新型SF6 密度继电器校验阀门状态指示装置的研制

朱耀宇，刘华臣，崔家祥

（国网河南省电力公司直流中心，河南郑州 450000）

0 引言

SF6气体因其具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能而被广泛应用在变电站GIS 等高压开关设备中，对高压设备的稳定运行和可靠开断起着至关重要的作用[1]。GIS 设备通过不同的SF6气室将不同的电气设备隔离开来，不同气室的压力也不同，一般开关气室压力最高，隔离开关、接地刀闸及电流互感器气室压力次之，母线气室压力最低[2]。GIS 气室中压力过高会缩短设备的寿命，而压力过低有较大的绝缘隐患，因此需要对气室压力进行监测，以便及时了解气室变化从而采取进一步的处理措施[3]。

目前常用的监测方法是在气室上安装SF6密度继电器来监视压力，通过监测气室密度来反映气室的压力变化。SF6气体密度继电器是监测已投运电气设备内气体密度的唯一元件，对保证运行开关设备和电力系统的安全运行具有重大意义[4]。因此，各级标准中均明确规定，应定期对其进行校验，确保其正常工作[5]。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[6]。

在SF6密度继电器的校检方面，国内各大机构进行了一系列相关研究。文献［7］研制了一种新型手持式SF6密度继电器校核仪，由信号变送器和检测主机组成，采用射频技术互联，信号变送器以快接插头方式与密度继电器和二次线缆双向连接，可获取、传输和发射信号，检测主机采用单片机控制微型电动气缸并进行压力调节，自动采集存储数据，该校核仪接线快捷、使用方便，实现了信号变送器和检测主机无线连接,校验与校核同步测试，极大提高了工作效率。文献［8］研制了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事故扩大；在气室充放气体时，压力到达预设值即自动停止，从而消除手动误差。文献［9］强调定期校验的重要性，并论述SF6气体密度继电器的结构、原理、校验方法和现场校验注意事项。文献［10］阐述了一种适用于SF6密度继电器与SF6气室的连接装置，无须拆卸继电器即可进行校验或更换，可以避免因拆卸而引起密封面、密封圈损坏，便于现场人员对开关进行测微水、现场分解产物检测和补气操作，同时还具有外形新颖、体积小、重量轻、安装简单方便的优点，一人即可独立操作，操作安全，既省时又省力。文献［11］阐述了现场对SF6电气设备的继电器进行定期校验的必要性，并综合分析了SF6气体密度继电器现场校验中存在的问题；研制了不需要校验装配接头的免拆卸校验的SF6气体密度继电器，不用拆卸密度继电器，就能对继电器进行校验。文献［12］介绍校验工作原理，对日常工作中如何进行SF6气体密度继电器校验工作分析研究，为相关工作者提供参考借鉴。文献［13］提出并研制了SF6气体密度继电器校验用的装配接头，该装配接头可以在同一个接口对SF6电气设备进行充气以及微水测试或自动关断SF6电气设备的SF6气路对密度继电器进行校验，不用拆卸密度继电器接头座或密度继电器，就能对SF6气体密度继电器进行方便校验，可以彻底防止误操作。由上述研究现状可知，国内关于SF6密度继电器校验的研究主要集中在原理分析与校验仪的研制，对于SF6密度继电器校验阀门的研究较少，缺少针对检验阀门指示装置的研究。

综上所述，定期对SF6密度开展校验工作势在必行。因此，本文研制两种新型SF6密度继电器校验阀门状态指示装置，通过阀门打开和关闭状态下的操作阀杆纵向运动行程或旋转运动角度变化，更加直观地指示密度继电器校表阀门开闭状态，避免因密度继电器未能正确反应SF6气室压力导致的潜在安全事故发生。

1 SF6 密度继电器校检方法与存在的问题

1.1 校检方法

测量校检时，按照图1 所示的接线图，现场核对SF6密度继电器气路结构，确认电气设备在检修状态后，首先关闭阀门V1 和阀门V2，隔离SF6气体密度继电器气路与电气设备SF6气室。将密度继电器校验仪出气端连接至阀门V2，进气端通过减压阀连接至SF6气瓶，打开阀门V2，按照SF6密度继电器校验仪的操作规程对密度继电器进行触点动作值和切换值的测量，将仪器归算到20 ℃时的压力动作值与额定动作值进行比较后，判断密度继电器是否满足规定的允许误差，计算出切换值比对密度继电器是否合格。

图1 SF6 气体密度继电器现场校验接线图

1.2 存在的问题

根据规程要求，SF6气体密度继电器需按周期开展定期校验，校验时需手动关闭密度继电器与主设备连通的气体阀门，打开校表进气口校验工作完成后，由于密度继电器尚残留所充用于校验的SF6气体，密度继电器显示压力正常。气体密度继电器校表阀为多圈锁紧结构，无明确的校表阀门开闭位置指示。

