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摘要:通过SF6(六氟化硫)密度继电器压力表读数误差,详细分析了变电站GIS组合电器220kV母线SF6气体压力指示异常的原因,阐述了压力指示不准确产生的危害,并提出应对措施,在实际运用中取得了良好的效果。
关键词:GIS组合电器;SF6气体压力;布尔登管
作者简介:段涛(1979-),男,山东东营人,山东电力超高压公司,技师,主要研究方向:变电站运行;卢光宇(1975-),男,山东济南人,山东电力超高压公司,高级工程师,主要研究方向:继电保护及变电运行维护。(山东 济南 250021)
SF6全封闭组合电器(Gas insulated metal-enclosed Switchgear简称GIS),由于占地面积小,运行安全可靠,检修周期长,安装方便而被广泛采用。[1]GIS设备是依靠罐体内SF6气体达到绝缘的效果,SF6由于优异的灭弧性能,绝缘强度高,在大气压下为空气的3倍。特别是当SF6气体由于放电或电弧作用出现离解时,热传导性能好且易复合。因此SF6气体压力的大小直接影响GIS设备的绝缘性能。一般来说,灭弧气室SF6气体压力额定为0.5±0.02MPa,报警值为0.45MPa。[2]当压力降低至0.4MPa时,SF6气体将失去应有的绝缘作用,如不及时处理将会引起GIS断路器等设备的高热,容器内压增大,有开裂和短路爆炸的危险发生。
山东油城500kV变电站的220kV设备就是采用新东北电气高压电气有限公司生产的ZF6A-252型SF6封闭式组合电器,2009年6月建成投运,接线方式为双母线双分段,分别命名为1A母线、1B母线、2A母线、2B母线,4段母线通过两个分段开关和两个母联开关连接,正常时4段母线并列运行。
一、SF6密度继电器压力指示异常
220kV GIS设备自投入运行以来,在巡视过程中密切观察母线气室的SF6密度继电器,发现表计气体压力指示异常。以1A、2B母线为例(母线东西走向,1A、1B母线在南侧,2A、2B母线在北侧,每段都分5个气室),下面是几次典型的巡视记录,如表1、表2所示。
通过巡视记录可画出1A、2B母线第三气室不同季节的压力变化如下图所示。
从图1、图2、图3、图4可以看出,1A、2B母线第三气室在天气良好的情况下气体压力变化较大,上午压力较低,临近报警值,但晚上压力回升,甚至高出早晨时的压力值;夏季南北两侧母线都有这样现象,而冬季只有南侧母线会有这样现象。在阴雨天气时,气体压力变化不明显,压力正常。
二、SF6密度继电器压力指示异常原因分析
SF6密度继电器压力指示低可能出现的原因有以下两种。
(1)GIS设备有漏气现象。
(2)SF6压力表计显示不准确。
从GIS设备检漏结果来看,没有发现漏气点,晚间压力回升也同样证明没有漏气。这样唯一可能的原因就是SF6密度继电器压力指示不准确。要找到SF6密度继电器指示不准确的原因,需要从SF6密度继电器的工作原理来入手。
由于环境温度变化而引起气体压力变化,为保证其指示的稳定,SF6密度继电器内部设置了温度补偿功能的双金属片,所以密度继电器指示的压力是经温度补偿,折算到20℃时的压力值。[3]环境温度高于校正温度(20℃)时,密封在壳体中的气体气压会高于校正压力。这时,双金属片的温度补偿发挥作用,使压力示值仍为20℃状态的压力值。[3]如图5所示,当环境温度上升并导致实际的压力上升时,布尔登管向增压方向伸展,布尔登管将压力变化转换为机械运动的一种感压元件,该元件由弯曲的弹性金属管构成。双金属片也以相同程度向负方向伸展,从而实现温度补偿功能,使指针位置不因温度变化而波动。温度下降时则情况相反。
