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      GIS設(shè)備的SF6氣體在線監(jiān)測

      2016-11-15 18:17:53段雨松蔡曉龍韓芝星
      科技資訊 2016年18期
      關(guān)鍵詞:在線監(jiān)測斷路器

      段雨松+蔡曉龍+韓芝星

      摘 要:文章對SF6氣體在線監(jiān)測意義及項目進行了闡述,并且引入了SF6在線監(jiān)測技術(shù),從系統(tǒng)組成、氣體采集、氣體診斷、氣體監(jiān)測、監(jiān)測內(nèi)容等方面論述了在線監(jiān)測的發(fā)展及現(xiàn)狀。SF6氣體智能監(jiān)測系統(tǒng)進行SF6氣體的日常監(jiān)測任務(wù),以便在出現(xiàn)問題時及時提醒運行人員進行處理。

      關(guān)鍵詞:SF6 斷路器 在線監(jiān)測

      中圖分類號:TM72 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)06(c)-0033-02

      1 引言

      1.1 課題研究背景

      隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展,如今居民生活的用電量不斷增加,在這個局勢下,保證電力系統(tǒng)設(shè)備的安全、維修至關(guān)重要。在電力系統(tǒng)設(shè)備中高壓斷路器是重要的開關(guān)設(shè)備,目前GIS設(shè)備主要靠SF6氣體進行絕緣,因此SF6在線監(jiān)測顯得尤為重要。

      1.2 SF6氣體在線監(jiān)測的意義

      目前,山西變電站電氣設(shè)備安全運行是按照《六氟化硫電氣設(shè)備運行、實驗及檢修人員安全防護細則》和《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備運行及維護規(guī)程》中的要求進行試驗研究的,還要針對實驗結(jié)果和該設(shè)備之前的實驗結(jié)果進行比較,這樣就可以判斷出來該設(shè)備的變化規(guī)律和趨勢變化,這樣就可以判斷是否讓該設(shè)備繼續(xù)運行。

      據(jù)經(jīng)驗,SF6氣體的在線監(jiān)測,不僅可以診斷出電力設(shè)備系統(tǒng)是否正常運行,還可以為電力系統(tǒng)的正常運行提供保障,具體如下。

      (1)發(fā)現(xiàn)安全隱患,全面預(yù)防事故發(fā)生。根據(jù)SF6氣體的在線監(jiān)測數(shù)據(jù),可以判斷電力系統(tǒng)是否有不同于往常的狀態(tài)。

      (2)SF6氣體的在線監(jiān)測項目,可以節(jié)約時間,提高效率。面對電力設(shè)備的停電實驗,不僅耗時而且浪費經(jīng)費,有了SF6氣體的在線監(jiān)測項目就可以免去這一系列的問題。

      (3)可以達到及時關(guān)閉老化或者有運行問題的設(shè)備。電力設(shè)備用的時間長了就會出現(xiàn)老化的問題,而我們不能立馬覺察到,如果利用SF6氣體的在線監(jiān)測技術(shù)就可以及時發(fā)現(xiàn)并更換。

      1.3 SF6氣體在線監(jiān)測的項目探究

      SF6氣體,檢測的項目包括以下幾個方面。

      SF6氣體的壓力;SF6氣體的密度;SF6氣體的微水含量;局部放電的檢測。

      在上述檢測項目中,(1)針對的是GIS設(shè)備內(nèi)SF6氣體的壓強大小。(2)針對的是SF6氣體的密集程度。(3)針對的是SF6氣體的濕度狀態(tài)。(4)針對的是SF6氣體的絕緣局部隱形缺陷及故障的監(jiān)測。當發(fā)現(xiàn)SF6氣壓達到報警值時會自動報警,與此同時計算機會自動對設(shè)備故障進行診斷,并預(yù)報出來,其運行資料也會被數(shù)據(jù)庫第一時間存儲,這樣可以為GIS設(shè)備的安全運行維護與管理提供準確的依據(jù)。

