黄烜城 陈迟 储海军 韩文建
（江苏方天电力技术有限公司，南京，211102）
摘要：2011年与SF6密度监测设备相关的电力系统故障已经占系统故障总量的40%，其中直接由于SF6密度继电器造成的故障占总数的13.3%。文章中的密度继电器表在省内占有率为25.43%。但是表计的检测不合格率却达到30%-40%。给电力系统的安全稳定运行埋下了一定的隐患。新的国标为SF6密度继电器表的检测提供了一定的参考标准，但是由于缺乏一些关键的参数，导致现场执行时关键问题上会与厂家产生分歧。 关键词：SF6 密度继电器表 标准
1、概述
SF6密度继电器表是电力系统中重要的保护和控制元件，如果GIE（SF6气体绝缘设备）发生故障，将会对系统造成很大的经济损失，要保证GIE运行的可靠性，就必须经常监视GIE的各项指标。特别是SF6气体的密度，必须到达有关标准的规定，才能使GIE长期保持良好的工作状态。近年来由于GIE成规模设备的增多，SF6密度继电器表由于结构缺陷、使用安装方式不正确等问题导致电力系统故障的事情时有发生。
2、密度继电器表的结构及原理分析
密度是指某一特定物质在特定条件下单位体积的质量。GIE（SF6气体绝缘设备）中的SF6气体是密封在一个固定不变的容器内的，在20℃时的额定压力下，它具有一定的密度值，在设备运行的各种允许条件范围内，尽管SF6气体的压力随着温度的变化而变化，但是，SF6气体的密度值始终不变。当设备的密封性能不好而SF6气体发生泄漏时，其密度和压力就会发生变化。因为SF6GIE的绝缘和灭弧性能在很大程度上取决于SF6气体的纯度和密度，所以，对SF6气体密度的监控显得特别重要。国家标准规定，GIE应装设压力表或SF6气体密度表和密度继电器。
图1所示为SF6气体密度表原理结构。它实际上是在弹簧管式压力表机构中加装了双层金属带而构成的。
图1 SF6气体密度表的结构
1— 弹性金属曲管；2—齿轮机构和指针；3—双层金属带；4—压力增大时的运动方向；5—压力减小时的运动方向。
空心的弹性金属曲管1与GIE相连，其内部空间与GIE中的SF6气体相通，弹性金属曲管1的端部与起温度补偿作用的双金属带3铰链连接，双层金属带3与齿轮机构和指针机构2铰链连接。当GIE充入SF6 气体后，等待一段时间，使GIE内部温度升高至与外部环境温度达到平衡后，调整SF6气体至额定密度或压力值，这时，不管SF6气体受环境温度的影响使其压力增大还是减小，由于双层金属带3的温度补偿作用，密度表的指针始终指向20℃时的额定压力或密度值不变。正常运行状况下压力变化符合图2所示的Pr曲线，当SF6气体压力降至Pa曲线时气体密度开关发出报警信号，SF6气体压力降至Pc曲线时断路器就应进行自行闭锁，并发出闭锁信号，相应的断路器等设备就不允许进行操作，以保证设备和系统安全。
图2 SF6压力温度特性曲线
3、故障分析
3.1 SF6密度继电器表的检测方法与标准
目前密度继电器校验主要采用专用仪器校验法如图3所示。其校验原理是采集密度继电器的温度和接点动作值，通过单片机自动折算成20℃的等效压力值，从而实现对密度继电器的校验。校验时把阀l关闭实现与本体气室的隔离，打开阀2与专用仪器接口相连，调节仪器完成继电器的校验。
图3 密度继电器校验原理图
对SF6气体密度继电器检测的主要依据标准为GB／T 22065—2008《压力式六氟化硫气体密度控制器》，该标准已于2009年1月1日正式实施了。检测项目如下：
(1)报警(补气)启动压力值。 (2)报警(补气)返回压力值。
(3)闭锁启动压力值。 (4)闭锁返回压力值。