由于没有提醒措施，试验人员往往会误认为连通主设备的气体阀门已经打开，而漏掉气体阀门的打开操作，导致变电站密度继电器与主设备未连通，处于无作用工作状态，不能实时监测设备内部压力，并曾导致密度继电器感应环境变化误报警，给变电站气体绝缘的主设备运行带来安全隐患。因此需要研制新型SF6密度继电器校验阀门状态指示装置，更加直观地指示密度继电器校表阀门开闭状态，避免因密度继电器未能正确反应SF6气室压力导致的潜在安全事故发生。

图2 所示为现场常用的两种气室阀门。其中，阀门1的阀盖旋转时竖直方向有位移即阀盖会随着阀门的开闭上下移动且阀盖为镂空结构，而阀门2 的阀盖旋转时竖直方向无位移即阀盖不会随着阀门的开闭上下移动，且阀盖为实心结构，外围有防滑齿，但齿距较小。根据这两种阀门的特点，分别设计阀门状态指示装置。设计方案如图3、图4 所示。

图2 气室阀门

图3 阀门1 状态指示装置设计方案

图4 阀门2 状态指示装置设计方案

2 阀门状态指示装置设计方案

2.1 阀门1 指示装置设计方案

由于阀门1 开关状态转换时阀杆有纵向运动行程，因此利用该纵向行程变化直观表征阀门的状态。在镂空手轮下方安装绝缘套筒，该套筒与手轮联动，且高度小于阀门手轮从打开到完全关闭时的最大位移距离。绝缘套筒两侧安装两个水平连接件，左侧连接件与指示针相连，右侧与非自锁开关按压装置相连。当阀门打开时，手轮与绝缘套筒均位于上方，指针位于指示盘上方红色区域，右侧开关未被按压，电路未接通，指示灯灭。当阀门关闭时，手轮与绝缘套筒均位于下方，指针位于指示盘下方绿色区域，右侧开关被按压，电路接通，指示灯亮。

左侧连接件、指示针与指示盘构成指示装置中的机械指示，右侧连接件、非自锁开关、指示灯与电源共同构成指示装置中的电气指示。机械指示中的指示盘选用区分明显的矩形红绿表盘。电气指示中的指示灯选用低功耗的绿色发光二极管，电源选用体积小、拆卸方便、续航时间长的太阳能贴片电池。机械指示和电气指示装置均安装在手轮下方，不会影响阀门的正常使用。

2.2 阀门2 指示装置设计方案

由于阀门2 开关状态转换时阀杆没有纵向运动行程，只有旋转角度变化，只能利用旋转角度表征阀门的状态。但原有手轮由于齿距较小，无法有效转换阀门的旋转角度，并且若直接在手轮上改进，会影响阀门的正常使用，因此该类阀门采用特制手轮。该手轮较之现有的手轮，总体厚度并未改变，不会影响阀门正常使用。手轮下部结构为齿距较大的齿轮结构。手轮下方为固定的冠状齿轮，二者可紧密咬合，目的是将水平方向的转动量转化为竖直方向上的变化量。指示针及表盘与冠状齿轮同轴安装。

当阀门关闭时，指针位于绿色区域，表示处于关闭状态，反之位于红色区域，表示处于打开状态。冠状齿轮下方为齿轮导轨，当阀门关闭时，冠状齿轮使导轨处于向右推动的状态。此时，导轨按压电气指示装置中的开关，使其闭合，电路导通，指示灯亮，表示阀门处于闭合状态。反之，导轨在原位，未按压开关，指示灯灭，表示阀门处于打开状态。

冠状齿轮、指示针与指示盘构成指示装置中的机械指示，齿轮导轨、非自锁开关、指示灯与电源共同构成指示装置中的电气指示。机械指示中的指示盘选用区分明显的圆形红绿表盘。电气指示中的指示灯选用低功耗的绿色发光二极管，电源选用体积小、拆卸方便、续航时间长的太阳能贴片电池。机械指示和电气指示装置均安装在手轮下方，不会影响阀门的正常使用。

3 阀门状态指示装置应用特点

两套阀门状态指示装置结构简单，成本低，适用性强，采用机械指示和电气指示两种提醒方式，对试验人员进行警示，可以帮助运维人员更加直接地观察阀门状态，保证主设备的安全运行。应用阀门状态指示装置可以避免在完成校准试验后忘记恢复气体阀门的问题，避免检修后因阀门未打开造成断路器闭锁风险，造成密度继电器感应环境变化误报警，给变电站气体绝缘的主设备运行带来安全隐患，避免气室压力过低导致断路器闭锁引起事故扩大，提高了电力系统GIS 设备的可靠性，保证电网的安全稳定运行。

此外，该装置操作方便，可以大幅缩减验收时间，提升检修效率，直观展示阀门状态，便于员工培训，提高员工技能。同时，该装置可广泛应用于特高压直流输电工程，具有一定的推广价值。

4 结束语

本文针对现有SF6密度继电器气体阀门缺失明确状态指示的问题，基于左右两侧不同结构的气室阀门，设计了两种阀门状态指示装置，分别利用阀门打开和关闭状态下的操作阀杆纵向运动行程变化和旋转运动角度变化，配合装置中的电气指示与机械指示，直观地反应密度继电器校表阀门开闭状态。该装置有助于运维人员更加直接确认阀门开闭状态，从而降低事故风险，提高验收效率。