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[摘要] 本文简单介绍了如高部分LW8-40.5型和西高LW25-126型SF6断路器在冬季低温状态下误发压力告警的故障分析和处理方法。
[关键词] 密度继电器 SF6断路器 报警 闭锁 压力
一、前言
高压断路器俗称“开关”,其作用是开断和接通正常或故障的电路,在电力系统中有着举足轻重的低位。随着电网的不断发展,以SF6气体作为绝缘和灭弧介质的SF6断路器依靠其优良的性能,开始大量的的投入运行,已经逐渐成为电网的中间力量。
SF6断路器的气体监测系统主要用来监测内部的SF6气体,要求具备以下功能:
1.监测断路器内部的SF6气体压力
2.区分导致的气体压力下降的原因是环境温度降低还是气体泄漏。
3.当环境温度降低导致压力下降时,系统不应动作。
4.当因补气体泄漏导致压力下降时,应及时的发出报警信号,以提醒运行人员进行气。
5.气体泄漏严重时闭锁断路器的跳合闸,以避免在压力不足的情况下跳闸造成断路器爆炸。
唐山供电公司所辖江苏如高LW8-40.5型、西高LW25-126型SF6断路器,自投运以来,每到冬天气温下降的时候出现密度继电器显示压力降低现象,严重时出现误发SF6气体压力低的报警信号。2010年1月2日至4日华北地区普降大雪,最低温度达零下25度以下,华北电网经历了六十年一遇低温寒潮天气,2010年1月5日凌晨5点半左右新军屯381如高LW8-40.5型SF6断路器和沙流河111、145西高LW25-126型SF6断路器发出压力告警信号,给设备的安全运行和公司的安全生产带来严重威胁,为防范设备在冰冻寒潮气候条件下出现严重设备事故和大面积电网事故我们对故障断路器进行了详细的故障分析总结取得了突破性进展。
二、现场现象
2010年1月5日凌晨5点半左右新军屯381及沙流河111、145SF6断路器相继发SF6气体压力低报警信号。公司领导高度重视安排检修人员前往现场进行故障分析处理。检修人员赶到现场后发现新军屯381断路器密度继电器指示压力为0.46MP(额定压力0.50MP,报警压力0.47MP,闭锁压力0.45MP),沙流河111、145断路器密度继电器指示压力均为0.44MP(额定压力0.50MP,报警压力0.45MP,闭锁压力0.40MP),密度继电器指示压力确实为压力告警值以下,排除二次原因造成的误发压力告警信号。检修人员利用手提式SF6气体定性检测仪对密度继电器接口和断路器SF6管路接口进行检查未发现有SF6气体泄漏现象。而且随着环境温度的回升密度继电器指示压力也在逐渐回升。检修人员在现场还发现新军屯381和沙流河111、145断路器密度继电器安装位置均在断路器机构箱内部,而站内北京ABB110kVSF6断路器和如高LW16-40.5型SF6断路器密度继电器均安装在本体横梁上且均未发压力告警信号。开关检修人员根据以往经驗和现场分析确定断路器为误发压力告警,原因为断路器密度继电器安装在机构箱内部,而机构箱内部均有大功率电热存在,造成机构箱内部和断路器本体之间存在较大温差。
三、原因分析
3.1 SF6气体密度表的结构概述
所谓密度,是指某一特定物质在特定条件下单位体积的质量。SF6断路器中的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,在断路器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。因为SF6断路器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气体纯度的检测和密度的监视显得特别重要。如果采用普通压力表来监视SF6气体的泄漏,那就会分不清是由于真正存在泄漏还是由于环境温度变化而造成SF6气体的压力变化。为了能达到经常监视密度的目的,国家标准规定,SF6断路器应装设压力表或SF6气体密度表和密度继电器。压力表或SF6气体密度表是起监视作用的,密度继电器是起控制和保护作用的。
在SF6断路器上装设的SF6气体密度表,带指针及有刻度的称为密度表;不带指针及刻度的称为密度继电器或密度压力开关;有的SF6气体密度表也带有电触点,即兼作密度继电器使用。它们都是用来测量SF6气体的专用表计。