因为密度继电器温度补偿的温度是取自压力表本身,气体的温度与密度继电器本身的温度如果不同,那么温度补偿将会出现误差。实践证明,不管是冬季还是夏季,当太阳直射时,显然压力表温度较高,而气室罐体由于体积较大、遮挡物较多温度上升缓慢,造成压力表本身温度高于气体温度,从而造成密度继电器指示数值降低,但此时并没有漏气。
三、SF6密度继电器压力指示异常实例分析
为进一步验证理论分析的正确性,通过红外测温、理论计算进行详细分析。根据气体压力公式,在密闭空间内的气体气体压力与温度的关系为:。因为气室体积不变,为一恒定数值,即气体压力与温度成正比。
图6为压力表、气室测温(绝对温度)和压力表指示数值。此时,压力表温度与气室温度相差不大,假设气室内压力为P1,补偿到20℃时的压力为P20,由此得出:
气体压力表读数为0.49MPa,对应的温度为312.8k,假设在该温度下对应的压力为P2,则可以得出:
但是,此时309.8k温度下的气体压力,用的是312.8k温度的补偿,压力表的温度补偿系统认为此时的压力为312.8k温度下的压力,由此得出P20=0.494MPa,也就是说如果此时压力表的问题如果与气室温度一致,补偿到20℃时的压力指示值应该为0.494MPa,非常接近额定压力0.5MPa。
图7中压力表与其实压力温度相差大约8k,因为为定值,由计算可以得出,312.2k温度下的压力如果用320.1k的温度补偿,其压力值为0.4816,与压力表指示数值非常相符。
由此可以得出,如果压力表的温度比气室压力高,因为温度补偿的原因会造成压力表指示数值偏低,温度相差越大,偏低的幅度越大,如果温度相差较大,压力降到超过报警值,就会误发报警信号。同理,如果压力表温度比气室温度低,压力表指示数值将偏高。
有了这样的结论,就很容易解释气体压力表指示异常的原因:在有太阳直射的情况下,压力表温度上升较快,而气室罐体由于体积大、有遮挡物等原因,温度上升较慢,造成压力表温度较气体温度高,造成压力指示偏低;晚上由于气温降低,压力表温度降低,而气室罐体温度降低慢,造成压力表温度比气体温度稍低,压力指示稍微偏高。在阴雨天气时,由于没有太阳直射,两者温度相差不大,压力指示保持稳定。南侧母线压力指示异常较北侧母线严重,也是同样的道理。
四、 SF6密度继电器压力指示异常造成的危害及应对措施
SF6气体压力指示异常,使得运行人员难以判断是否有漏气发生,给GIS组合电气设备日常运行维护带来很大的困难,实际工作中经常有漏气而不能及时发现或者没有漏气压力低报警的情况,既带来不必要的工作量,又给安全生产造成很大的隐患。
为解决这个问题,提高SF6密度继电器压力指示的准确性,笔者从原理分析的基础上,采用减小气体压力表与气体温度差异的方法,设计制作了遮阳罩,装设在SF6密度继电器上,减少太阳直射,尽可能使得SF6密度继电器的温度与气室罐体温度一致。实践证明,遮阳罩效果良好。
五、结论
随着社会经济的快速发展,用电负荷的不断增长,对供电可靠性的要求越来越高。SF6气体是迄今最理想的绝缘及灭弧介质,GIS组合电气设备的稳定运行,对提高供电可靠性有着直接的影响。通过设备日常巡视维护发现为课题,进行原理并加以数据计算分析,得出SF6气体继电器压力表受周围环境温度影响较大,因此,采取加装遮阳罩等方法,解决了读数不准的问题,有效提高GIS组合电气设备的运行稳定性。
参考文献:
[1]气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程[M].北京:中国电力出版社,2006.
[2]电气装置安装工程电气设备交接试验标准[M].北京:中国计划经济出版社,1991.
