引言
随着电力设备运行年限的增加，近年来SF6漏气缺陷逐年上升。由于SF6漏气为严重缺陷，因此给公司设备管理带来较大的压力。为深入推行设备科学管理理念，针对SF6设备漏气缺陷数量逐年上升的现状，要求采取科学有效的手段对SF6设备漏气缺陷进行提前预警，从而防止该类严重缺陷的发生，有效确保设备安全运行。目前采用的SF6漏气缺陷监测预警方式有两种：一是使用SF6密度继电器或者密度表对气室的压力进行监测，在SF6压力低于设定值时继电器发出报警及闭锁信号，然而此时已经构成设备严重缺陷，不属于提前预警。二是运行人员对设备进行巡视，由于设备数量十分庞大，该方式覆盖面小，无法进行实时预警，如图1。因此，这两种方式均无法满足公司设备部提出的需求。需要研制一种新的装置，用以实现对SF6设备漏气严重缺陷的提前预警。
1SF6气体检测技术要点
由于受制造工艺、密封件老化、设备故障、气候环境等因素的影响，密封在设备内的SF6气体会有所泄漏，设备内SF6气体压强降低，造成SF6设备的绝缘和灭弧能力大幅下降，会引发设备放电时越级停电、设备爆炸等不良后果。通过掌握气体压力随时间变化的趋势，并根据在线采集到的趋势信息进行判断，从而对SF6漏气缺陷发出预警。需要获得SF6气室内实际的气体压力随时间变化的趋势，才可以在气体泄漏达到警戒值之前进行提前预警，以消除隐患，提升设备管理水平。
根据构建气体压力随时间变化趋势的公式可以从气体压力预测及工业使用的丙烷气体泄漏扩散模拟分析，在密闭气室内发生气体泄漏时，推导气体压力随时间变化的关系，再通过变化趋势，预测当前气体压力值，实现对压力值的预警以非理性气体状态方程为基础建立实际气体放气数学模型，对变气室内的丙烷气体压力和环境温度进行采集，通过最小二乘法进行拟合，得到气体压力随时间变化的趋势曲线，从而可以在气体压力达到指定范围时进行补气，从而提高对气体压力的预测准确率。
2SF6气体在线监测技术路线
当气体不同，为提高趋势曲线的正确性，提取更多的参数进行测量或监测，需要对SF6设备内部的气体压力、环境温度、气室体积和气体质量进行监测。为得到了以非理性气体状态方程为基础建立实际气体放气数学模型的建模方法和气体压力随时间变化的趋势曲线。对SF6设备气体泄漏过程进行监测并计算，可以得出气室内气体压力随时间变化趋势，当气压降至指定范围时，发出报警提示，从而实现对SF6气体含量变化进行监测并发出预警的SF6气体在线监测平台。为满足提前预警的需求，SF6漏气缺陷在预测气体压力达到正常压力值和告警值差值的90%-95%时，能够发出报警，提高报警正确率。
通过对SF6气室内的气体压力泄漏过程进行监测，通过计算得到气体压力随时间变化趋势，对气体压力趋势曲线进行计算和实验推导，通过分析，可以看到SF6漏气缺陷预警率可以达到95%以上。工作人员可以借鉴工业使用的烷类气体泄漏扩散模拟分析，对SF6设备的气体温度、气体压力进行测量，对气体质量和有效容积进行测算，将得到的参数通过计算得到SF6气体随时间变化趋势，对气体压力落入正常压力值和告警值差值的设备发出报警，从而实现对SF6气体变化的监测和及时预警。实现对SF6气室压力的实时监测，掌握气体压力随时间变化趋势，当预测到气室内SF6气体压力落入正常压力值和告警值差值的90%-95%时，装置发出告警信号。
3SF6气体压力采集
通过模拟试验，得出压力测量要求测量精度要高，数据传输要及时，且价格适中，测量精度不低于0.75%FS；数据传输延迟<5ms。分析常规密度继电器，
（1）机械式密度继电器
