户外环境对SF_6压力表的影响因素分析_刘杰.pdf

中国电工网户外环境对 压力表的影响因素分析刘杰，黄秀娟（国网浙江省电力有限公司超高压分公司，浙江 杭州 ）摘要：对变电站中 压力监测进行了分析，指出目前变电站内存在的两种 压力表安装形式的优缺点。分别从温度变化和环境湿度两个方面分析了户外运行环境对 压力表的影响，给出了应对措施。对于前者，如果发现压力降低的情况，就应第一时间进行气室泄漏检查，排除泄漏的情况下再进行压力表及其回路等方面的检查分析。对于后者，给出了在压力表接线盒封堵和直流负极端增加压控导通元件来避免压力表接线柱氧化发生的方案。关键词：设备；压力表；压力补偿；绝缘降低中图分类号：，（，）：，：，：；收稿日期：作者简介：刘杰（），高级工程师，从事变电设备运维检修工作；黄秀娟（），从事继电保护 和 变 电 设 备 生 产 管 理工作。引言随着土地资源的日益紧张，变电站内的敞开式变电设备逐渐被气体绝缘全封闭组合电器 所替代。由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中。由于 具有良好的电气绝缘性能和优异的灭弧性能，因此目前 设备中的绝缘气体以 为主。不同于敞开式电气设备的绝缘介质为空气，设备的绝缘介质为 气体。设备被分隔在不同的气室内，根据是否需要开断故障电流和成本，气室压力最高的一般是断路器，其次是隔离开关、接地开关、互感器等，最低的为母线气室。为了方便及时发现气室压力变化和 泄漏，一个密封气室一般安装一只 压力表。压力表中密度继电器将气室内 密度转换成压力的形式反映到表盘上。目前，变电站内 压力表计安装形式多样，易受到户外运行环境温度、湿度等变化的影响，因此需进一步研究表计压力随环境温度如何变化，以便现场运检人员更好地了解设备运行状况，及时发现可能的设备隐患，避免事故的发生。对于设备检修中发现的压力表计回路绝缘低的情况，需进行分析，以便给出应对措施。压力表安装形式 设备一般一个气室或几个气室共用一个 压力表。压力表引入监控后台的形式分为两种模式。第一种仅压力接点，如报警、闭锁等接点信号上传监控后台，接线简单，投资成本少；缺点是需现场检查表计数值，无法通过监控后台实时查看当前数据，不能调阅历史数据。第二种是在第一种的基础上，增加传感器和模数变换器等部件，将表计的压力以数字量的形式在监控后台显示，可获取气室压力的历史曲线，更早发现气室压力泄漏；缺点是元器件的增加，使得投资成本和后续维护成本也增加。随着变电站无人值守的推广，为实现尽可能多的数据的采集，第二种将气室压力上传监控后台的模式得到了广泛应用。电工技术电气设备2023 1期温度变化对 压力表的影响 户外 压力表的要求若气室存在泄漏，则在环境温度一定的情况下，压力表指示会随气体的泄漏而减小。排除气室存在泄漏的情况，随着环境温度的变化，室内的温度也会发生变化。理想气体状态方程为：（）式中，为 气体质量，不发生气体泄漏时为常数，；为 气体的气体常数，（）；为气室体积，为常数；为密度继电器安装处的绝对温度（），为环境温度，；为 气体密度，。由式（）可知气体温度升高，压力也随之增加；气体温度降低，压力也随之减小。为了减小环境温度变化引起的气室压力波动，需在压力表密度计中引入补偿机制，即气体温度升高时，压力增加，给予一个负的补偿压力；气体温度降低时，压力减小，给予一个正的补偿压力。通过以上补偿，使压力表指示不随户外温度的变化而变化。以额定压力为 的断路器气室压力为例，对正常波动和泄漏两种不同的压力趋势图进行比较。图为正常气室压力波动的图像，可看到虽然每天不同时刻压力存在波动，但气室不存在泄漏时压力趋势是平行于时间轴的直线；图为气室泄漏的压力趋势，可看到压力虽然也是波动的，但气室整体压力在减小。图 1 无泄漏的气室压力趋势图图 2 存在泄漏的气室压力趋势图 常见 气室压力规程 压力式六氟化硫气体密度控制器 给出了变电站 设备用常见气室压力、报警压力及闭锁压力，见表。