基于年漏气率的SF₆气体密度在线监测方法

赵宏飞 单哲 张豹

摘 要：本文首先介绍了SF6气体密度在线监视系统的应用方式，分析了压力和密度测量型变送器的优缺点。最后提出一种基于年漏气率的SF6气体密度在线监测方式。

关键词：GIS;SF6气体密度表;年漏气率;在线监测;特高压变电站

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

0 引言

在我国的超高压、特高压工程项目中，GIS已作为输变电设备的主流产品[1-2]。由于高电压等级设备造价高、重要性高，且GIS气室数量多，GIS设备的SF6气体密度监视均采用在线监测系统[3]。SF6在线监测系统可以及时发现气体的泄漏及发展趋势，以防止GIS出现严重泄漏危及主设备安全，造成主设备损坏而影响电力系统的稳定运行。如果每天观察压力曲线的趋势，工作量比较大，而且对于变化趋势，没有一个定量的判断。因此，本文介绍了SF6气体密度在线监视系统的常规应用方式，最后提出一种基于年漏气率的SF6气体密度在线监测方式。

1 SF6气体密度在线监视系统的应用

密度变送器作为SF6气体密度在线监视系统中直接安装于GIS设备上的测量元件，其准确性关系到整套在线监测系统的可靠性和测量精度。目前密度变送器主要有两种类型，一种是测量SF6气体压力和温度的压力测量型变送器，一种是直接测量SF6气体密度的密度测量型变送器。

对于压力测量型变送器，其受温度影响较大。即使压力变送器和温度变送器集成布置，且假设温度变送器周围的温度和GIS气室内的温度一样，实际计算压力仍受测量压力和测量温度两个测量误差的影響，而且还受补偿和修正方法影响。因此，其与密度测量型变送器相比，测量结果准确性有待提高。但压力测量型变送器的测量结果可以与机械式的气体密度表结果进行对比。其次由于压力测量型变送器的温度传感器测量温度和GIS内温度不完全一样，当GIS内部发热过大时，压力测量型变送器可以间接判断GIS内部发热情况。

2 基于年漏气率的SF6气体密度在线监测

2.1 方法提出的背景

国家标准和国际电工委员会标准中规定相对年漏气率必须小于或等于1%。但不同GIS设备生产厂家对SF6气体年泄漏率规定不完全一样。

当各气室内的SF6气体密度已降至规定的最小运行密度时，会发出报警信号，但此时的漏气已经比较严重，已属于重要缺陷了，因此如何尽早发现气体泄漏非常重要。如果每天观察压力曲线的趋势，工作量比较大，而且对于变化趋势，没有一个定量的判断。所以提出一种基于年漏气率的SF6气体密度在线监测方式。

2.2 基于年漏气率的SF6气体密度在线监测方法

由于GIS金属外壳会随着温度变化而发生微小的热胀冷缩现象，传感器也存在微小的测量误差，因此，一天内的测量数据不可能是一个固定值，必定有一个最大值和最小值。

假设GIS设备某一气室第一天20℃时的SF6气体最大压力和最小压力分别为P0max和P0min（单位为Mpa，以下同），第t天20℃时压力为Pt。将补偿所得的20℃时的压力与初始GIS设备充气时的值进行比较判断GIS气室内部状态（正常、漏气或发热）：（1）当P0max≥Pt≥P0min时，说明SF6气体压力正常;（2）当PtP0max时，说明GIS气室可能内部发热，需进行持续关注，系统发出提示告警，并结合其他方式进行检查。

对于（2）中，SF6气体可能存在泄漏的情况，根据GIS设备要求的SF6气体年泄漏率计算某天SF6气体的正常压力范围，根据厂家或国标要求的气体年泄漏率，假设要求SF6气体年泄漏率不大于0.5%/年，设每天的泄漏率为x，根据公式（1-x）365=1-0.5%，计算出x的值为1.36986×10-5。根据每天的泄漏率为x计算出第t天的最大压力和最小压力分别为Ptmax和Ptmin：

Ptmax=（1-x）tP0max （1）

Ptmin=（1-x）tP0min （2）

（1）当Ptmax≥Pt≥Ptmin时，说明SF6可能存在微小泄漏，但在正常泄露范围;（2）当PtPtmax时，说明SF6气体压力正常。

具体可用图1进行描述，红色曲线上部说明GIS气室可能内部发热;红色曲线与黄色曲线之间说明SF6气体压力正常;黄色曲线与绿色曲线之间说明SF6可能存在微小泄漏，但在正常泄露范围;绿色曲线下部说明SF6气体存在泄漏。

3 结论

由于GIS设备中SF6气体密度监测的重要性，在在线系统的基础上，本文介绍了SF6气体密度在线监视系统的应用方式后，提出了一种基于年漏气率的SF6气体密度在线监测方式。该种方法使用现有的SF6气体密度在线监视系统采集的数据，无需增加其他设备，且可以达到快速、简便、高效、直观和准确的监视SF6气体泄漏情况的目的。

参考文献：

[1]张锐，付兴芳，刘旭等.GIS中SF6气体压力的监视[J].黑龙江科技信息，2013（07）：83.

[2]陈辉，朱广名，安向阳.10kV环网柜SF6气体在线监测技术研究及系统开发[J].广东电力，2013，26（03）：65-68.

[3]刘可龙.SF6气体在线监测技术的现状及发展趋势[J].通信电源技术，2013，30（06）：83-85.

作者简介：赵宏飞（1988-），男，江苏扬州人，硕士，工程师，研究方向：电力系统运行管理、电气设备状态监测与故障诊断。