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。
图 SF6气体密度表的结构
SF6气体密度表的结构原理。上图所示的SF6气体密度表主要由弹性金属曲管1、齿轮机构和指针2、双层金属带3等零部件组成,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。空心的弹性金属曲管1与断路器相连,其内部空间与断路器中的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。
3.2 SF6气体密度表的工作原理
1.当密度表没有安装使用时,如果环境温度是20℃,,指针2指向0MP,但如果环境温度不是20℃时,因为双层金属带3是按照环境温度与20℃的差进行补偿的,所以,当环境温度高于20℃时,双层金属带3伸长,其下端将向5的方向发生位移,带动齿轮机构和指针2向密度或压力指示值减小的方向移动,指针2的读数小于0MP;否则,当环境温度低于20℃时,齿轮机构和指针2将向密度或压力指示值增大的方向移动,指针2的读数大于0MP。
2.当向断路器充SF6气体的过程中,随着气体压力的逐步升高,弹性金属曲管1的端部向4的方向发生位移,双层金属带3始终按20℃进行补偿,也随着向4的方向发生位移,带动齿轮机构和指针2向密度或压力指示值增大的方向移动,其指示值变大。密度表或压力表的指示值不仅与压力有关,而且还与温度有关。在对断路器充SF6气体过程中,由于SF6气体突然膨胀降压,温度一般由环境温度降至0℃以下,双层金属带3始终按20℃进行补偿,而不能对SF6气体的实际温度与环境温度之间的温差进行补偿,所以,在这种情况下,密度表的指示值即不能代表SF6气体的实际温度下的密度或压力值,也不能代表环境温度下的密度或压力值,更不能代表20℃时的密度或压力值。
3.当断路器充入SF6 气体后,等待一段时间,使SF6断路器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。
4.当断路器退出运行后,如果断路器内部SF6气体的温度与外部环境温度达到平衡时,其指示的密度或压力值将不随外部环境温度的变化而变化。当环境温度升高时,断路器内部SF6气体的温度也随着升高,压力也随之增大,弹性金属管1的端部向4的方向移动,有带动指针向密度或压力值增大的方向移动的趋势,但是,由于双层金属带3随环境温度升高而伸长,其下端向5的方向移动,那么,两者的变化量完全抵消,其结果是指针的指示值不变,即:自动折算到20℃时的密度或压力值保持不变,反之,当环境温度降低时,指针的指示值也保持原来的密度或压力值不变。
5.当断路器由于某种原因,如漏气或做试验时取气等,使SF6气体质量减少,压力变小,弹性金属管1的端部向5的方向移动,环境温度引起的压力变化由双层金属带3进行补偿,带动指针2向指示值减小的方向移动,其结果是指针指示的密度或压力值变小。由于密度表带有两对电接点,供SF6气体密度降低时发信号和闭锁断路器用,指针2降到一定的位置就发补气信号或闭锁断路器。
使用SF6气体密度或压力表的注意事项。密度表只有在SF6断路器退出运行时,而且在断路器内外温度达到平衡之后,才能准确测量出SF6气体的密度或压力值;SF6断路器在运行时,密度表读数误差的大小,取决于断路器的负荷电流和回路电阻所引起的温升的大小。
3.3 现场理论数据分析
如高LW8-40.5型断路器和西高LW25-126型断路器所用密度继电器均为双金属片自动补偿式密度继电器,密度继电器显示压力为断路器内部SF6气体实际压力与密度继电器自补偿压力之和,即指示压力=实际压力+补偿压力。由于密度继电器合格且断路器无泄漏现象,则指示压力和实际压力均无问题,问题出在密度继电器的补偿压力上,即补偿压力存在误差。当环境温度为60℃时密度繼电器指针2的读数为-0.1MP,温度为-20℃时指针2的读数为0.1MP,则该密度继电器SF6气体压力补偿率为0.2/80为0.0025MP/℃.