基于年漏氣率的SF₆氣體密度在線監(jiān)測方法

趙宏飛 單哲 張豹

摘 要：本文首先介紹了SF6氣體密度在線監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用方式，分析了壓力和密度測量型變送器的優(yōu)缺點(diǎn)。最后提出一種基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監(jiān)測方式。

關(guān)鍵詞：GIS;SF6氣體密度表;年漏氣率;在線監(jiān)測;特高壓變電站

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.113

0 引言

在我國的超高壓、特高壓工程項(xiàng)目中，GIS已作為輸變電設(shè)備的主流產(chǎn)品[1-2]。由于高電壓等級設(shè)備造價高、重要性高，且GIS氣室數(shù)量多，GIS設(shè)備的SF6氣體密度監(jiān)視均采用在線監(jiān)測系統(tǒng)[3]。SF6在線監(jiān)測系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)氣體的泄漏及發(fā)展趨勢，以防止GIS出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏危及主設(shè)備安全，造成主設(shè)備損壞而影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。如果每天觀察壓力曲線的趨勢，工作量比較大，而且對于變化趨勢，沒有一個定量的判斷。因此，本文介紹了SF6氣體密度在線監(jiān)視系統(tǒng)的常規(guī)應(yīng)用方式，最后提出一種基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監(jiān)測方式。

1 SF6氣體密度在線監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用

密度變送器作為SF6氣體密度在線監(jiān)視系統(tǒng)中直接安裝于GIS設(shè)備上的測量元件，其準(zhǔn)確性關(guān)系到整套在線監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和測量精度。目前密度變送器主要有兩種類型，一種是測量SF6氣體壓力和溫度的壓力測量型變送器，一種是直接測量SF6氣體密度的密度測量型變送器。

對于壓力測量型變送器，其受溫度影響較大。即使壓力變送器和溫度變送器集成布置，且假設(shè)溫度變送器周圍的溫度和GIS氣室內(nèi)的溫度一樣，實(shí)際計算壓力仍受測量壓力和測量溫度兩個測量誤差的影響，而且還受補(bǔ)償和修正方法影響。因此，其與密度測量型變送器相比，測量結(jié)果準(zhǔn)確性有待提高。但壓力測量型變送器的測量結(jié)果可以與機(jī)械式的氣體密度表結(jié)果進(jìn)行對比。其次由于壓力測量型變送器的溫度傳感器測量溫度和GIS內(nèi)溫度不完全一樣，當(dāng)GIS內(nèi)部發(fā)熱過大時，壓力測量型變送器可以間接判斷GIS內(nèi)部發(fā)熱情況。

2 基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監(jiān)測

2.1 方法提出的背景

國家標(biāo)準(zhǔn)和國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定相對年漏氣率必須小于或等于1%。但不同GIS設(shè)備生產(chǎn)廠家對SF6氣體年泄漏率規(guī)定不完全一樣。

當(dāng)各氣室內(nèi)的SF6氣體密度已降至規(guī)定的最小運(yùn)行密度時，會發(fā)出報警信號，但此時的漏氣已經(jīng)比較嚴(yán)重，已屬于重要缺陷了，因此如何盡早發(fā)現(xiàn)氣體泄漏非常重要。如果每天觀察壓力曲線的趨勢，工作量比較大，而且對于變化趨勢，沒有一個定量的判斷。所以提出一種基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監(jiān)測方式。

2.2 基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監(jiān)測方法

由于GIS金屬外殼會隨著溫度變化而發(fā)生微小的熱脹冷縮現(xiàn)象，傳感器也存在微小的測量誤差，因此，一天內(nèi)的測量數(shù)據(jù)不可能是一個固定值，必定有一個最大值和最小值。

假設(shè)GIS設(shè)備某一氣室第一天20℃時的SF6氣體最大壓力和最小壓力分別為P0max和P0min（單位為Mpa，以下同），第t天20℃時壓力為Pt。將補(bǔ)償所得的20℃時的壓力與初始GIS設(shè)備充氣時的值進(jìn)行比較判斷GIS氣室內(nèi)部狀態(tài)（正常、漏氣或發(fā)熱）：（1）當(dāng)P0max≥Pt≥P0min時，說明SF6氣體壓力正常;（2）當(dāng)PtP0max時，說明GIS氣室可能內(nèi)部發(fā)熱，需進(jìn)行持續(xù)關(guān)注，系統(tǒng)發(fā)出提示告警，并結(jié)合其他方式進(jìn)行檢查。

對于（2）中，SF6氣體可能存在泄漏的情況，根據(jù)GIS設(shè)備要求的SF6氣體年泄漏率計算某天SF6氣體的正常壓力范圍，根據(jù)廠家或國標(biāo)要求的氣體年泄漏率，假設(shè)要求SF6氣體年泄漏率不大于0.5%/年，設(shè)每天的泄漏率為x，根據(jù)公式（1-x）365=1-0.5%，計算出x的值為1.36986×10-5。根據(jù)每天的泄漏率為x計算出第t天的最大壓力和最小壓力分別為Ptmax和Ptmin：

Ptmax=（1-x）tP0max （1）

Ptmin=（1-x）tP0min （2）

（1）當(dāng)Ptmax≥Pt≥Ptmin時，說明SF6可能存在微小泄漏，但在正常泄露范圍;（2）當(dāng)PtPtmax時，說明SF6氣體壓力正常。

具體可用圖1進(jìn)行描述，紅色曲線上部說明GIS氣室可能內(nèi)部發(fā)熱;紅色曲線與黃色曲線之間說明SF6氣體壓力正常;黃色曲線與綠色曲線之間說明SF6可能存在微小泄漏，但在正常泄露范圍;綠色曲線下部說明SF6氣體存在泄漏。

3 結(jié)論

由于GIS設(shè)備中SF6氣體密度監(jiān)測的重要性，在在線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文介紹了SF6氣體密度在線監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用方式后，提出了一種基于年漏氣率的SF6氣體密度在線監(jiān)測方式。該種方法使用現(xiàn)有的SF6氣體密度在線監(jiān)視系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，無需增加其他設(shè)備，且可以達(dá)到快速、簡便、高效、直觀和準(zhǔn)確的監(jiān)視SF6氣體泄漏情況的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張銳，付興芳，劉旭等.GIS中SF6氣體壓力的監(jiān)視[J].黑龍江科技信息，2013（07）：83.

[2]陳輝，朱廣名，安向陽.10kV環(huán)網(wǎng)柜SF6氣體在線監(jiān)測技術(shù)研究及系統(tǒng)開發(fā)[J].廣東電力，2013，26（03）：65-68.

[3]劉可龍.SF6氣體在線監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].通信電源技術(shù)，2013，30（06）：83-85.

作者簡介：趙宏飛（1988-），男，江蘇揚(yáng)州人，碩士，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)運(yùn)行管理、電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。