      2 SF6氣體監(jiān)測

      2.1 SF6氣體狀態(tài)采集

      在穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測量中,SF6氣體狀態(tài)的監(jiān)測最為重要。SF6氣體的壓力,可以反映GIS設(shè)備氣室的氣密性,從而間接反映它的絕緣強度;SF6的濕度不僅可以直接影響設(shè)備絕緣強度,而且在濕度較高時,還容易引起SF6氣體的水解,生成具有腐蝕性的有害物質(zhì),影響滅弧室以及相鄰氣室;還會生成難以去除的硫化物附著在動、靜觸頭上,嚴重影響觸頭的接觸電阻阻值大小。SF6氣體狀態(tài)傳感模塊包括濕度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器。

      由于SF6氣體一般處于微水狀態(tài),一般的濕度傳感器測量水分的相對濕度難以滿足測量要求,而露點測量法,則通過測量微水環(huán)境下的結(jié)露溫度來間接測量氣體中水分含量。某站采用JCJ200M露點傳感器(工作電壓為24 V),該傳感器穩(wěn)定性好,測量精度高,后期維護簡單,且成本較低。我們在SF6氣室的閥門處安裝了一個小的密閉容器與氣室保持連接,將傳感器探頭密封在容器內(nèi)。其輸出信號的采集電路如圖1所示。其中R41為采樣電阻,C41為濾波電容。

      由于某站斷路器滅弧室中SF6氣體的壓力一般在0.6 MPa左右,所以我們在測量SF6氣體壓力時采用了量程為0~1.0 MPa的 WP401B型壓力傳感器,該傳感器的輸出為4~20 mA。為保證Vout輸出在0~5 V之間,采樣電阻R41取250 Ω,此時Vout變化范圍為1~5 V。設(shè)Pmax為1.0 MPa,則實際壓力P根據(jù)下式計算得到:

      實際壓力P=(Vout-1)×(Pmax/4) (1)

      2.2 氣體狀態(tài)監(jiān)測的方法

      近年來,數(shù)字式SF6氣體密度監(jiān)測儀也開始出現(xiàn),其通過一定精度的壓力和溫度傳感器,能直接測量出氣體的壓力以及溫度。測量的方法包括重量法、電解法、露點法、電容法等,其中電解法和露點法為國際電工委員會推薦的日常測量方法。

      (1)電解法。即將被測試的SF6氣體通入電解池內(nèi),氣體中的水分便被吸收和電解,根據(jù)電解水分所需電量與水分之間的關(guān)系可以求得SF6氣體中的水分含量。

      (2)露點法。通過測量SF6氣體的露點從而確定SF6氣體的含水量。

      2.3 SF6氣體監(jiān)測指標

      某變電站,SF6氣體工作狀態(tài)的主要參數(shù)指標如下(以某站斷路器為例)。

      (1)SF6氣體的壓強范圍為:500 kV:0.68 MPa、220 kV: 0.6 MPa、35 kV:0.5 MPa。

      (2)系統(tǒng)工作環(huán)境為:-20 ℃~40 ℃。

      (3)氣體測量結(jié)果顯示方式:20 ℃時的等效壓力(依據(jù)溫度曲線進行補償)。

      (4)報警壓力范圍:500 kV:0.60~0.62 MPa、220 kV:0.50~ 0.55 MPa、35 kV:0.40~0.45 MPa。

      (5)閉鎖壓力范圍:500 kV:0~0.60 MPa、220 kV:0~0.5 MPa、35 kV:0~0.4 MPa。

      2.4 SF6氣體檢測的實現(xiàn)

      當前,SF6斷路器大部分的故障原因都是SF6氣體泄露,所以,在整個的在線監(jiān)測中,SF6氣體含量的準確量檢測十分關(guān)鍵,并且SF6氣體狀態(tài)數(shù)據(jù)采樣模塊設(shè)計的專業(yè)性,對在線監(jiān)測運行的穩(wěn)定、準確性十分重要。