由于断路器密度继电器处于断路器机构内,一旦进入冬季温度低的情况下,断路器电热器在温控器作用下自动投入(温控制在5℃启动20℃关闭),现场发现新军屯381断路器电热器功率为300瓦左右远远大于其他型号35kV断路器的50瓦,沙流河111、145断路器电热器功率为200瓦,造成断路器机构内部温度较高,造成断路器本体和机构之间存在较大温差,而密度继电器只根据其所处的环境温度机构箱内部温度进行补偿,造成密度继电器补偿不足误发报警信号。LW8-40.5型断路器密度继电器额定压力为0.50MP,报警压力为0.47MP,一旦欠补偿大于0.03MP断路器就会出现误报警现象,此时温差为0.03/0.0025=12度,西高LW25-126型断路器密度继电器额定压力为0.50MP,报警压力为0.45MP,欠补偿压力大于0.05MP断路器就会出现误报警现象,此时温差为0.05/0.0025=20度,即机构箱内与环境温差达到12度时如高LW8-40.5型断路器就会出现压力误告警现象,而温差一旦大于20度西高LW25-126型断路器将出现压力误告警现象。2010年1月5日唐山地区最低温度达零下25度以下,直接造成机构箱内部与断路器本体环境温差较大同时沙流河111、145断路器本身压力又偏低(额定0.50MP实际0.49MP)从而出现了SF6压力误告警现象。
四、故障排除
检修人员用功率为50W的加热器更换新军屯381断路器原有电热器,同时和厂家技术人员沟通确认温度在零下30度以上条件下,该型号的柱式断路器具备正确动作和额定开关能力,在温度较低的情况下将机构电热退出从而减小机构箱内部和环境温差从而避免误发压力告警,待气温回暖后再将电热投入。利用预试停电机会在厂家工作人员配合下将密度继电器安装在断路器本体的合适位置上可以保证密度继电器和断路器本体的温差基本为零,从根本上解决密度继电器欠补偿的问题真实反映SF6气体的实际密度压力,从而彻底解决断路器误发告警信号的故障。
五、论文总结
通过学习我们对如高LW8-40.5和西高LW25-126型SF6断路器误发告警故障有了深入认识,保障了设备的安全运行。同时对SF6密度继电器的工作原理有了正确理解,为以后SF6密度继电器故障问题做好了理论准备。
参考文献:
[1]《西高LW25-126高压六氟化硫断路器安装使用说明书》;
[2]《如高LW8-40.5型断路器安装使用说明书》。
[关键词] 密度继电器 SF6断路器 报警 闭锁 压力
一、前言
高压断路器俗称“开关”,其作用是开断和接通正常或故障的电路,在电力系统中有着举足轻重的低位。随着电网的不断发展,以SF6气体作为绝缘和灭弧介质的SF6断路器依靠其优良的性能,开始大量的的投入运行,已经逐渐成为电网的中间力量。
SF6断路器的气体监测系统主要用来监测内部的SF6气体,要求具备以下功能:
1.监测断路器内部的SF6气体压力
2.区分导致的气体压力下降的原因是环境温度降低还是气体泄漏。
3.当环境温度降低导致压力下降时,系统不应动作。
4.当因补气体泄漏导致压力下降时,应及时的发出报警信号,以提醒运行人员进行气。
5.气体泄漏严重时闭锁断路器的跳合闸,以避免在压力不足的情况下跳闸造成断路器爆炸。
唐山供电公司所辖江苏如高LW8-40.5型、西高LW25-126型SF6断路器,自投运以来,每到冬天气温下降的时候出现密度继电器显示压力降低现象,严重时出现误发SF6气体压力低的报警信号。2010年1月2日至4日华北地区普降大雪,最低温度达零下25度以下,华北电网经历了六十年一遇低温寒潮天气,2010年1月5日凌晨5点半左右新军屯381如高LW8-40.5型SF6断路器和沙流河111、145西高LW25-126型SF6断路器发出压力告警信号,给设备的安全运行和公司的安全生产带来严重威胁,为防范设备在冰冻寒潮气候条件下出现严重设备事故和大面积电网事故我们对故障断路器进行了详细的故障分析总结取得了突破性进展。
二、现场现象