该密度继电器较为常见，但是输出的是报警和闭锁信号啊，没有远传功能，需要加装数据传输、转换装置，才可实现数据的收集分析。可实现压力的在线采集，转换为电信号并经过AD转化为数字信号进行输出。其温度采集范围要考虑设备实际工作温度，且精度要高，热响应要快。采集温度范围在-50-60℃；热响应时间<10min；温度采集误差≤0.5℃。
（2）气体流量称重测量
称重测量法利用天平称量被测零部件在未装介质时的质量m0，向被测零组件内注满液体，称出此时的质量为m，设介质密度为ρ,则被测零组件容积为m-m0/ρ。流量计测量法将被测零组件与流最计相连，先记录流量计初始值，向被测零组件内注满液体,记录此时流量计的累计值，被测零部件的容积为累计值减去初始值。气体标定法测量容积一般采用高纯度气体,测量标准容器与被测容器在平衡前后的压力值，根据气体状态方程和质量守恒定律得到被测容器的容积。
（3）气体天平称量法
利用天平称量被测零部件在未装介质时的质量m0，向被测零组件内注满液体，称出此时的质量为m，设介质密度为ρ,则被测零组件容积为m-m0/ρ。流量计测量法将被测零组件与流最计相连，先记录流量计初始值，向被测零组件内注满液体,记录此时流量计的累计值，被测零部件的容积为累计值减去初始值。气体标定法测量容积一般采用高纯度气体,测量标准容器与被测容器在平衡前后的压力值，根据气体状态方程和质量守恒定律得到被测容器的容积。模仿天平称重的原理，在容器内底部加装称重元件，发生气体泄漏时，通过算法控制“砝码”的增减，从而获得变化的气体质量数值。根据物理公式，得到物体质量。
4气体采集过程
气体标定法的测量平台一般由一个标准容器，一个控制阀门两组温度、压力传感器及其配套平台和连接管路等组成。测量容积时，首先通过控制阀门向被测零件内充入适当初始压力的气体，关闭控制阀门，待平台实现热力学平衡后，记录标准容器、被测零部件的压力P10、P20。其次，再打开控制阀门向被测零部件内充入适量气体,关闭控制阀门,待平台重新实现热力学平衡后，记录标准容器、被测零部件的压力P1、P2。由于整个测量平台对外界是密封的，在气体注人前后平台的气体质量守恒。
使用高精度SF6密度继电器、高精度数字质量流量控制器，通过测量排出的SF6气体体积流量以及气室减小的压力来完成设备体积的测量。通过与开关连接后，气体流入微型缓冲罐，利用质量流量控制器精确控制排出一定体积的六氟化硫气体，根据排出气体的体积和气室压力变化计算电气设备气室的有效容积。
将集成模块安装在不同压力的气瓶上，模拟气体泄漏过程，对半经验压力预警计算模块进行测试，在模块计算出的压力下降到报警区间的时间，检查预测压力值和实际压力值，看测量误差是否满足需求。
5SF6气体在线监测平台的优势
SF6气体在线监测平台的研发和应用，极大的减少了SF6设备因压力降低自主报警而产生的严重缺陷，使作业人员能够更及时的掌握设备的运行状态，避免使设备处于不安全运行环境中。有效提升了检修人员对设备运行健康性的有效判断，大大增加了SF6设备的安全性，进一步降低设备的故障率。
6结束语
本文论述了SF6漏气缺陷占严重缺陷比例降低方案，提高了现场工作的安全性，减少了临时抢修作业。但是在对理想气体方程推导方面存在短板，有时需借助外部支撑。使作业人员能够更及时的掌握设备的运行状态，避免使设备处于不安全运行环境中，平台采用间歇性数据采集方式，作业人员可根据设备状态调整读取数据的周期，在休眠时设备功耗大大降低，保证电池使用年限，提高设备使用寿命。在方案分解过程中，工作人员对气体压力、气体密度、气体温度、气体体积测量等专业技术知识有了更深入的了解，对使用算法解决计算问题也使用的更加灵活。
作者简介：
王兆峰（1979.10 - ），男，本科、工程师、技师，从事了多年的电力调度及电网建设及工程管理工作。