(5)SF6气体密度继电器带有压力表时，应对压力表的显示数值进行检验。 标准GB/T 22065-2008《压力式六氟化硫气体密度控制器》中6.9节、6.10节规定在设定点偏差、切换差试验时，在报警点及闭锁控制回路相应端子之间施加不低于24V电压，在负荷变化速度每秒钟不大于1%的情况下读取信号接通时的压力数值。根据该标准，省内所选择的JMD-10型SF6密度继电器校验仪器校验输出电压设定为DC24V，检测接点设为3对，分别是一对报警接点，两对闭锁接点。气路控制则采用了传统的人工手摇方式，该方式具备较高的操控性，有利于获得相对精确的检测结果。
3.2 某型号SF6密度继电器表检验中发现的问题及分析
图a.b.c为笔者近期在江苏省内部分220kV变电站内拍摄的运行中设备上所使用的SF6密度继电器表。该表属于无填充、磁助式电接点SF6密度继电器表。这些表都存在同样的问题，内部机构氧化严重，表壳内存在大量的污物（b图中红圈部分的黄色斑点为小虫尸体）。
从开关的生产的年份看，这些SF6密度继电器表的投入使用年限均在6-8年左右，某些变电站内的密度继电器表已经超过厂家承诺的使用年限10年。
a．苏州城区220kV变电站
b． 淮安郊区220kV变电站
C． 常州城区220kV变电站
近年通过检测发现绝大多数使用年限在4年以上的该类型SF6密度继电器表普遍存在接点不通；表面指示压力不准确（严重超出误差允许范围）；指针在移动过程中存在严重的滞针现象等问题，不合格比例超过50%，具体检测统计参见表1。
2009年部分电厂升压站检测统计 电厂名称 检测总数 不合格数量 不合格比例（%） 太仓港协鑫发电有限公司 50 16 32 江阴夏港发电有限公司 9 4 44.44 苏州蓝天燃气热电有限公司 28 5 17.86 徐州徐矿发电有限公司 18 1 5.56 南通天生港发电有限公司 5 3 60 国电宿迁热电发电有限公司 18 18 100 总计 128 47 36.72 不合格原因 接点不通 备注 由于部分厂家在前一年部分跟换过一批旧表，所以统计中包含部分新表。以上所测表计除新表外使用年限均≥4年 表1.2009年部分电厂检测统计
统计结果，结合该类型SF6密度继电器表的使用环境分析如下：
1)由于以上SF6气体密度继电器表普遍使用的继电器接点为磁助式电接点，
本身触头闭合力小，时间稍长，触头氧化，接点就会不通或接触不可靠。对于无填充型的SF6密度继电器，由于磁助式电接点触头长期暴露在空气中，非常容易氧化或积有灰尘，其触点容易接触不良或不通。同样的原因也导致了如上图中所见的中间轴氧化，导致指针动作时摩擦力增大，出现滞针、跳针现象。 2)因密度继电器接点动作不频繁，而可能接点动作不灵敏或失效，甚至于出现冷焊。这种隐患可以直接导致当SF6开关因气体泄漏，使本体内的压力降至报警或闭锁值时，不能及时报警或闭锁，从而酿成重大事故。
3)因SF6气体密度控制器同其他压力计一样在使用一段时间后其报警和闭锁值会产生一定的飘移，加上温度补偿材料在使用一定时间后因材料老化变形，会使报警和闭锁值产生较大误差。表2为某表的现场检测数据。
线路编号 2601 B 2601 C 编号 报警（1-2） 闭锁1（3-4） 闭锁2（5-6） 动作 返回 动作 返回 动作 返回 367355-100 0.586 0.603 0.563 0.603 0.563 0.594 367355-099 0.607 0.621 0.588 0.620 0.566 0.609 铭值 备注 报警动作：0.62 闭锁动作：0.60 闭锁1与闭锁2的动作、返回值应当一致 表2 某电厂的部分检测数据
4)SF6气体密度继电器工的作环境也存在相关性。潮湿、酸性的环境也会加速接点和内部结构的腐蚀过程。 3.3 关键问题分析
为避免因操作不当对测量结果造成影响，我们与厂方也进行过接洽。厂家承
认了存在的问题，同时也对我们的检测方法提出了质疑。主要分歧在于： 1)厂家认为检测输出电压应该为其正常工作电压。检测时，在其正常工作电压下串联匹配电阻，使流经触电的电流小于最大允许电流即可。与厂家提供的说明书并没有直接矛盾。
图4 厂家说明书
2)接点因为氧化问题不通时，可以通过反复加压降压的方法磨掉氧化层，实现接点导通。
