电力系统智能化运维中SF6气体泄漏检测方法研究

电力系统智能化运维中SF6气体泄漏检测方法研究

黄华斌

广东电网有限责任公司广州供电局  广东广州  510000

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，高压断路器故障主要包括电气故障、机械故障以及SF6气体泄漏等等一系列的故障类型。在1974~1991年间，对于63kV及以上电压等级的高压断路器国际大电网会议（CIGRE）相关研究人员曾进行调查研究，其对SF6断路器在线检测的研究无疑提供了良好的理论基础。相关数据表明，在高压断路器的运行次要故障中，SF6气体泄漏故障是其中最主要的故障因素，占比高达40%左右。这与国内电科院的统计数据也基本符合，SF6气体泄漏故障同样在次要故障中占绝大部分。本文对SF6气体泄漏在线检测装置建立的必要性进行了分析与论述，并进一步设计了系统的总体结构及预期目标，且就此对这一检测系统进行了综合全面的分析。

关键词：断路器；SF6气体；检测装置

引言

SF6气体具备良好的绝缘性与灭弧作用，SF6断路器于高压设备方面占据绝对优势，所以其故障产生的频率也很高，最常见的问题是泄漏故障。迅速找到泄露点是处理泄漏故障的重要环节，对此，文章首先介绍了SF6断路器气体外泄的主要原因，然后详细阐述了有效的检测方法。

1 GIS设备的优点

(1)结构小型化。结构紧凑，采用性能卓越的气体作绝缘和灭弧介质，占地面积小，常用的金属外壳为铝合金壳体，重量轻。变电设备的小型化，不仅可以降低包括建筑物在内的变电设备的总成本，而且从产品寿命评估角度看，还有助于减少环境负荷。(2)可靠性高。由于带电部分全部密封于惰性SF6气体中，大大提高了可靠性。此外具有优良的抗地震性能。(3)安装方便、周期短。GIS已向小型化、智能化和环保型的方向发展，由整体或若干单元组成，安装方便、便捷，缩短了安装工期。由于实现小型化，可在工厂内进行整机装配和试验合格后，以单元或间隔的形式运达现场，因此可缩短现场安装工期，又能提高可靠性。(4)维护方便，检修周期长。结构布局合理，灭弧系统先进，大大提高了产品的使用寿命，因此检修周期长。GIS分解检修周期不小于15年，定期检查为每4年一次，且由于小型化，离地面低，日常维护方便。

GIS设备的缺点在于发生故障时，停电范围广，故障不易查出。由于漏气需要补充SF6气体，解体检修处理耗时长、停电范围大、作业风险大，同时SF6气体中存在的有毒气体和设备内产生的粉尘，对人体呼吸系统及粘膜等有一定的危害，一般中毒后会出现头晕、胸闷等不适的症状。

2SF6高压设备气体泄漏的原因

（1）焊缝漏气：焊接质量不佳或者不同材料连接处应力过大，导致焊缝开裂。（2）铸件表面漏气：因铸造质量不佳，造成工件内部出现针孔或砂眼。（3）法兰面漏气：法兰加工质量不高或精度不足，结合面残留杂质，瓷件与法兰胶装面不严密等。（4）密封老化或损坏：密封材料质量不佳或出现老化，安装不规范或安装工艺不良。（5）阀门、管道、表计漏气：连接处固定不紧或密封失效。

3 SF6断路器检漏办法

3.1定性检漏

基本原理是：SF6具备很强的负电性，脉冲高压影响下出现持续放电效应，SF6气体将转变电晕电场的性能，进而检查出现场是否具有SF6气体。这仅仅是判定SF6断路设备泄漏现象的相对程度，而非是检测其实际泄漏率，定性检漏包括以下几种办法：（1）抽真空检测。抽真空到133Pa，一直抽真空30分钟之上停泵，景观30分钟后读值A，然后静观5小时后读值B，如67Pa＞B-A就能确定密封较好。（2）发泡液检测。其是一种比较简便的定性泄漏办法，可以很精准的找出泄漏点。发泡液能够选择一个中性肥皂添加两份水配备形成，把发泡液抹在被检漏位置，若起泡就表示该处泄漏，起泡愈多愈急，表示泄漏越严重。采取该种方法能够大致找到漏气率是0.1ml/min的漏气位置。（3）检漏仪检测。检漏仪检测是把检漏仪探头顺着断路器每个衔接口表面与铝铸件表面活动，结合检漏仪读值判定漏气状况。采用该方法要掌握如下技巧：第一，探头活动速度要慢，避免移动太快而错过漏点；第二，检测时不能在风速大的状态下，防止漏气被风吹散而影响检测；第三，检漏仪选取灵敏性高、响应速度低的检漏仪，通常采用检漏仪的最小检出量就是漏气量的梯级分数低于10-6，响应速度低于5s，比较适宜。（4）分割定位法。这种方法适合用于三相SF6气路衔接的断路器中。如已确定有漏气但很难定位时，能将SF6气体结构分割为几个部分，然后进行检测，进而能够降低盲目性。（5）降压法。其适用在设备泄漏量很大的情况下。

