黃烜城，儲(chǔ)海軍，陳 遲，韓文建

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102)

SF6密度繼電器表是電力系統(tǒng)中重要的保護(hù)和控制元件，如果GIS發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成很大的危害。要確保GIS設(shè)備的可靠運(yùn)行，就必須經(jīng)常監(jiān)視GIS的各項(xiàng)指標(biāo)。特別是SF6氣體的密度，必須達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，才能使GIS長(zhǎng)期保持良好的工作狀態(tài)。近年來(lái)伴隨GIS設(shè)備的增多，由于SF6密度繼電器表的結(jié)構(gòu)缺陷、使用安裝方式不正確等問(wèn)題導(dǎo)致電力設(shè)備故障的事情時(shí)有發(fā)生。

1 故障統(tǒng)計(jì)

2011年，由于SF6密度繼電器的使用而引起的相關(guān)故障統(tǒng)計(jì)如表1所示[1]。

表1 相關(guān)故障統(tǒng)計(jì)

從表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，江蘇省2011年與SF6密度監(jiān)測(cè)設(shè)備相關(guān)的電力系統(tǒng)故障已經(jīng)占系統(tǒng)故障總量的40%，其中直接故障占總數(shù)的13.3%。該類(lèi)SF6密度繼電器表在江蘇省使用率為25.43%，但檢測(cè)不合格率卻高達(dá)30%～40%，情況的嚴(yán)重性可見(jiàn)一斑。雖然新國(guó)標(biāo)為SF6密度繼電器表的檢測(cè)提供了一定的參考標(biāo)準(zhǔn)，但是由于缺乏一些關(guān)鍵的參數(shù)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行時(shí)在某些關(guān)鍵問(wèn)題上會(huì)與廠家產(chǎn)生分歧。

2 使用狀況及問(wèn)題分析

2.1 省內(nèi)現(xiàn)狀

近期在蘇州地區(qū)、淮安郊區(qū)等220 kV變電站內(nèi)，隨機(jī)拍攝的運(yùn)行中設(shè)備上所使用的敞開(kāi)式SF6密度繼電器表如圖1所示。這些表計(jì)都存在著同樣的問(wèn)題，內(nèi)部機(jī)構(gòu)氧化嚴(yán)重（圖1中圈的部分為銅的氧化產(chǎn)物），表殼內(nèi)存在著大量的污物。從開(kāi)關(guān)生產(chǎn)的年份看，這些SF6密度繼電器表的投入使用年限均在6～8 a。

江蘇省相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，部分使用年限在4 a以上的該類(lèi)型SF6密度繼電器表存在接點(diǎn)不通；表面指示壓力不準(zhǔn)確（嚴(yán)重超出誤差允許范圍）；指針在移動(dòng)過(guò)程中存在嚴(yán)重的滯針、跳針現(xiàn)象等問(wèn)題，不合格比例接近50%。如表2所示[2]。

表2 2009年部分電廠檢測(cè)統(tǒng)計(jì)

2.2 結(jié)構(gòu)及原理

SF6氣體密度表原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。它實(shí)際上是在彈簧管式壓力表機(jī)構(gòu)中加裝了雙層金屬帶而構(gòu)成的?？招牡膹椥越饘偾?與GIS相連，其內(nèi)部空間與GIS中的SF6氣體相通，彈性金屬曲管1的端部與起溫度補(bǔ)償作用的雙金屬帶3鉸鏈連接，雙層金屬帶3與齒輪機(jī)構(gòu)和指針機(jī)構(gòu)2鉸鏈連接。當(dāng)GIS充入SF6氣體后，等待一段時(shí)間，使GIS內(nèi)部溫度升高至與外部環(huán)境溫度達(dá)到平衡后，調(diào)整SF6氣體至額定密度或壓力值，這時(shí)，不管SF6氣體受環(huán)境溫度的影響使其壓力增大還是減小，由于雙層金屬帶3的溫度補(bǔ)償作用，密度表的指針始終指向20℃時(shí)的額定壓力或密度值不變。

圖2 SF6氣體密度表的結(jié)構(gòu)