3)该类型SF6气体密度继电器表正常使用时为的精确度等级为2.5级（图4b为厂家提供的说明书），等级较低。加上测量仪器本身（0.4级）存在误差，在非标准（20℃）环境下测量产生的误差可能超出允许范围。
图5 厂家说明书
3.4 省内统计
表3为2011年省内上报的与SF6密度继电器相关的具体故障问题汇总，可以发现，SF6气体绝缘类故障在省内发生的所有故障中所占的比例不仅量大，而且具有一定的严重性。 类型 危急 严重 一般 累计 备注 直接故障 1 3 10 14 2011年缺陷统计表 相关故障 本期发现 2 6 8 18 32 81 42 105 直接故障率 相关故障率 16.67% 33.33% 16.67% 44.44% 12.35% 39.51% 13.33% 40.00% 直接缺陷：直接由SF6密度继电器故障导致的故障 相关缺陷：包括由SF6气体泄漏导致的故障和直接故障 表3 相关故障统计
由表4可知该类型SF6密度继电器表在省内拥有很高的占有量，且大部分投运
期均已经超过4年。结合历年的现场检测数据，可见省内电网确实存在着较大的安全隐患。
2007年以前投入 缺陷类型统计 运行比总数统计 例 型号2 型号1 型号2 型号1 110kV 541 - 1008 - 4698 21.46 220kV 350 328 920 512 4914 29.14 500kV - 115 - 261 1009 25.87 总计 891 443 1928 773 10621 25.43 等级 表4 SF6密度继电器表数量统计
隐患比例 53.67 47.35 44.06 49.39 4、总结和建议
通过以上的分析笔者建议：
1)标准中应规定测试仪器的输出电压范围和试验允许最大操作次数。虽然标准中规定SF6气体密度继电器的“电气参数”，也规定了“最低测试电压”不低于24V，却没有对检测仪器的电压范围做出明确规范，也没有明确试验允许的最大操作次数。在出现接点氧化问题时，目前只能依据个人的判断给定推荐性结论。 2)建议对仍在使用中的低等级SF6密度继电器表给出检测的参考依据，如果不建议使用低等级SF6密度继电器表规程中应明确说明。该规程仅对1级、1.6级的密度继电器出具明确误差数值（见图7），导致站内仍在使用中的绝大部分低等级密度继电器（见图6）表没有检测参考标准，无法提供有力的判据。
图6a 国标中指定的基本误差范围
图6b 国标中指定设定点的误差范围
3)对该类型SF6密度继电器表的使用环境制定强制要求。图8中的SF6密度继
电器表为充油/气式SF6密度继电器表与图4处于相同变电站内，投入使用的年份也较图4早。可以看出，表内无明显的氧化、污染迹象。历年的检测结果也比较理想。参考两种表的对比，省内应该提高对户外用表的要求。
3)对该类型SF6密度继电器表的使用环境制定强制要求。图8中的SF6密度继电器表为充油/气式SF6密度继电器表与图4处于相同变电站内，投入使用的年份也较图4早。可以看出，表内无明显的氧化、污染迹象。历年的检测结果也比较理想。参考两种表的对比，省内应该提高对户外用表的要求。
图7 充油/气式SF6密度继电器表
4)对SF6密度继电器表提出检验周期和强制报废年限。检验周期宜定为2－3年，强制报废年限可定为10年。否则，由于长期无动作而导致的弹性金属疲劳、动作机构氧化等问题却随时可能造成电力设备故障，危及系统的安全。
5，参考文献：
5．1 GB/T 22065-2008《压力式六氟化硫气体密度控制器》 5．2 SF6 GAS DENSITY MONITORS operating instructions 5. 3 PRESSURE (DENSITY) MONITOR Operation Instruction
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