220 kV开关站GIS断路器气室密度继电器改造及应用

摘 要：SF6气体密度继电器作为GIS断路器气室不可或缺的一部分，其性能直接影响电气设备的安全运行。对SF6气体密度继电器进行定期校验是保证电气设备安全运行的必要手段，调研国内部分核电厂220 kV开关站可知，部分项目未满足《防止电力生产事故的二十五项重点要求》，其原断路器气室设计未能实现三相分离和密度继电器在线检验功能。现以河南平高电气GIS设备为例，通过选择合适的校表阀，对原断路器气室密度继电器进行改造，并进行相应施工风险分析和控制，实现气室故障准确位置的快速判断及在线检验功能，以提高设备运行的可靠性。

关键词：SF6气体密度继电器;220 kV开关站;三相分离;在线检验;改造

1    改造背景分析

高压断路器是电力系统中的重要元件之一，在电力系统运行调整及故障隔离中起重要作用，因此需对各个气室进行实时监测，确保每个气室均处于安全运行状态。近几年GIS设备重大缺陷多次发生，这些事故和隐患不仅给电网和人身安全带来了风险，同时也造成了不良的社会影响，最终给公司带来了较大的经济损失[1]。

《防止电力生产事故的二十五项重点要求》[2]13.1.6规定：“六氟化硫密度继电器与开关设备本体之间的连接方式应满足不拆卸校验密度继电器的要求……220 kV及以上GIS分箱结构的断路器每相应安装独立的密度继电器。”

目前国内按“二十五项”要求进行整改的发电厂数量较多，原设计暴露的主要缺陷包括：

（1）原设计断路器气室发生漏气时无法迅速判断具体是哪一相断路器气室发生故障，改造后可实现气室故障准确位置的快速判断。

（2）当某相断路器发生故障时，因三相共管结构，闪络后产生的污染物会通过管道扩散到其他两相气室，使事故进一步扩大。迅速判断故障点，可减少断路器故障时的维修工作。

（3）频繁拆装校验表计，可能导致密封性降低，从而影响设备运行的可靠性[3]。

（4）SF6密度继电器需定期进行校验，安装校表阀后，可实现在线校验功能，降低人身伤害及设备损坏的风险[4]。

2    调研与现状

经调研，阳江、台山、宁德、红沿河、防城港、岭澳等核电厂原断路器气室设计未能实现三相分离及密度继电器在线检验，虽采用不同的GIS设备，但均需对GIS断路器气室密度继电器进行改造，以保证电力生产工作的顺利开展。

国内不满足“二十五项”规定的核电厂，220 kV GIS虽根据《220 kV开关站电气设备预防性维修大纲》制订了SF6密度继电器定期校验项目，但校验时需要拆卸后再进行，如果密封出现问题则存在较大的人身伤害及设备损坏的风险，同时反复拆装易使设备的密封性能下降，影响设备运行的可靠性（表1）。

由于带压力的SF6气体对密封工艺要求较高，经常拆卸及检修操作极易对SF6法兰密封面产生损伤，引起SF6气体渗漏，存在较大的安全隐患。同时，许多场所因空间位置不够，不能加装校验装配接头，免拆卸校验的SF6密度继电器可使电力检修人员不用拆卸密度继电器，就能方便地对其进行校验，为操作带来便利，大大提高工作效率，从而保證供电设备的正常运行[5]。

红沿河一期220 kV开关站设备设计及建设较早，按原设计规范，断路器单元没有独立的密度继电器设计要求，故此一期设备断路器单元A、B、C三相共用一个密度继电器，通过联管连接。该改造目前已部分完工，现已完成1号辅助变、2号辅助变、中路变3个间隔的断路器气室SF6气体监测回路改造工作。

阳江核电厂220 kV TD开关站GIS设备采用河南平高电气股份有限公司产品，现场共计9个断路器间隔，通过三相分离独立安装密度继电器及安装校表阀使断路器气室满足相关条文要求。220 kV开关站其余气室的密度继电器增加不拆卸校验功能，通过物项替代进行。

防城港核电厂220 kV辅助开关站断路器气室三相相通，共用一个气室密度继电器。初步设计方案将三相气室之间连接的金属管拆除，为每一相安装带有在线校验模块的SF6密度继电器用以监测气室状态，并增加相应的报警和闭锁回路。

3    校表阀的选择

校表阀在当前市场上已经具备成熟的应用经验[6]，GIS设备生产厂家均有自己成熟、合格的产品，如ABB、现代重工、ALSTOM、平高电气、WIKA等。为保证GIS设备接口与密度继电器接口匹配，一般采用原厂校表阀。