[3]SF6密度继电器安装使用说明书[M].沈阳:新东北电气(沈阳)高压电气有限公司,1999.
(责任编辑:郝魁府)
关键词:GIS组合电器;SF6气体压力;布尔登管
作者简介:段涛(1979-),男,山东东营人,山东电力超高压公司,技师,主要研究方向:变电站运行;卢光宇(1975-),男,山东济南人,山东电力超高压公司,高级工程师,主要研究方向:继电保护及变电运行维护。(山东 济南 250021)
SF6全封闭组合电器(Gas insulated metal-enclosed Switchgear简称GIS),由于占地面积小,运行安全可靠,检修周期长,安装方便而被广泛采用。[1]GIS设备是依靠罐体内SF6气体达到绝缘的效果,SF6由于优异的灭弧性能,绝缘强度高,在大气压下为空气的3倍。特别是当SF6气体由于放电或电弧作用出现离解时,热传导性能好且易复合。因此SF6气体压力的大小直接影响GIS设备的绝缘性能。一般来说,灭弧气室SF6气体压力额定为0.5±0.02MPa,报警值为0.45MPa。[2]当压力降低至0.4MPa时,SF6气体将失去应有的绝缘作用,如不及时处理将会引起GIS断路器等设备的高热,容器内压增大,有开裂和短路爆炸的危险发生。
山东油城500kV变电站的220kV设备就是采用新东北电气高压电气有限公司生产的ZF6A-252型SF6封闭式组合电器,2009年6月建成投运,接线方式为双母线双分段,分别命名为1A母线、1B母线、2A母线、2B母线,4段母线通过两个分段开关和两个母联开关连接,正常时4段母线并列运行。
一、SF6密度继电器压力指示异常
220kV GIS设备自投入运行以来,在巡视过程中密切观察母线气室的SF6密度继电器,发现表计气体压力指示异常。以1A、2B母线为例(母线东西走向,1A、1B母线在南侧,2A、2B母线在北侧,每段都分5个气室),下面是几次典型的巡视记录,如表1、表2所示。
通过巡视记录可画出1A、2B母线第三气室不同季节的压力变化如下图所示。
从图1、图2、图3、图4可以看出,1A、2B母线第三气室在天气良好的情况下气体压力变化较大,上午压力较低,临近报警值,但晚上压力回升,甚至高出早晨时的压力值;夏季南北两侧母线都有这样现象,而冬季只有南侧母线会有这样现象。在阴雨天气时,气体压力变化不明显,压力正常。
二、SF6密度继电器压力指示异常原因分析
SF6密度继电器压力指示低可能出现的原因有以下两种。
(1)GIS设备有漏气现象。
(2)SF6压力表计显示不准确。
从GIS设备检漏结果来看,没有发现漏气点,晚间压力回升也同样证明没有漏气。这样唯一可能的原因就是SF6密度继电器压力指示不准确。要找到SF6密度继电器指示不准确的原因,需要从SF6密度继电器的工作原理来入手。
由于环境温度变化而引起气体压力变化,为保证其指示的稳定,SF6密度继电器内部设置了温度补偿功能的双金属片,所以密度继电器指示的压力是经温度补偿,折算到20℃时的压力值。[3]环境温度高于校正温度(20℃)时,密封在壳体中的气体气压会高于校正压力。这时,双金属片的温度补偿发挥作用,使压力示值仍为20℃状态的压力值。[3]如图5所示,当环境温度上升并导致实际的压力上升时,布尔登管向增压方向伸展,布尔登管将压力变化转换为机械运动的一种感压元件,该元件由弯曲的弹性金属管构成。双金属片也以相同程度向负方向伸展,从而实现温度补偿功能,使指针位置不因温度变化而波动。温度下降时则情况相反。