正常運(yùn)行狀況下SF6密度繼電器表壓力變化應(yīng)符合為圖3所示的pr曲線，當(dāng)SF6氣體壓力降至pa曲線時(shí)氣體密度開(kāi)關(guān)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，SF6氣體壓力降至pc曲線時(shí)斷路器就應(yīng)進(jìn)行自行閉鎖，并發(fā)出閉鎖信號(hào)，相應(yīng)的斷路器等設(shè)備就不允許進(jìn)行操作，以保證設(shè)備和系統(tǒng)安全。

圖3 SF6壓力溫度特性曲線

2.3 故障原因分析

圖1中SF6氣體密度繼電器表普遍使用磁助式電接點(diǎn)繼電器，觸頭本身閉合力小，加之接點(diǎn)不經(jīng)常動(dòng)作，時(shí)間稍長(zhǎng)，觸頭極易氧化導(dǎo)致接點(diǎn)冷焊或接觸不可靠。對(duì)于無(wú)填充型的SF6密度繼電器，由于機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在空氣中，觸頭更容易因氧化或積有灰塵，而接觸不良或冷焊。該類(lèi)隱患可以直接導(dǎo)致當(dāng)GIS因氣體泄漏，使本體內(nèi)的壓力降至報(bào)警或閉鎖值時(shí)，不能及時(shí)報(bào)警或閉鎖，從而釀成重大事故。同樣的原因也造成了圖1中所見(jiàn)的由于機(jī)構(gòu)氧化而導(dǎo)致指針動(dòng)作時(shí)摩擦力增大，出現(xiàn)滯針、跳針的問(wèn)題。

某表使用一定年限后的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。由于SF6氣體密度繼電器表內(nèi)使用了彈簧管結(jié)構(gòu)，同其他使用該結(jié)構(gòu)的壓力計(jì)一樣，在使用一段時(shí)間后會(huì)由于彈簧管形變而導(dǎo)致報(bào)警和閉鎖值產(chǎn)生一定的飄移，加上溫度補(bǔ)償材料在使用一定時(shí)間后會(huì)老化變形，將使得報(bào)警和閉鎖值產(chǎn)生更大誤差。另外SF6氣體密度繼電器表的工作環(huán)境也存在一定的相關(guān)性。潮濕、酸蝕的環(huán)境也會(huì)加速接點(diǎn)和內(nèi)部機(jī)構(gòu)的腐蝕氧化過(guò)程。

表3 某電廠的部分檢測(cè)數(shù)據(jù)

3 檢測(cè)方法及問(wèn)題分析

3.1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與方法

目前，對(duì)SF6氣體密度繼電器檢測(cè)的主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB／T 22065—2008《壓力式六氟化硫氣體密度控制器》，該標(biāo)準(zhǔn)于2009年1月1日正式實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)中6.9節(jié)、6.10節(jié)規(guī)定在設(shè)定點(diǎn)偏差、切換差試驗(yàn)時(shí)，在報(bào)警點(diǎn)及閉鎖控制回路相應(yīng)端子之間施加不低于24 V電壓，在負(fù)荷變化速度每秒鐘不大于1%的情況下讀取信號(hào)接通時(shí)的壓力數(shù)值。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)項(xiàng)目：（1）報(bào)警啟動(dòng)壓力值；（2）報(bào)警（補(bǔ)氣）返回壓力值；（3）閉鎖啟動(dòng)壓力值；（4）閉鎖（補(bǔ)氣）返回壓力值；（5）SF6氣體密度繼電器帶有壓力表時(shí)，應(yīng)對(duì)壓力表的顯示數(shù)值進(jìn)行檢驗(yàn)。

江蘇省目前對(duì)密度繼電器表的校驗(yàn)主要采用氣室隔離校驗(yàn)法，如圖4所示。其校驗(yàn)原理是采集密度繼電器的溫度和接點(diǎn)動(dòng)作值，通過(guò)單片機(jī)自動(dòng)折算成20℃的等效壓力值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)密度繼電器的校驗(yàn)。校驗(yàn)時(shí)把閥l關(guān)閉實(shí)現(xiàn)與本體氣室的隔離，打開(kāi)閥2與專(zhuān)用儀器接口相連，調(diào)節(jié)儀器模擬GIS設(shè)備的充、漏氣行程完成繼電器的校驗(yàn)。依據(jù)規(guī)程，江蘇省所用的JMD-10型SF6密度繼電器校驗(yàn)儀器校驗(yàn)輸出電壓設(shè)定為DC24V，檢測(cè)接點(diǎn)設(shè)為3對(duì)，分別是1對(duì)報(bào)警接點(diǎn)，2對(duì)閉鎖接點(diǎn)。補(bǔ)、漏氣行程模擬控制則采用了傳統(tǒng)的人工手搖方式，該方式具備較高的操控性，有利于獲得相對(duì)精確的檢測(cè)結(jié)果。