4    改造方案

以河南平高电气股份有限公司GIS设备为例，通过对断路器气室密度继电器进行三相分离，实现不拆卸校验功能。220 kV GIS改造前断路器气室密度继电器装配如图1所示，连接块与GIS本体相连，之间用铜管连接，在C相安装一个SF6密度继电器。共用的SF6密度继电器与GIS设备本体之间通过逆止阀连接，无法实现不拆卸校验的要求。

4.1    断路器气室SF6密度继电器三相分离

拆除断路器A、B、C相间气路连接管，如图2所示。

4.2    密度表与校表阀连接、装配

密度表与三通阀装配如图3所示。

在SF6密度继电器与GIS气室中间增加校表阀，校表阀外形及功能如下：

校表阀结构如图4所示，1通连接密度继电器，2通与GIS本体连接，3通用于充放气和校验、测试密度继电器。校表阀转动手柄的阀杆密封采用波纹管不锈钢焊接密封结构，通过手柄旋转操作波纹管外部阀杆带动波纹管内部阀芯封堵阀口。通过加装校表阀，可以在不拆卸密度表的情况下进行在线校验。现场校验工作方便、简单，避免了频繁拆卸校验SF6密度继电器带来的安全隐患。

4.3    密度表与气室连接、装配

将三通阀与断路器自封接头连接，断路器单独分相改造每个间隔，增加堵头与接头，保证气体的密封性，如图5所示。

图6为现场密度继电器与校表阀对接示意图，校表阀配有PJ0104-D型接头，与断路器PJ0104-C型接头可以匹配对接，利用弹簧的压缩顶住接头的密封圈进行密封。当两个接头对接时，中间接头顶开，气体相通，但先前已完成密封，气体不会溢出接头以外。

4.4    监控信号反馈

断路器A、B、C三相独立安装密度继电器，通过二次电缆将新增A、B相密度继电器的信号并联接入断路器汇控柜送至监控室。

4.5    功能再鉴定

现场功能再鉴定主要包括两方面：

（1）使用SF6检漏仪检查密度继电器与气室接头处，看有无气体漏气现象;

（2）对密度继电器进行充、放气，测试设备的动作压力值。

5    风险分析与管控

该改造方案不会对环境产生有害影响，但施工过程中存在设备接口漏气、设备损伤、触电、误碰、异物等风险，施工前应提前识别施工风险，进行风险控制，制订切实可行的施工风险分析说明及预案。

5.1    设备接口漏气风险

（1）开关站原接口处连接均配备逆止阀，在拆除铜管及安装密度表过程中不会产生漏气现象。

（2）密度继电器及校表阀采用不锈钢密封，核心零部件弹簧管、机芯等零部件采用国际品牌，外形小巧，安装方便，密封可靠，密度表最小刻度为0.02 MPa，接口尺寸与GIS设备尺寸相同，可以同步吻合接入。

5.2    设备损伤风险

现场安装过程中，安装工艺不良可能造成校表阀形变、螺纹损伤导致GIS逆止阀接口及设备永久性损伤，应严格按照设计图纸及供货厂家安装说明指导书进行安装，现场实施过程中，设备厂家现场进行指导，确保安装无误。

5.3    触电、误碰、异物风险

汇控柜内工作严格落实防异物管理，接线前对芯线进行绝缘包扎，设置工作区域，严禁跨边界作业。

6    结语

该改造虽然不产生直接经济效益，但改造后可实现三相断路器间隔独立监视SF6气体及在线校验SF6密度继电器性能，方便后续日常运行维修过程中对SF6密度继电器的校验工作，减少施工时间及施工成本，同时可避免频繁拆卸SF6密度继电器带来的安全隐患。

[参考文献]

[1] 陈林东.GIS设备缺陷分析及检测技术研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[2] 国家能源局关于印发《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的通知：国能安全〔2014〕161号[A].

[3] 许红燕，刘明明.六氟化硫密度继电器连接方式的改进[J].电世界，2017，58（3）：38.

[4] 黄雨婵，黄波，陈明卿，等.SF6密度继电器信号检测接口装置的研发与应用[J].科技与创新，2020（1）：155-156.

[5] 龙军，罗立波，苏佳华，等.一种免拆卸校验的SF6气体密度继电器的研制[J].高压电器，2019，55（7）：242-247.

[6] 林向宇，連和，黄进德，等.GIS断路器气室密度继电器分箱设置改造[J].电力安全技术，2018，20（11）：6-8.

收稿日期：2021-04-02

作者简介：吴志佳（1987—），男，广东阳江人，工程师，研究方向：发电厂电气改造。