2010年1月5日凌晨5点半左右新军屯381及沙流河111、145SF6断路器相继发SF6气体压力低报警信号。公司领导高度重视安排检修人员前往现场进行故障分析处理。检修人员赶到现场后发现新军屯381断路器密度继电器指示压力为0.46MP(额定压力0.50MP,报警压力0.47MP,闭锁压力0.45MP),沙流河111、145断路器密度继电器指示压力均为0.44MP(额定压力0.50MP,报警压力0.45MP,闭锁压力0.40MP),密度继电器指示压力确实为压力告警值以下,排除二次原因造成的误发压力告警信号。检修人员利用手提式SF6气体定性检测仪对密度继电器接口和断路器SF6管路接口进行检查未发现有SF6气体泄漏现象。而且随着环境温度的回升密度继电器指示压力也在逐渐回升。检修人员在现场还发现新军屯381和沙流河111、145断路器密度继电器安装位置均在断路器机构箱内部,而站内北京ABB110kVSF6断路器和如高LW16-40.5型SF6断路器密度继电器均安装在本体横梁上且均未发压力告警信号。开关检修人员根据以往经驗和现场分析确定断路器为误发压力告警,原因为断路器密度继电器安装在机构箱内部,而机构箱内部均有大功率电热存在,造成机构箱内部和断路器本体之间存在较大温差。
三、原因分析
3.1 SF6气体密度表的结构概述
所谓密度,是指某一特定物质在特定条件下单位体积的质量。SF6断路器中的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,在断路器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。因为SF6断路器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气体纯度的检测和密度的监视显得特别重要。如果采用普通压力表来监视SF6气体的泄漏,那就会分不清是由于真正存在泄漏还是由于环境温度变化而造成SF6气体的压力变化。为了能达到经常监视密度的目的,国家标准规定,SF6断路器应装设压力表或SF6气体密度表和密度继电器。压力表或SF6气体密度表是起监视作用的,密度继电器是起控制和保护作用的。
在SF6断路器上装设的SF6气体密度表,带指针及有刻度的称为密度表;不带指针及刻度的称为密度继电器或密度压力开关;有的SF6气体密度表也带有电触点,即兼作密度继电器使用。它们都是用来测量SF6气体的专用表计。
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。
图 SF6气体密度表的结构
SF6气体密度表的结构原理。上图所示的SF6气体密度表主要由弹性金属曲管1、齿轮机构和指针2、双层金属带3等零部件组成,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。空心的弹性金属曲管1与断路器相连,其内部空间与断路器中的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。
3.2 SF6气体密度表的工作原理
1.当密度表没有安装使用时,如果环境温度是20℃,,指针2指向0MP,但如果环境温度不是20℃时,因为双层金属带3是按照环境温度与20℃的差进行补偿的,所以,当环境温度高于20℃时,双层金属带3伸长,其下端将向5的方向发生位移,带动齿轮机构和指针2向密度或压力指示值减小的方向移动,指针2的读数小于0MP;否则,当环境温度低于20℃时,齿轮机构和指针2将向密度或压力指示值增大的方向移动,指针2的读数大于0MP。
2.当向断路器充SF6气体的过程中,随着气体压力的逐步升高,弹性金属曲管1的端部向4的方向发生位移,双层金属带3始终按20℃进行补偿,也随着向4的方向发生位移,带动齿轮机构和指针2向密度或压力指示值增大的方向移动,其指示值变大。密度表或压力表的指示值不仅与压力有关,而且还与温度有关。在对断路器充SF6气体过程中,由于SF6气体突然膨胀降压,温度一般由环境温度降至0℃以下,双层金属带3始终按20℃进行补偿,而不能对SF6气体的实际温度与环境温度之间的温差进行补偿,所以,在这种情况下,密度表的指示值即不能代表SF6气体的实际温度下的密度或压力值,也不能代表环境温度下的密度或压力值,更不能代表20℃时的密度或压力值。
3.当断路器充入SF6 气体后,等待一段时间,使SF6断路器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。