圖4 密度繼電器校驗(yàn)原理圖

3.2 關(guān)鍵問(wèn)題分析

為避免因操作不當(dāng)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，且與廠方也進(jìn)行過(guò)接洽。廠家確認(rèn)了存在的問(wèn)題，同時(shí)也對(duì)檢測(cè)方法提出了質(zhì)疑，主要分歧在于：（1）廠家認(rèn)為檢測(cè)輸出電壓應(yīng)該為其正常工作電壓。檢測(cè)時(shí)，在其正常工作電壓下串聯(lián)匹配電阻，使流經(jīng)觸點(diǎn)的電流小于最大允許電流即可。與廠家的產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)中提供的“接點(diǎn)的最小測(cè)試、工作電壓為12 V”說(shuō)法并沒(méi)有直接矛盾。（2）機(jī)構(gòu)因氧化問(wèn)題而造成觸點(diǎn)接觸不良或冷焊時(shí)，可以通過(guò)反復(fù)加、降壓的方式磨掉氧化層或脫開(kāi)觸點(diǎn)。（3）該類(lèi)型SF6氣體密度繼電器表正常使用時(shí)的精確度等級(jí)為2.5級(jí)，等級(jí)較低。加上測(cè)量?jī)x器本身（0.4級(jí)）的誤差，在非標(biāo)準(zhǔn)（20℃）環(huán)境下測(cè)量產(chǎn)生的誤差可能超出允許范圍。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)規(guī)定測(cè)試儀器的輸出電壓范圍和試驗(yàn)允許最大操作次數(shù)。雖然標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定SF6氣體密度繼電器表的“電氣參數(shù)”，也有“最低測(cè)試電壓不低于24 V”的說(shuō)明，卻沒(méi)有對(duì)檢測(cè)儀器的輸出電壓范圍做出明確規(guī)范，也沒(méi)有給出試驗(yàn)允許的最大操作次數(shù)。在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，目前只能依據(jù)個(gè)人的判斷給出推薦性結(jié)論。

（2）建議對(duì)仍在使用中的低等級(jí)SF6密度繼電器表給出檢測(cè)的參考依據(jù)，如果不建議使用低等級(jí)SF6密度繼電器表規(guī)程中應(yīng)明確說(shuō)明。新規(guī)程僅對(duì)1級(jí)、1.6級(jí)的密度繼電器表出具檢驗(yàn)誤差數(shù)值，導(dǎo)致站內(nèi)仍在使用中的低等級(jí)密度繼電器表沒(méi)有檢測(cè)參考標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法提供有力的判據(jù)。

（3）對(duì)該類(lèi)型SF6密度繼電器表的使用環(huán)境制定強(qiáng)制要求。如在同一變電站內(nèi)使用的充油/氣式SF6密度繼電器表與圖1的敞開(kāi)式SF6密度繼電器表相比，投入使用的年份比它早，但可以看出，表內(nèi)無(wú)明顯的氧化、污染跡象。歷年的檢測(cè)數(shù)據(jù)也比較理想。參考2種表的對(duì)比，江蘇省應(yīng)該提高對(duì)戶(hù)外用表的要求。

（4）對(duì)SF6密度繼電器表提出檢驗(yàn)周期和強(qiáng)制報(bào)廢年限。檢驗(yàn)周期宜定為2～3 a，強(qiáng)制報(bào)廢年限可定為10 a（與廠家承諾的使用壽命相一致）。否則，由于不經(jīng)常動(dòng)作而導(dǎo)致的金屬疲勞、機(jī)構(gòu)氧化等問(wèn)題，隨時(shí)可能造成電力設(shè)備故障，危及系統(tǒng)的安全。

[1]GB/T 22065—2008，壓力式六氟化硫氣體密度控制器[S].

[2]田宏亮.SF6密度繼電器現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的必要性[J].寧夏電力，2010（5）.