3.2红外检漏仪现场操作注意事项

为提升红外检漏的精确度，保证工作人员的安全，现场操作时，应注意以下四点：（1）操作人员应熟悉红外成像检漏仪的工作原理、技术参数和性能，掌握仪器的操作程序和使用方法。（2）检测时应与设备带电部位保持足够的安全距离，防止误碰误动设备，行走中注意脚下，防止踩踏设备管道。（3）进入室内开展现场检测前，应先通风15min，检查氧气和SF6气体含量合格后方可进入，检测过程中应始终保持通风。（4）室外检测宜在晴朗天气下进行，环境温湿度、风速等应满足仪器技术要求，检测时避免阳光直接照射或反射进入仪器镜头。

3.3在线检测系统的目标功能

就SF6断路器的功能方面来说，其对电能的可靠传输起到重要作用。气体泄漏这一类故障较为常见，因此十分有必要对其进行检测。本文所设计的SF6在线检测系统，将无线通讯技术与LabVIEW软件相结合，前者进行采集终端上的数据传输，后者则能直观的显示泄露气体的泄漏点与泄漏量，这在很大程度上方便了检修人员的检修工作的开展。检测系统具体功能主要分为以下三个方面：

①SF6气体检测功能。采用COMS摄像头拍摄SF6断路器情况，通过位移和角度传感器等部件的组合确定气体泄漏的位置。将摄像头捕捉的图像经图像处理算法的处理分析后，判定气体的泄漏量，按照其泄露程度情况的不同，将其对应的正常、预警、报警三种颜色指示灯的点亮情况进行反映，使检修人员对气体泄露的情况进行初步的了解，以便工作人员制定合理的检修计划。

②无线收发功能。采用WiFi无线通讯技术进行数据的传输，在确保数据安全输送的前提下，解决了传统有线通讯的限制与不足，一方面极大的节约了电缆布线成本，同时也是时代发展的需要与趋势。根据信号的强弱，WiFi传输能够自动选择使用4GHz或5GHz两个频段中不拥挤的信道工作。

③后台LabVIEW软件显示功能。处理后的气体泄漏图像经由后台接收和显示，且能在后台对各检测界面手动刷新。上位机有“调取”与“拍摄”指令，能够查询历史故障记录与自主选择适合的拍摄方式。

3.4保障措施

a.设计及制造阶段严格按照国家标准，根除不满足密封要求的结构设计，制造过程中严格检查盆式绝缘子密封面光滑、平整，粗糙度满足设计要求。

b.防腐硅脂应选用密封性能好、不易析出、宽温度适应范围的硅脂，且在注脂过程中可通过调整法兰螺栓及注脂孔的紧固顺序直至各螺栓孔均有硅脂溢出，保证注脂充分｡

c.O型密封圈对盆式绝缘子密封效果具有直接影响,选择回弹性高､耐老化､耐防腐硅脂的三元乙丙橡胶能较好适用电气设备的密封,并且对低温环境也有一定的适应性｡

d.安装过程中保证盆式绝缘子密封槽､注脂槽､O型密封圈表面无损伤､无颗粒物,并且防止密封面的碰伤､划伤｡

4结语

伴随科技的进步及生产水平的提升，SF6断路设备的产品性能与质量也在持续提升，其产品受到了广泛客户的认可。加强SF6断路器漏气的防范工作是保证变电站安全、经济、可靠运转的关键监督要点。经过分析SF6断路器漏气的原因，能够不断提升防范与应对SF6断路器漏气问题的理论水平，进而提高应对与处理SF6漏气事故的水平。在各种检测方法中，红外成像检测是SF6断路器状态检修新的技术方式，还是今后主流的发展趋势。

参考文献：

[1]顾根泉,聂海全,等.断路器充SF6或N2进行机械操作试验的等价性研究[J].机电工程,2019,36(01):66-70.

[2]张赛鹏,黄涛,等.高压断路器SF6气体泄漏故障分析及处理[J].吉林电力,2019,47(02):45-47.

[3]韩小燕.开关电气设备中电弧的形成和灭弧探讨[J].矿业装备,2019(03):148-149.

[4]程显,杨培远,等.基于真空与SF6气体串联间隙的新型高压直流断路器介质恢复特性[J].高电压技术,2019,45(08):2393-2402.

[5]于雷.变电检修中SF6断路器的特点与维护措施分析[J].南方农机,2019,50(20):191.