一种SF6气体压力低预报警装置的研究与应用论文_施羽展,汤明 吴靖,陈连光,李以然

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摘要:GIS因其结构紧凑、占地面积小、可靠性高等优点,在电力系统中被大量使用。SF6因其优越的绝缘性能及稳定的化学性能成为GIS设备中近乎唯一的绝缘和灭弧介质。经统计,SF6泄漏已成为GIS设备现存的主要缺陷之一。SF6泄漏是不可控事件,且在电力系统中属于紧急缺陷,常规消缺措施对检修部门的人员、车辆调度等要求较高,消缺成本较高。在研究分析各类在运GIS设备及SF6泄漏处理流程的基础上,设计并研制了一种SF6气体压力低预报警装置。采用新的装置后将使SF6泄漏变为可控事件,优化补气的准备工作,降低了消缺成本。

关键词:GIS;SF6泄漏;预报警

0 引言

从20世纪60年代起,SF6气体以其优异的绝缘和灭弧性能,在电力系统中得到广泛应用[1]。SF6 因其优越的绝缘、灭弧介质而广泛应用于高压电气设备中。纯净的SF6气体无色、无味、不燃,在常温下化学性能特别稳定[2]。因此,在电力系统中,SF6气体几乎成为断路器和GIS中唯一的绝缘和灭弧介质。

GIS因具有结构紧凑、占地面积小、易于维护、绝缘性能优良、可靠性高等优点,在电力系统中被大量使用。其缺点是SF6气体泄漏事件时有发生[3]。

SF6气体泄漏是目前GIS设备最常见的故障类型之一。SF6气体泄漏会造成GIS气室内SF6气体压力下降,轻者导致气体压力低报警,重者会导致闭锁回路动作,在发生紧急事故情况下,可能造成故障停电范围的扩大[4]。

针对常规处理SF6泄漏流程的被动性、GIS设备充气接口的多样性、SF6泄漏报警的不可控性等这些特点,在研究分析各类在运GIS设备及SF6泄漏处理流程的基础上,设计并研制了一种SF6气体压力低预报警装置。

1 现有SF6泄漏报警处理模式不足

SF6泄漏现象是突发事件,根据电力系统现有的规章制度,SF6气体压力低报警属于紧急缺陷,属于马上消除的缺陷类型。现有的SF6泄漏报警消缺模式是调度人员发现报警信号,通知检修和运行相关管理人员,由其分别安排相应的人员和车辆赶赴现场进行消缺。SF6泄漏报警信号发出后留给检修人员的时间较短,给人员、车辆调度带来困难,尤其是在后半夜或者极端天气等情况下。同时,目前GIS设备厂家多,其对应的充气接口型号种类亦多,在泄漏缺陷已发生的情况下,短时间内确定泄漏设备型号并准备与其适配的充气接口及作业工具给补气消缺作业的准备工作带来了很大的困难。

2 GIS设备及其泄漏的研究与分析

根据对现有SF6泄漏的统计研究,造成SF6气体压力低报警的原因主要有以下几个方面:一、设备出厂前制造的设备组件质量不符合要求[5];二、制造、安装过程中工艺精度不够[6];三、设备长时间运行后密封圈等零部件老化;四、密封件变形或质量变差。

GIS设备中的SF6气体是密闭在一个固定不变的容器内,其在一定温度下的SF6气体压力可以代表SF6气体的密度。SF6 气室内的绝缘强度取决于SF6 气体密度值的大小,即单位体积内SF6 气体的分子数,与温度无关,密度值的大小是通过20℃时充气压力来体现的[7]。

现有的GIS设备普遍采用密度继电器对设备SF6 压力进行监视,依靠密度继电器上的压力接点向远方发出SF6 压力低报警、压力低闭锁信号。当SF6发生泄漏时,密度继电器能立即指示出漏气引起的密度变化,当SF6 气体的密度示值低于事先设定报警值时,密度继电器会给出报警补气的接点信号;如严重泄漏,给出一对闭锁接点信号,将开关操作闭锁[8]。

3 SF6气体压力低预报警装置研制

目前为止,某公司所有在运的GIS设备密度继电器均只有报警和闭锁两组节点,若要增加第三组预报警节点,若按照全部设计并更换的传统方法,成本太高,超出常规检修生产接受范围。

结合经济性和现场实际工作的需求,适用于最优SF6泄漏处理流程的装置必须考虑如下技术问题:

(1)能够将目前在运的所有GIS设备的充气接口进行统一化,即准备一种充气接口就能对所有GIS设备进行补气。

(2)在原有的报警和闭锁两组接点之间增加一组预报警接点,预报警接点的裕量则根据实际需求及经济性来考虑。

(3)通过相对廉价的密度开关来监测设备内绝缘气体的密度水平,不增加新的表计,利用原有设备的表计,避免改造后与原有表计的功能重复,具有极高的经济性

(4)加装的预报警装置预报警信号应能利用原有的通道传至后台,方便监控。

(5)加装的预报警装置必须能够在不停电的情况下进行安装,使其具有推广价值。

基于以上分析,研制出一种SF6气体压力低预报警装置。该装置主要由三通阀、密度开关、信号传输三部分组成。

三通阀

三通阀由本体接口、充气口和密度开关接口组成,装置的本体接口与设备充气接口连接,实现三通阀与设备本体连接,可以通过三通阀的充气口对GIS设备进行充气;另外一个接口是接密度开关的自封阀,当取下密度开关时,自封阀自动关闭,可以保证其密封良好,不会有SF6气体泄漏。

目前GIS设备厂家众多,其对应的充气接口种类繁多。统一充气接口将极大方便补气作业的准备工作。

密度开关

SF6气体密度开关主要部件为2个波纹管,接口处与SF6设备内的气体连接,大小波纹管之间形成一个密闭的气室,内有与SF6设备内气体密度相同的标准SF6气体包。小波纹管一端与中心连杆连接,连杆带动微动开关。

密度开关的预报警值与精度可根据实际需求来设置,现采用的密度继电器的最小精度为0.02MPa。

该密度开关拥有温度补偿功能,其主要作用就是作为GIS密度继电器的第三组预报警接点。当环境温度降低导致压力下降时,系统不动作;当因气体泄漏导致压力下降至设定的预报警值时,应及时的发出预报警信号,以提醒检修人员进行补气。

信号传输

现场密度开关发出开关量信号,可传送到现场控制器,控制器型式可采用智能IED(具有开关量识别功能),由IED将现场开关量信号统一处理后集中传输至站内后台服务器,并远传。运维人员能够在站内后台或者办公室远端查询预报警记录。现场还可同时安装LED灯来显示每台预报警装置的状态,LED灯的状态可让检修人员在现场轻松确定发生SF6泄漏装置。

4 预报警装置的安装及应用成效

为验证该装置的实用性及正确性,选定某110kV变电站作为验证。站内110kVIII段母设气室存在SF6泄漏现象。泄漏原因为其密封损坏,且无相应备品,因此补气较为频繁。

安装前对站内GIS设备充气接口进行查勘、定制,在原有充气接口上加装预报警装置前后进行SF6检漏,确保其良好的气密性。现场加装SF6气体压力低预报警装置的情况见图1。

为将预报警信号传输至后台,结合实际情况,开关量信号通过就近汇控柜中电缆备用芯与站内原有的信号传输系统连接,当气压低预报警信号发出时后台能够立即接收相应信号并作出提示。

图1 现场安装的预报警装置

图2为加装SF6气体压力低预报警装置后不久,站内后台预报警光字牌亮,D5000系统也出现一致的报警内容。检修人员在预报警信号发出7天后,结合其他工作到达现场,对相应泄漏气室密度表进行查看,确认该气室已降低至设定的预报警值。对该气室进行补气至额定值后,预报警信号消除,验证了SF6气体压力低预报警装置的实用性和正确性。

图2 预报警信号光字牌亮

5 结语

SF6气体压力低预报警装置能够适用于不同型号的GIS设备,该装置的成功投用将SF6泄漏报警由不可控事件变成可控事件,为生产、工作安排带来便利。

SF6气体压力低预报警装置统一了不同GIS设备厂家样式各异的充气接头,提升了消缺效率。

SF6气体压力低预报警装置可以不停电加装,加装方便,成本低,易于推广应用。

参考文献:

[1] 齐昌明.GIS室SF6监控报警系统应用[J].科技咨询,012(35):102.

[2] 杨红权,于 冰.SF6气体泄漏监控报警系统开发[J].四川电力技术,2008,(31):86-88.

[3] 杨 勇,徐 华,吴金木,刘 石,张 静.SF6 气体分解产物检测技术的研究现状及发展[J].浙江电力,2016,35(10):15-20.

[4] 张 浩,吴 凯,管敏渊,王 炜,朱家立.一起GIS设备SF6气体泄漏故障的分析与处理[J].浙江电力,2016,35(9):35-38.

[5] 梁元武.110 kV GIS设备SF6气室泄漏原因分析及处理[J].电气制造,2011(10):66-68.

[6] 陈国庆. SF6 断路器的泄漏与水分超标处理[J].上海电力,2003(3):267-268.

[7] 陈振生. GIS 高压电器SF6 气体密度、湿度及泄漏检测技术[J].电气技术,2007(4):16-20.

[8] 陈振生. SF6 气体的密度、水分及泄漏在线监测方法[J].华通技术,2006(3):24-28.

论文作者:施羽展,汤明 吴靖,陈连光,李以然

论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期

论文发表时间:2017/9/4

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