关于SF6气体密度继电器现场校验问题探讨

【摘要】国家电网公司《十八项电网重大反事故措施》指出，运行中的SF6密度继电器应定期进行校验，以防止密度继电器动作值不准或偏离造成断路器误报警或不报警以及还可能造成断路器拒动。本文通过对SF6气体密度继电器进行定期校验检查的重要性和必要性以及现场校验时应关注和注意的事项进行探讨。

【关键词】SF6气体密度继电器;功能;现场校验;注意事项

1.序言

六氟化硫气体的分子式为SF6，分子量为146.07，分子直径为4.56×10-10m，在常温、常压下呈气态，在20℃和101325Pa时的密度为6.16g/L（约为空气的5倍）;临界温度为45.6℃，经压缩而液化，通常以液态装入钢瓶运输。纯净的六氟化硫气体是无色、无味、无臭、无毒和不可燃的。六氟化硫是负电性气体（有吸附自由电子的能力），具有良好的灭弧和绝缘性能。在101.3kPa压力下的均匀电场中，六氟化硫气体的耐电压强度约为氮气的2.5倍。

SF6气体作为绝缘介质已广泛地应用于电力设备中，如断路器、互感器和GIS组合电器。即使在电力变压器领域，现在SF6气体也开始逐步替代传统的变压器油起到绝缘作用，这主要是由于SF6气体有非常好的绝缘能力，容许相间或相与地的尺寸小，使得设备可以做的紧凑，同时又具有很高的安全性能。为了保证SF6电气设备安全、可靠运行，就必须对SF6气体进行实时监测，因为如果SF6气体发生了泄漏，就会导致电气设备的电气性能下降，严重时还会导致电气设备发生闪络和击穿。这是因为在SF6气体设备中，SF6气体是主要的绝缘介质和灭弧介质，其绝缘强度和灭弧能力均取决于SF6的密度。当密度降低时，将会带来两方面的危害：一是气体绝缘设备耐压强度降低，二是断路器开断容量下降，因此，为了保证SF6电气设备安全可靠运行，必须监视SF6气体设备中SF6气体的密度。SF6气体密度的监视通过SF6气体密度继电器来实现，它通常设有二级告警信号：即报警压力信号和闭锁压力信号，当压力降低时及时发出相应的告警信号以便及时处理，保证设备安全运行。[6]

2.对SF6气体密度继电器校验的重要性

SF6气体密度继电器是改进型的电接点压力表，一般都能实现测量和开关一体化。按结构型式可分为指示型和非指示型两种;按螺纹安装方式分为径向安装和轴向安装;按结构原理分为弹簧管式、波纹管式和数字式;按仪表耐震要求分为表壳内充油和不充油式;按接点形式分为磁助直接作用式和微动开关式[1]。目前我局主要使用的是表壳内不充油指针式波纹管微动开关SF6气体密度继电器。主要应用在SF6中高压开关、气体绝缘组合设备（GIS）、变压器和互感器上，且适合户外恶劣的环境。SF6气体密度继电器不仅有一组、二组或三组接点，可分别发出报警和闭锁控制信号，还可通过指针指示设备SF6气体压力值。

安装于现场充气设备的SF6气体密度继电器指针在运行中长期指示在一个位置不上下移动，经过一段时期后会出现动作不灵活或触点接触不良等现象，有的还会出现密度继电器温度补偿性能变差，当环境温度突变时易导致SF6气体密度继电器触点误动作[6]。国家电网公司《十八项电网重大反事故措施》指出，密度继电器应定期校验，以防止密度继电器接点动作值不准或偏离造成断路器误报警或不报警以及还可能造成断路器因被闭锁而拒动。因此，应对SF6气体设备上的SF6气体密度继电器进行定期校验是非常必要的，是保障电气设备安全可靠运行的必要措施。

3.SF6气体密度继电器的现场校验

3.1 SF6气体密度继电器工作原理

SF6气体密度继电器是一种具有温度补偿功能的压力控制器。它的主要作用是监测充气设备本体或各个气室中SF6气体密度的变化，并发出报警和闭锁控制信号。

SF6气体设备上的SF6气体密度是以SF6气体经温度补偿后的压力来表示的，即以20℃时的气体压力值来表示的。SF6气体密度继电器在额定压力下工作，当环境温度发生变化时，SF6气体的压力也发生变化。设备未注入SF6气体时，（也就是SF6气体密度继电器内未充入SF6气体时），指针在“0”位附近，其补气、闭锁两组接点均为闭合状态。给设备充入额定压力的SF6气体时，密度继电器内传动机构带动指针转动，由压力值间接反映密度值，当温度发生变化时，其内部的温度补偿元件对变化的压力进行修正使指针不产生位移，使其额定压力示值不变。只有当设备SF6气体发生泄露产生压力下降，当降到报警设定值时，继电器第一组接点闭合输出一组报警信号，此时要求用户对设备进行补气，如果压力继续下降，降到闭锁设定值时，继电器输出另一组接点闭合发出闭琐信号，对设备的控制系统进行闭琐，从而实现对电气设备的安全运行保护。如图1-4所示。

图1 一组接点 （单信号）

图2 三组接点（双报警）

图3 二组接点（单闭锁）

图4 三组接点（双闭锁）

3.2 SF6气体密度继电器的校验原理

在密闭容器中，一定温度下的SF6气体压力可代表SF6气体密度。为了能够统一，习惯上常把20℃时SF6气体压力当作其对应密度的代表值。所以，SF6气体密度继电器均以20℃时SF6气体压力作为标准值。目前，SF6气体密度继电器校验主要有两种方法，一种是在实验室恒温为20℃条件下检验，这种方法主要用于生产厂家。另一种方法是在设备安装现场条件下进行检验，该方法是精确测量SF6气体的压力及温度，通过SF6气体的性能曲线换算得到20℃时的压力值，从而判断SF6气体密度继电器的性能。

目前所用的SF6气体密度继电器属于设定点不可调的一种压力控制器，即不设表外调整机构，其触点动作的压力值一般都由制造厂预先整定好，使用单位不能自行进行调整。我局有两台SF6气体密度继电器校验装置，JD7型和ZDT-1型校验仪主要利用SF6气体压力-温度特性，采用87C196单片微机技术，利用计算处理，极其准确的进行任意下的SF6气体压力和20℃时的标准压力间的换算，实现对SF6气体密度继电器在各种环境温度下的校验工作。工作时采用适配接口件与不同结构的密度控制器（或继电器）连通，接入气源形成封闭系统（气路原理图见图5）。通过调节减压阀、以调节压力的大小。通过充、放气开关对系统进行充、放气。在降压过程中，（模拟微漏气）微处理器自动读取压力、温度值，精确换算对应密度值，并自动记录报警、闭锁值，通过比较测试对象‘示值’与测试仪读数得出测试结论，可选择显示或打印。原理如图5所示：