江苏省帕瓦电力技术有限公司

一、前言
   SF₆气体是一种优良的绝缘和灭弧介质，已在高压开关电器中得到了广泛应用。但SF₆高压开关电器在制造和运行中由于：
   1. SF₆新气中含有一定水分。
   2. 在设备安装、解体检修和充气补气时，因工艺过程中的疏漏，在气室和管阀内留有水分。
   3. 因密封不严，在SF₆向外泄漏时，会反向渗入水分。
上述超标的水分在下列情况下对设备运行会造成下列危害：
   1. 在一些金属物的参与下，水在200℃以上温度可使SF₆发生水解反应，生成活泼的HF和SOF₂，腐蚀绝缘件和金属件，并产生热量，使气室压力升高。
   2. 超标的水分在温度降低时，可能形成凝露水，使绝缘件表面绝缘强度显著降低，甚至闪络。
因此。对SF₆气体微水的测量和控制，尤其是在线监控，已成为电力系统普遍关注的课题。

二、技术简介
1、微水检测现状
    变电站SF₆断路器SF₆气体的密度、湿度和温度三项物理指标是否处于额定范围之内，决定着该断路器的安全运行状态。电网运行规程强制规定，在设备投运前和运行中都必须定期对SF₆气体的密度和含水量进行检测。SF₆气体含水量的现场检测方法有电解法、冷凝法和阻容法。目前大多采用便携式露点仪进行现场检测。露点仪的测量存在以下缺陷：
（1）非在线
    采用露点仪定期检测，是非在线检测方法，不能实时反映设备运行状态和动态变化。不能实现设备的状态检修和真正意义上的电力配网自动化。
（2）测量受环境温度限制
    仪器温度在测试时不能低于环境温度。仪器的存放和工作环境温度为 -10℃ ～＋ 50℃ 。同时不同的环境温度，测量范围不同（见下表）。从表中可以看出，北方冬季和南方的夏季不适于作现场测试。由于受到气候和环境温度的影响，露点仪的检测的数据仅可参考。

                                   不同的环境温度对应的测量范围表

测量范围（露点）	环境温度
-60℃ （最低）	≤10℃
-55℃ （最低）	≤20℃
-45℃ （最低）	≤35℃

（3）费时、费事、费气
测试时需长时间排放SF₆气体。由于取样管线含有湿气。测量时的前至少10分钟需用干吹干取样管线。一个完整准确的测试约需45-55分钟左右。按标准取样气体流量，即30～ 40L /h计算，一次测试需要排放SF₆气体约 35升。因此在完成测试后需补充SF₆气体。下图为露点仪测试微水在达到稳定值的变化曲线和所需时间。

（4）影响现场工作人员健康，污染大气。
2、项目立项
    为适应我国电力行业体制改革的需要和加快电气设备在线监测技术及状态检修发展的步伐，研究和探索以在线监测技术为基础，故障检修与预防性相结合，以实现最大可靠性和最低成本消耗为目标的状态检修模式，南京帕瓦电力技术有限公司根据江苏省电力公司“苏电科（2001）915号”文对南京供电局下达了重点科技项目“断路器SF₆气体在线综合监测装置”的立项。南京帕瓦电力技术有限公司与南京供电局据此于2001年6月起共同研制，于2003年处开发出具有自主知识产权的专利技术设备——数字式SF₆气体在线监测设备。
    上述设备能够以高于国家标准的测量精度，长期在线监测断路器SF₆气体的密度、微水、温度及其变化趋势。其功能是在SF₆气体有关指标出现变化时，给出变化曲线；有关指标达到报警状态时，报警或自动启动报警装置；当有关指标超标达到危险状况时，报警或自动启动闭锁装置，禁止断路器动作，以保障设备和变电站整套系统的安全。上述监测设备配有RS-485/232通讯接口，可将监测数据实时上传至变电站、城市中心乃至更上级监控中心，真正实现变电站，尤其是无人值班站的设备在线监测。同时，监测到的各项指标的变化趋势为断路器的状态检修提供了有效依据。
3、技术创新要点
   （1）创造了在高压电磁场条件下，压力密封容器中超低湿度的测量技术和产品。
   （2）实现了在不排放SF₆气体的条件下，对高压断路器SF₆气室中的湿度、密度和温度进行综合在线精确测量，自动启动报警、闭锁装置和实时数据远传。能够满足对SF₆高压断路器SF₆气体状态的综合在线监测，并为变电站综合自动化控制和设备状态检修提供了技术保证。
4、技术资质
   （1）企业标准：湿度：Q/3201PWD01-2003；密度：Q/3201PWD02-2001
   （2）专利号：发明：ZL 00 1 34361.0；实用新型：ZL 00 2 61811.7
                        ZL 00 2 40750.7
   （3）科学技术成果鉴定证书：密度：苏科鉴字 [2002] 第17号
                            微水：苏科鉴字 [2004] 第1078号
   （4）电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心检验报告：
                          （电自设检）字第105号
   （5）国家电网公司自动化设备电磁兼容实验室检验报告：
                        （远动主检）字第105-EMC号
   （6）江苏省电力工业局六氟化硫监督监测中心测试报告：
                            湿度：G2002-0910
                            密度：G2000-1212
   （7）农网入网资质：资格证书号：DZS 04022
5、科技成果
   （1）项目于2002年2月通过省科技厅组织的科技成果鉴定：
   密度监视器：苏科鉴字 [2002] 第17号。结论：“达到国内领先水平”
   微水综合监测器：苏科鉴字 [2004] 第1078号。结论：“达到国际先进水平”
   （2） 2002年获江苏省电力公司科技进步三等奖
   （3） 2003年获江苏省科技厅科技进步三等奖
   （4） 2003年获南京市科技进步三等奖
   （5） 2005年获江苏省电力公司科技进步二等奖
   （6）获得中国一项发明与二项实用新型专利，专利如下：
   （1）绝缘气体含水量监测方法及监测装置
     专利号：ZL 00 1 34361.0
     专利类型：发明
     授权公告日：2004年4月28日
   （2）绝缘气体含水量监测装置
     专利号：ZL 00 2 61811.7
     专利类型：实用新型
      授权公告日：2001年10月24日
   （ 3）绝缘气体压力监测装置
     专利号：ZL 00 2 40750.7
6、基本原理