      SF6氣體含量數(shù)據(jù)采樣模塊中,采用氣體壓強傳感器和溫度傳感器進行設(shè)計,用壓強、溫度傳感器對氣體的壓強和溫度進行采樣,利用SF6氣體的壓強、溫度和密度的關(guān)系,通過計算、分析得到其當前密度。

      在確定壓強、溫度和密度關(guān)系的基礎(chǔ)上,該文按經(jīng)驗公式對數(shù)據(jù)進行處理。采取了典型且比較實用的有Beattie-Bridgman經(jīng)驗公式:

      P=(RTB-A)×γ2+RT×γ (2)

      其中:

      A=73.882×10-5~5.132105×10-7;B=2.50695×10-3~ 2.12238×10-6;R=56.9502×10-5 bar·m3/K。式中:P為絕對壓強,bar;T為溫度,K;為密度,kg/m3。

      根據(jù)Beattie-Bridgman公式可得,在獲取氣體的溫度和壓強值之后,去解一個一元三次的方程式,便可以求出當下氣體的密度值。

      2.5 監(jiān)控機界面顯示

      監(jiān)控機界面顯示如圖2所示。

      其中,界面上各部分意義如下。

      (1)5012或者5032表示斷路器名稱。

      (2)A、B、C表示相別。

      (3)SF6表示在線監(jiān)測指標為SF6氣體的含量。

      (4)監(jiān)測壓力、監(jiān)測密度、監(jiān)測溫度表示監(jiān)測的對象,當壓力值達到報警值時彈出對話框提示“漏氣”,從而提醒檢修人員進行檢漏和補氣。

      (5)“0.00”是表示SF6在線監(jiān)測系統(tǒng)未使用,當使用時數(shù)值顯示正常范圍值。

      SF6氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)目的是在線監(jiān)測氣體的各種運行參數(shù),當超過參數(shù)閥值時發(fā)出報警命令,提醒運行人員到現(xiàn)場進行表計檢查。具體的監(jiān)測內(nèi)容如下。

      (1)對現(xiàn)場檢測裝置工作電壓的監(jiān)視,當電池工作電壓低于正常值時,彈出對話框報警,提示要及時充電或者更換電池。

      (2)SF6氣體壓力的監(jiān)視,目的是及時發(fā)現(xiàn)氣室的漏氣問題,盡快進行檢漏或補氣,避免事故范圍擴大。某變電站220 kVGIS設(shè)備斷路器氣體壓力正常值設(shè)為0.6 MPa,當氣壓低到0.55 MPa時報220 kV測控智能終端斷路器氣室低氣壓告警,監(jiān)控主機彈出重要告警對話框提醒運行人員對開關(guān)氣室壓力進行檢查。

      (3)對SF6氣體的含量做出判斷監(jiān)視,當含量超出相應(yīng)正常范圍時,提醒運行人員及時上報調(diào)度,酌情處理。

      3 結(jié)語

      該文重點介紹了SF6氣體檢測的原理、指標、方法及內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上,展開深入討論,以便進行斷路器的日常監(jiān)測任務(wù),并在出現(xiàn)問題時及時提醒運行人員解決。

      SF6氣體的在線監(jiān)測項目是一項精細項目,設(shè)備運行過程中的輕微異常都可以發(fā)現(xiàn),具有很強的實踐意義,同時對電力行業(yè)的經(jīng)濟效益有所提高,但是還存在一些問題需要我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

      參考文獻

      [1] 陳振生.SF6氣體的密度和濕度及泄漏在線檢測方法[J].江蘇電器,2006(5):40-43,46.

      [2] 張愛菊,李少雄.基于GPRS的SF6氣體監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].高壓電器,2006(4):265-267.

      [3] 吳君健.SF6氣體狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)研制[D].華中科技大學(xué),2007.

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