4.当断路器退出运行后,如果断路器内部SF6气体的温度与外部环境温度达到平衡时,其指示的密度或压力值将不随外部环境温度的变化而变化。当环境温度升高时,断路器内部SF6气体的温度也随着升高,压力也随之增大,弹性金属管1的端部向4的方向移动,有带动指针向密度或压力值增大的方向移动的趋势,但是,由于双层金属带3随环境温度升高而伸长,其下端向5的方向移动,那么,两者的变化量完全抵消,其结果是指针的指示值不变,即:自动折算到20℃时的密度或压力值保持不变,反之,当环境温度降低时,指针的指示值也保持原来的密度或压力值不变。
5.当断路器由于某种原因,如漏气或做试验时取气等,使SF6气体质量减少,压力变小,弹性金属管1的端部向5的方向移动,环境温度引起的压力变化由双层金属带3进行补偿,带动指针2向指示值减小的方向移动,其结果是指针指示的密度或压力值变小。由于密度表带有两对电接点,供SF6气体密度降低时发信号和闭锁断路器用,指针2降到一定的位置就发补气信号或闭锁断路器。
使用SF6气体密度或压力表的注意事项。密度表只有在SF6断路器退出运行时,而且在断路器内外温度达到平衡之后,才能准确测量出SF6气体的密度或压力值;SF6断路器在运行时,密度表读数误差的大小,取决于断路器的负荷电流和回路电阻所引起的温升的大小。
3.3 现场理论数据分析
如高LW8-40.5型断路器和西高LW25-126型断路器所用密度继电器均为双金属片自动补偿式密度继电器,密度继电器显示压力为断路器内部SF6气体实际压力与密度继电器自补偿压力之和,即指示压力=实际压力+补偿压力。由于密度继电器合格且断路器无泄漏现象,则指示压力和实际压力均无问题,问题出在密度继电器的补偿压力上,即补偿压力存在误差。当环境温度为60℃时密度繼电器指针2的读数为-0.1MP,温度为-20℃时指针2的读数为0.1MP,则该密度继电器SF6气体压力补偿率为0.2/80为0.0025MP/℃.由于断路器密度继电器处于断路器机构内,一旦进入冬季温度低的情况下,断路器电热器在温控器作用下自动投入(温控制在5℃启动20℃关闭),现场发现新军屯381断路器电热器功率为300瓦左右远远大于其他型号35kV断路器的50瓦,沙流河111、145断路器电热器功率为200瓦,造成断路器机构内部温度较高,造成断路器本体和机构之间存在较大温差,而密度继电器只根据其所处的环境温度机构箱内部温度进行补偿,造成密度继电器补偿不足误发报警信号。LW8-40.5型断路器密度继电器额定压力为0.50MP,报警压力为0.47MP,一旦欠补偿大于0.03MP断路器就会出现误报警现象,此时温差为0.03/0.0025=12度,西高LW25-126型断路器密度继电器额定压力为0.50MP,报警压力为0.45MP,欠补偿压力大于0.05MP断路器就会出现误报警现象,此时温差为0.05/0.0025=20度,即机构箱内与环境温差达到12度时如高LW8-40.5型断路器就会出现压力误告警现象,而温差一旦大于20度西高LW25-126型断路器将出现压力误告警现象。2010年1月5日唐山地区最低温度达零下25度以下,直接造成机构箱内部与断路器本体环境温差较大同时沙流河111、145断路器本身压力又偏低(额定0.50MP实际0.49MP)从而出现了SF6压力误告警现象。
四、故障排除
检修人员用功率为50W的加热器更换新军屯381断路器原有电热器,同时和厂家技术人员沟通确认温度在零下30度以上条件下,该型号的柱式断路器具备正确动作和额定开关能力,在温度较低的情况下将机构电热退出从而减小机构箱内部和环境温差从而避免误发压力告警,待气温回暖后再将电热投入。利用预试停电机会在厂家工作人员配合下将密度继电器安装在断路器本体的合适位置上可以保证密度继电器和断路器本体的温差基本为零,从根本上解决密度继电器欠补偿的问题真实反映SF6气体的实际密度压力,从而彻底解决断路器误发告警信号的故障。
五、论文总结
通过学习我们对如高LW8-40.5和西高LW25-126型SF6断路器误发告警故障有了深入认识,保障了设备的安全运行。同时对SF6密度继电器的工作原理有了正确理解,为以后SF6密度继电器故障问题做好了理论准备。
参考文献:
[1]《西高LW25-126高压六氟化硫断路器安装使用说明书》;
[2]《如高LW8-40.5型断路器安装使用说明书》。