SF6气体综合在线监测装置的基本原理是：采用高精度压力传感器、湿度传感器及温度传感器，经过A/D转换成数字量，再经单片机补偿运算及处理，当地通过显示器直接显示被测SF6气体的密度值和水含量的体积比数值。同时，通过RS-485等数据通讯方式接入变电站综合自动化系统。
电路原理方框图见下图。

7、主要技术指标
l 湿度指标：
   测量范围：50～1,000 ppmv
   工作压力：0.10～1.00 Mpa
   测量精度：≤ ± 5％ FS
   报警门限: 300 ppmv 温度测量精度：± 1℃
l 密度指标：
   测量范围：0.01～1.00 Mpa
   测量精度：±1％ FS（实际≤±0.5％ FS）
   报警门限：0.52 MPa
   报警解除：0.53 MPa
   闭锁门限：0.50 MPa
   闭锁解除：0.51 Mpa
l 其它指标：
   通讯接口：RS-485
   通讯规约：根据中华人民共和国电力行业标准《远动设备及系统第5 部分传
             输规约》〈第103 篇继电保护设备信息接口配套标准〉
             （IEC 60870-5-103）制定
   通讯速率：2,400 bps
   电源电压：AC 220V ±10%
   工作环境：-48 ℃～＋55 ℃
            ≤95％RH
l 接口与尺寸：
   设备接口：M30×2螺纹
   直径：     120 mm
   总高：     265 mm
   有效高度： 245 mm
   总重：    3,500 g \
8、产品功能
   （1）在线监测SF₆气体湿度、密度与温度
   （2）大屏幕液晶显示器现场显示实时数据
   （3）手持遥控器设置报警与闭锁门限值和显示方式
   （4）具备声控显示和屏幕保护功能
   （5）可按预设值或用户给定值自动启动报警和闭锁装置
   （6）自动绘制状态变化趋势图
   （7）全密封，抗干扰，适用于室外环境
   （8）预留RS-485/CAN总线通讯接口
9、企业产品执行标准
    产品执行标准（企标）：湿度：Q/3201PWD01-2003；
                          密度：Q/3201PWD02-2001
    上述标准通过了南京市质量技术监督局的审查通过和备案。

三、产品检测及试用情况
1、产品检测
    断路器SF₆气体在线综合监测装置自2000年12月起先后一次通过了“江苏省电力工业局六氟化硫监督监测中心”、“电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心”和“国家电网公司自动化设备电磁兼容实验室”的测试、委托型式检验和电磁兼容检验。符合GB1192-89《电站电气部分集中控制装置通用技术条件》、企业标准和相关国标。
（1）密度：
    “江苏省电力工业局六氟化硫监督监测中心”测试，文号：G2000-1212
    电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心委托型式试验，文号：（电自设检）字第019号
（2）微水：
    “江苏省电力工业局六氟化硫监督监测中心”测试，文号：G2002-0910
（3）综合：
    “电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心”委托型式检验，文号：（电自设检）字第105号
    “国家电网公司自动化设备电磁兼容实验室”委托型式检验，文号：（远动主检）字第105-EMC号
2、产品试用
    装置样品于2003年3月开始先后在南京供电公司武定变110KV 710断路器、集庆变110KV 701断路器和大行宫变电站组合电器上安装，挂网运行，情况良好。
3、产品鉴定
    江苏省科技厅委托江苏省电力公司，分别于2002年和2004年对产品技术进行了鉴定。密度监视器和微水综合监测器通过了鉴定，分别评为“国内领先”和“国际先进”。
    科学技术成果鉴定证书号：
    l   密度：苏科鉴字 [2002] 第17号
    l    微水：苏科鉴字 [2004] 第1078号

四、产品运用意义
    该监测器可长期挂线运行。其配备的RS-485通讯接口，可将监测数据实时上传至监控中心。当被测气体指标超标时，监测器将自动按事先设定的门限上传报警或闭锁信号至远方监控中心，或直接启动报警、闭锁装置。上位机软件可按设定的时间和频率，采样存储监测数据，并按需要将上述数据自动绘制成变化趋势图，供观察分析之用。
    SF₆气体综合在线监测技术的应用可以实现：
   1.真正意义上的在线监测，为电力配网自动化的实现补上十分重要的一缺；
   2.有利于及时掌握设备的运行状态，保障电力系统的安全稳定运行；
   3.为断路器的状态检修提供了技术手段。通过断路器的状态监测，可以大大减少系统的停电时间和检修费用；
   4.具有地球环保意义。SF₆气体作为一种氟化物，是破坏地球臭氧层和产生温室效应的有害气体之一。欧美等发达国家已经按照《京都协议》的规定，关注着与HFC（氟氯烃）系列物质类似的SF₆和PFC等温室气体的排放。减少该气体的排放，对防止大气污染有着深远的社会意义。
   5.保障电力工作者的身体健康。SF₆断路器在经分合闸拉弧后，会分解出多种有毒物质，直接影响现场检测人员的身体健康。该监测装置改变了传统的SF₆的检测方法，大大减少了SF₆气体的排放量，对现场工作人员的身体健康起到了有力的保障作用。