

由于SF6气体一般处于微水状态，一般的湿度传感器测量水分的相对湿度难以满足测量要求，而露点测量法，则通过测量微水环境下的结露温度来间接测量气体中水分含量。某站采用JCJ200M露点传感器（工作电压为24 V），该传感器稳定性好，测量精度高，后期维护简单，且成本较低。我们在SF6气室的阀门处安装了一个小的密闭容器与气室保持连接，将传感器探头密封在容器内。其输出信号的采集电路如图1所示。其中R41为采样电阻，C41为滤波电容。

由于某站断路器灭弧室中SF6气体的压力一般在0.6 MPa左右，所以我们在测量SF6气体压力时采用了量程为0～1.0 MPa的 WP401B型压力传感器，该传感器的输出为4～20 mA。为保证Vout输出在0～5 V之间，采样电阻R41取250 Ω，此时Vout变化范围为1～5 V。设Pmax为1.0 MPa，则实际压力P根据下式计算得到：

实际压力P=（Vout-1）×（Pmax/4） （1）

2.2 气体状态监测的方法

近年来，数字式SF6气体密度监测仪也开始出现，其通过一定精度的压力和温度传感器，能直接测量出气体的压力以及温度。测量的方法包括重量法、电解法、露点法、电容法等，其中电解法和露点法为国际电工委员会推荐的日常测量方法。

（1）电解法。即将被测试的SF6气体通入电解池内，气体中的水分便被吸收和电解，根据电解水分所需电量与水分之间的关系可以求得SF6气体中的水分含量。

（2）露点法。通过测量SF6气体的露点从而确定SF6气体的含水量。

2.3 SF6气体监测指标

某变电站，SF6气体工作状态的主要参数指标如下（以某站断路器为例）。

（1）SF6气体的压强范围为：500 kV：0.68 MPa、220 kV： 0.6 MPa、35 kV：0.5 MPa。

（2）系统工作环境为：-20 ℃～40 ℃。

（3）气体测量结果显示方式：20 ℃时的等效压力（依据温度曲线进行补偿）。

（4）报警压力范围：500 kV：0.60～0.62 MPa、220 kV：0.50～ 0.55 MPa、35 kV：0.40～0.45 MPa。

（5）闭锁压力范围：500 kV：0～0.60 MPa、220 kV：0～0.5 MPa、35 kV：0～0.4 MPa。

2.4 SF6气体检测的实现

当前，SF6断路器大部分的故障原因都是SF6气体泄露，所以，在整个的在线监测中，SF6气体含量的准确量检测十分关键，并且SF6气体状态数据采样模块设计的专业性，对在线监测运行的稳定、准确性十分重要。

SF6气体含量数据采样模块中，采用气体压强传感器和温度传感器进行设计，用压强、温度传感器对气体的压强和温度进行采样，利用SF6气体的压强、温度和密度的关系，通过计算、分析得到其当前密度。

在确定压强、温度和密度关系的基础上，该文按经验公式对数据进行处理。采取了典型且比较实用的有Beattie-Bridgman经验公式：

P=（RTB-A）×γ2+RT×γ （2）

其中：

A=73.882×10-5～5.132105×10-7；B=2.50695×10-3～ 2.12238×10-6；R=56.9502×10-5 bar·m3/K。式中：P为绝对压强，bar；T为温度，K；为密度，kg/m3。

根据Beattie-Bridgman公式可得，在获取气体的温度和压强值之后，去解一个一元三次的方程式，便可以求出当下气体的密度值。

2.5 监控机界面显示

监控机界面显示如图2所示。

其中，界面上各部分意义如下。

（1）5012或者5032表示断路器名称。

（2）A、B、C表示相别。

（3）SF6表示在线监测指标为SF6气体的含量。

（4）监测压力、监测密度、监测温度表示监测的对象，当压力值达到报警值时弹出对话框提示“漏气”，从而提醒检修人员进行检漏和补气。

（5）“0.00”是表示SF6在线监测系统未使用，当使用时数值显示正常范围值。

SF6气体在线监测系统目的是在线监测气体的各种运行参数，当超过参数阀值时发出报警命令，提醒运行人员到现场进行表计检查。具体的监测内容如下。

（1）对现场检测装置工作电压的监视，当电池工作电压低于正常值时，弹出对话框报警，提示要及时充电或者更换电池。

（2）SF6气体压力的监视，目的是及时发现气室的漏气问题，尽快进行检漏或补气，避免事故范围扩大。某变电站220 kVGIS设备断路器气体压力正常值设为0.6 MPa，当气压低到0.55 MPa时报220 kV测控智能终端断路器气室低气压告警，监控主机弹出重要告警对话框提醒运行人员对开关气室压力进行检查。

（3）对SF6气体的含量做出判断监视，当含量超出相应正常范围时，提醒运行人员及时上报调度，酌情处理。

3 结语

该文重点介绍了SF6气体检测的原理、指标、方法及内容。在此基础上，展开深入讨论，以便进行断路器的日常监测任务，并在出现问题时及时提醒运行人员解决。

SF6气体的在线监测项目是一项精细项目，设备运行过程中的轻微异常都可以发现，具有很强的实践意义，同时对电力行业的经济效益有所提高，但是还存在一些问题需要我们去探索。

参考文献

[1] 陈振生.SF6气体的密度和湿度及泄漏在线检测方法[J].江苏电器，2006（5）：40-43，46.

[2] 张爱菊，李少雄.基于GPRS的SF6气体监测系统的设计[J].高压电器，2006（4）：265-267.

[3] 吴君健.SF6气体状态智能监测系统研制[D].华中科技大学，2007.