表 压力式 气体密度控制器额定压力、报警压力、闭锁压力额定压力 报警压力 闭锁压力 从表可看出，气室额定压力一般以 为一个等级。气室压力太高，对 外壳的耐压要求更高，制造成本也随之增加；气室压力太小，气室的设计体积会增加，以加大绝缘间距，制造成本也随之增加。综合技术和经济因素，选择合适的气室额定压力进而在经济成本较低的情况下满足电气绝缘要求就显得十分重要。同时，一般报警压力较额定压力小 ，闭锁压力较报警压力小 ，这样的梯度设置可为现场运检人员及时处理压力异常提供时间保障。压力表压力变化原因通过以上分析可知，若气室存在泄漏则 压力表指示将减小，当达到报警或闭锁值时，就会使压力接点闭合，进而上传到监控后台，以便现场采取进一步的处理措施。排除气室气体泄漏的情况，当外界环境温度变化较大时，也可能导致气室压力异常波动。因为气室一般较大，气室内的温度随环境温度变化而变化较慢；而在 压力表中的密度传感器随环境温度的变化可较快作出改变。其具体表现为：在冬季，昼夜温差较大时，上午太阳直射到压力表时，导致压力表密度传感器感受到的温度明显高于气室压力的温度，从而导致补偿压力减小，进而造成压力降低，在极端情况下可能出现压力报警；在刚进入夜晚时，压力表密度传感器感受到的温度明显低于气室压力的温度，从而导致补偿压力增加，进而使得压力增加。一般后者的影响没有前者明显。这也是冬季有时会出现压力降低从而导致报警，而很少出现压力增高导致报警的原因。湿度对 压力表影响变电设备二次检修中有一项工作是对设备的二次回路进行绝缘测试，即用绝缘摇表对回路的绝缘进行检测，可发现二次回路连接的电气设备绝缘隐患，对绝缘电阻降低明显的设备进行检查处理，可避免在正常运行时发生设备异常甚至损坏。压力表的二次回路原理图如图所示。其中，为 直流电源；为信号继电器；为 压力表，接线柱和接线柱接入回路的接点为压力降低告警的常闭接点，正常在额定压力时为打开状态，即正常情况下 直流电压加在接点和接点之间。电气设备电工技术中国电工网图 3 SF6压力表二次回路原理图DCKMD1MDJ2在某次二次设备检修时发现某 压力表二次回路对地绝缘电阻只有，如图所示。根据规程要求“对使用触电输出的信号回路，用 绝缘电阻表测量电缆每芯对地及对其他各芯的绝缘电阻，其绝缘电阻应不小于”，结合其他表计二次回路对地绝缘可知该回路对地绝缘电阻不满足要求。经检查，发现 表计的接线柱存在铜绿，圈中为接线柱，该接线柱根部有盐析，如图所示。该次检修的其他表计二次回路对地绝缘电阻大于，但也存在接线柱有铜绿的情况。图 4 问题 SF6表计二次回路绝缘电阻图 5 问题 SF6表计接线柱外观考虑到接线柱接到直流正极端，接线柱接到直流负极端，铜绿都在接线柱上出现，结合电化学知识可知在负极端产生了电化学反应，即负极端失去电子，被氧化。铜 绿 化 学 式 为（），其 化 学 反 应 方 程式为：（）（）从式（）可看出，铜电极发生氧化反应产生铜绿需氧气、二氧化碳及水等条件。如果隔绝了水蒸气进入 表计端部的接线盒或在铜质接线柱前再增加一个断开点，使得负极电压不直接加到接线柱上，就可降低湿度对 表计的影响。应对措施 针对环境温度变化应对措施在条件允许的情况下，在设计阶段考虑将气室压力数值上传至监控后台，为变电站无人值守提供可靠的保障。考虑气室和压力表所处环境，温度应尽可能同步，避免阳光直射表计导致表计温度明显高于气室温度。可在表计外部安装遮阳罩，同时也可起到防雨水进入表计的作用。在设计阶段做到一个气室一个压力表，同时尽量避免设置过大的气室。为了保证气室压力正常波动时不引起误报警，在对气室充装 气体时，应在额定压力的基础上增加 。如果气室压力数值引入监控后台，那么应设定周期进行各气室压力历史曲线调阅，了解气室压力的变化趋势，及时发现因天气变化、设备老化等情况引起的泄漏问题。如果气室压力数值未引入监控后台，那么应安排人员定期同时段对气室压力进行抄录，记录天气、温度等情况，进行历史抄录对比。