因为密度继电器温度补偿的温度是取自压力表本身,气体的温度与密度继电器本身的温度如果不同,那么温度补偿将会出现误差。实践证明,不管是冬季还是夏季,当太阳直射时,显然压力表温度较高,而气室罐体由于体积较大、遮挡物较多温度上升缓慢,造成压力表本身温度高于气体温度,从而造成密度继电器指示数值降低,但此时并没有漏气。
三、SF6密度继电器压力指示异常实例分析
为进一步验证理论分析的正确性,通过红外测温、理论计算进行详细分析。根据气体压力公式,在密闭空间内的气体气体压力与温度的关系为:。因为气室体积不变,为一恒定数值,即气体压力与温度成正比。
图6为压力表、气室测温(绝对温度)和压力表指示数值。此时,压力表温度与气室温度相差不大,假设气室内压力为P1,补偿到20℃时的压力为P20,由此得出:
气体压力表读数为0.49MPa,对应的温度为312.8k,假设在该温度下对应的压力为P2,则可以得出:
但是,此时309.8k温度下的气体压力,用的是312.8k温度的补偿,压力表的温度补偿系统认为此时的压力为312.8k温度下的压力,由此得出P20=0.494MPa,也就是说如果此时压力表的问题如果与气室温度一致,补偿到20℃时的压力指示值应该为0.494MPa,非常接近额定压力0.5MPa。
图7中压力表与其实压力温度相差大约8k,因为为定值,由计算可以得出,312.2k温度下的压力如果用320.1k的温度补偿,其压力值为0.4816,与压力表指示数值非常相符。
由此可以得出,如果压力表的温度比气室压力高,因为温度补偿的原因会造成压力表指示数值偏低,温度相差越大,偏低的幅度越大,如果温度相差较大,压力降到超过报警值,就会误发报警信号。同理,如果压力表温度比气室温度低,压力表指示数值将偏高。
有了这样的结论,就很容易解释气体压力表指示异常的原因:在有太阳直射的情况下,压力表温度上升较快,而气室罐体由于体积大、有遮挡物等原因,温度上升较慢,造成压力表温度较气体温度高,造成压力指示偏低;晚上由于气温降低,压力表温度降低,而气室罐体温度降低慢,造成压力表温度比气体温度稍低,压力指示稍微偏高。在阴雨天气时,由于没有太阳直射,两者温度相差不大,压力指示保持稳定。南侧母线压力指示异常较北侧母线严重,也是同样的道理。
四、 SF6密度继电器压力指示异常造成的危害及应对措施
SF6气体压力指示异常,使得运行人员难以判断是否有漏气发生,给GIS组合电气设备日常运行维护带来很大的困难,实际工作中经常有漏气而不能及时发现或者没有漏气压力低报警的情况,既带来不必要的工作量,又给安全生产造成很大的隐患。
为解决这个问题,提高SF6密度继电器压力指示的准确性,笔者从原理分析的基础上,采用减小气体压力表与气体温度差异的方法,设计制作了遮阳罩,装设在SF6密度继电器上,减少太阳直射,尽可能使得SF6密度继电器的温度与气室罐体温度一致。实践证明,遮阳罩效果良好。
五、结论
随着社会经济的快速发展,用电负荷的不断增长,对供电可靠性的要求越来越高。SF6气体是迄今最理想的绝缘及灭弧介质,GIS组合电气设备的稳定运行,对提高供电可靠性有着直接的影响。通过设备日常巡视维护发现为课题,进行原理并加以数据计算分析,得出SF6气体继电器压力表受周围环境温度影响较大,因此,采取加装遮阳罩等方法,解决了读数不准的问题,有效提高GIS组合电气设备的运行稳定性。
参考文献:
[1]气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程[M].北京:中国电力出版社,2006.
[2]电气装置安装工程电气设备交接试验标准[M].北京:中国计划经济出版社,1991.
[3]SF6密度继电器安装使用说明书[M].沈阳:新东北电气(沈阳)高压电气有限公司,1999.
(责任编辑:郝魁府)