针对环境湿度应对措施对 压力表接线盒存在间隙进而导致空气中水分进入接线盒的情况，可对接线柱插头部分使用密封胶进行密封处理，从而杜绝空气进入接线盒。考虑到 压力表计较贵，为了进一步防止表计接线柱上发生铜绿反应，可在压力报警的直流负极与压力表接线柱之间增加一个压控导通元件。气室压力额定时，压力报警接点断开，直流负极加到压控导通元件一侧，未加到表计接线柱上，从而避免了表计接线柱被氧化。设备停电检修期间，对压力表压力告警接点回路进行绝缘检查，发现存在绝缘低缺陷，应及时进行处理，以保证正常运行时压力告警接点回路的正常稳定。结语户外环境对 压力表的影响主要表现在两个方面：一是环境温度变化对气室压力的影响；二是环境湿度对压力表绝缘的影响。对于前者，变电站 设备 压力表一般均有压力补偿。通常情况下，压力存在一定的波动是由于气室压力变化与表计补偿不同步引起的。如果发现 压力有降低趋势或有明显降低，就应第一时间进行气室气体泄漏检查。排除存在气室泄漏后再对压力表及其回路进行检查，同时考虑温度的变化等多方情况综合判断可能的原因。对于后者，压力表绝缘降低会影响电气回路安全，可通过改变压力表接线盒密封条件、直流负极回路增加压控导通元件等方式来防止压力表计接线柱的氧化，保（下转第 页）电工技术电气设备中国电工网升到 ，提升了 。对于雷击杆塔，也就是反击耐雷水平提升效果显著，这是由于线路发生雷击时，高处的避雷线和避雷针局部电场高，能产生上行先导引导雷电通 过，先 于 其 保 护 范 围 内 的 电 气 设 备 和 建 筑 物 受雷击。表仿真计算结果计算类别杆塔杆塔杆塔雷击杆塔杆塔计算结果 线路耐雷水平 雷击导线杆塔计算结果 线路耐雷水平 接地电阻对耐雷水平的影响杆塔冲击接地电阻表征了杆塔冲击接地特性，在火花效应和电感效应共同影响下，对线路耐雷水平产生影响。本节将杆塔接地电阻由 节的 改变为、，并仿真计算无避雷线情况下线路的耐雷水平，结果见表。表杆塔接地电阻对耐雷水平的影响杆塔接地电阻 雷击杆塔耐雷水平 雷击导线耐雷水平 表结果证明，流过接地阻抗的雷电流会在雷击部位产生对地高电位，接地电阻越大，产生的对地电位就越高，导致线路耐雷水平降低。接地电阻由 增加至，雷击杆塔和雷击导线的耐雷水平分别降低 和 ；接地电阻越大，耐雷水平的降低速率越慢。结语本文使用 ，选择 模型架空线路模型、多波阻抗杆塔模型、冲击接地电阻模型、雷电流模型及相交法闪络判据的绝缘子模型，建立 架空线路仿真模型，并基于二分法原理，通过设置雷击故障，改变雷电流幅值并计算耐雷水平，得出以下结论。（）对 架空线路有无避雷线的耐雷水平分别进行仿真计算，利用电流、电压探针观测雷击过电压测量值，了解雷击故障及避雷线防护机理。结果表明，安装避雷线有利于提高线路的耐雷水平。（）改变接地电阻，探究接地电阻对耐雷水平的影响。接地电阻由 增加至，雷击杆塔和雷击导线的耐雷水 平 分 别 降 低 和 ；接 地 电 阻 越大，耐雷水平的降低速率越慢。参考文献 康善斌，许凌霄，康刚 架空配电线路加装避雷线的研究与应用 电工技术，（）：王录亮，韩来君，黄松 海南强雷区典型配电线路差异化防雷措施研究 电气技术，（）：范亚洲，苏超 输电线路及 配电系统防雷技术应用电工技术，（）：杜林，陈寰，陈少卿，等 架空输电线路雷电绕击与反击的识别 高电压技术，（）：赵淳，雷梦飞，王剑，等雷电流幅值累积概率分布曲线拟合方法高电压技术，（）：邓红雷，夏桥，周晨，等基于监测雷电流的输电线路雷击实时风险评估电瓷避雷器，（）：赵伟，童杭伟，史海锋基于杆塔的雷击跳闸风险评估高压电器，（）：冯瑞发，蔡汉生，廖民传，等基于改进跳闸率计算方法的输电线路雷击风险评估及防雷配置研究电瓷避雷器，（）：杨秋霞，朱立波基于 的输电线路反击耐雷性能计算与仿真电气开关，（）：陈冬，刘建华，贾晨曦基于 的耐雷水平研究电瓷避雷器，（）：，桂前进，江千军，刘辉，等基于 的 配电线路雷电感应跳闸率计算电瓷避雷器，（）：李景丽，栗超超，冯鹏基于 的某变电站雷击事故仿真研究郑州大学学报（工学版）