SF6泄漏检测（共6篇）
SF6泄漏检测 篇1
0 引言
SF6绝缘和灭弧性能优良,化学性质稳定,被广泛应用于高压电气设备中[1,2],如:气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)、高压变压器、断路器等。由于电力设备的制造和安装差异、老化以及运行维护过程中存在不当操作,可能导致SF6发生泄漏[3]。一方面,泄漏的SF6气体在放电或高温作用下会发生分解产生有毒气体,而且SF6密度比空气大,易造成低层空间缺氧从而使人窒息[4]。另一方面,电力设备的SF6泄漏会导致其绝缘性能下降,可能引发故障[5]。因此,为确保电力设备的可靠运行,保障现场工作人员的人身安全,准确检测出SF6的泄漏浓度具有重要意义。目前,常见的SF6气体浓度检测方法有红外吸收法、电化学传感器法、气相色谱法、超声检测法等[6]。红外吸收法虽然检测精度很高,但其设备造价成本较高;电化学传感器法在使用过程中易受环境中某些物质影响而中毒失效,灵敏度亦会随年限而降低;气相色谱法价格高昂又受实验室条件的限制,无法运用于现场检测。相对而言,超声法具有造价低廉、设计简单、不易受电磁干扰影响、易于安装等优势,适合运用于电力系统的现场在线监测[7]。
本文在前人的研究基础上,结合不同频率的超声波在二元混合气体传播过程的相位变化特点,根据气体状态方程推算出相位角与待测气体浓度之间的关系。使用单通道超声传感器进行检测,通过改变频率采用DFT测相位角法测得其相位差,改善了单独测时间精度不高和双通道不能保证完全相同的严苛性问题。设计并应用更为精确的定标容器对检测浓度进行标定,实现SF6浓度的精确检测。
1 超声法测气体浓度原理
超声波为一种弹性波,在不同浓度气体介质中的传播速度会发生变化[8]。对于二元混合气体,常温常压下可视为理想气体,超声波在气体中以高频、小振幅振动传播,该过程被视为绝热过程[9]。根据理想气体模型,其声速可由气体相对分子质量、温度等参数表示。对于单一成分气体,其声速为:
式中,γ为气体的定压比热与定容比热的比值;M为气体的相对分子质量;R为摩尔气体常数;T为温度。
对于二元混合气体,其平均声速为:
式中,为二元混合气体平均声速;为混合气体的定压定容比热比;为混合气体的平均相对分子质量。
设α、β分别为待测气体和背景气体,Mα、Mβ分别为α、β气体的相对分子质量。则有:
式中,n为α气体的浓度,1-n为β气体的浓度;分别为α、β气体的定容比热容;分别为α、β气体的定压比热容。
由式(2)~式(4)整理可得:
对式(4)解方程仅有单根,可求得α气体的浓度:
为方便求解,求出方程中的系数A、B、D,引入参量Y:
则求得浓度方程的3个系数分别为参量Y的表达式:
由上式推导可知,参量Y可由混合气体声速和温度T求得,当确定背景气体及待测气体时,其他参数均为易于获取的常量,温度T亦可通过高精度温度传感器获得。因此,求得混合气体声速便可求得气体的浓度n。
综合式(6)~式(10),化简可求得:
综上所述,在温度压强相同条件下,求待测气体浓度n便可转化为求混合气体平均声速的问题。
2 基于测相位的气体浓度检测
2.1 相位差法测声速
常用的声速测量方法是检测出超声波的传输时间,即固定超声波通过气体介质的距离,发射超声波的同时开始脉冲计数,直到检测到回波信号的幅值超过一定阈值后停止计数,再与计数周期相乘便得到超声传播时间[10],固定的传播距离除以该时间即为声速C。但是由于超声换能器收发头振动、噪声干扰以及超声波在气体介质中能量衰减特性,使得最终所测时间精度不高。为解决此问题,有学者提出采用双腔式两组超声测量通道法进行检测[8],分别检测背景气体和待测气体超声传播参数,经差分后间接测定气体的浓度。但是两个通道的换能器特性、声程、温度等条件需要保证严格相同,因此难以实现。
本文采用单通道检测,通过检测改变两次发送脉冲驱动的频率而引起的相位差来计算出混合气体中的超声传播速度。该方法实现如下:分别采用两个频率差很小的脉冲驱动信号f1、f2来驱动发射传感器,经过混合气体的腔室后。其声程可表示为:
式中,t为超声波传播时间;T1、T2分别为两驱动信号的周期;n1、n2分别为2个超声波在固定通道中传播的周期数;t1、t2分别为经过整数周期后所余时间;为混合气体平均声速;设定(其中,△f=f1-f2)时,n2=n1或n2=n1+1,因此求出t1、t2的差值即可。
t1、t2非常微小,难以直接通过脉冲计数获得。本文通过相位差法来测混合气体中的声速,式(12)、式(13)变式可得,超声传播距离L与相位差的表达式如下:
式中,θ1、θ2分别为超声接收传感器产生的不同相位差;λ1、λ2分别为2个频率下超声波长。
由式(15)、式(16)可求得其相位差为:
由改变频率法的两束超声波经过混合气体腔室后的产生相位差的过程如图1所示。
则超声波在混合气体中的波速为:
由此,声速的测量便转化为超声波收发信号的相位差的检测。
2.2 DFT测相位
中心频率为f0的输入信号x(t),以采样频率fs进行采样,得到深度为N的采样序列x(n),则x(n)的离散傅里叶变换为:
其中,k=0,1,…,N-1。若X(k)最大谱线对应的k记为m,则式(19)可得基波频率的相位为[11]:
两列超声回波信号经过调理后,由A/D分别采样后进入处理器,处理器通过对采样信号做DFT变换后测出该频率下的相位,最后计算出两频率下接收信号的相位差。
3 检测系统的设计与实现
本文所述的超声检测SF6气体浓度系统结构框图如图2所示,主要包含超声波信号的发射与接收、温度信号的采集、与上位机的通信以及数字相位计测相差。由ARM顺序发出2个频率分别为f1、f2的脉冲经过发射电路驱动发射换能器工作,经过含有待测混合气体的腔室后,回波信号通过滤波放大处理,由A/D分别采样后进入ARM,由数字相位计得到2个频率超声信号的相位差,进而实现SF6浓度的测量。
超声发射电路是由超声波驱动电路和超声波换能器(探头)构成,如图3所示。本文所选超声换能器中心频率约40 k Hz,发射驱动电压为10Vpp。ARM以41 k Hz的频率发出6-8个连续PWM脉冲波,信号输入至SP3232后通过其升压、电压极性反转特性,在输出端产生12Vpp电压来驱动超声换能器工作。待接收端完成信号采集后,用上述方法继续发送6-8个40 k Hz的连续PWM脉冲波驱动换能器工作,完成下一次检测。
超声波传感器将超声回波信号转变成电脉冲信号,但是单片机无法直接采集该信号,因此需要进行信号调理,其接收电路如图4所示。超声波信号在传播过程中会伴随着能量的衰减,接收到的信号也会引入杂波,因此在硬件设计中,采用了两级带通滤波放大,最后达到了峰-峰值为2 V、中心频率在40 k Hz附近的回波信号。两列回波信号先后通过A/D模块进行采集进入ARM处理器。
4 实验及结果分析
由于气体浓度检测受温度、压力等因素的影响较大,气体均匀混合所需要的时间也与气体流量有关,特别是低浓度检测时对标准气体检测要求更高,故自行构建了气体标定装置。该气体浓度标定装置如图5所示,装置主要由真空主腔体、腔体盖板、过渡板、真空穿通电极、温度计、流量计、压力表等构成。腔体内壁涂有聚四氟乙烯以减少气体吸附,超声传感器安装在盖板内侧的可拆卸过渡板上,电源及信号通过真空穿通电极实现内外传输。检测前先将腔室抽真空,而后缓慢充入一定浓度的标准气体,观察气体流量计示数以便调节进气流量大小,待腔室充满后开始检测。重复上述过程,改变充入的标准气体浓度,并观察各监测仪表示数以保证每次实验环境及条件的一致性,经过多次实验完成SF6浓度标定工作。
实验中,真空腔室长度为0.4 m,温度为25℃,选取采样频率fs为1 MHz,运算过程中各参数为:Mα=146.06 g/mol,CVα=0.603 k J/(kg·K),CPα=0.66 k J/(kg·K),CVβ=0.72 k J/(kg·K),Mβ=28.96 g/mol,CPβ=1.007 k J/(kg·K)。实验过程中通入的SF6标准气体浓度和超声法检测的SF6浓度实验数据,如表1所示。
由表1数据可知,超声法检测的SF6浓度精度能达到μL/L水平,其平均相对误差在5%以内,满足大部分使用要求。
5 结束语
本文以检测电气设备中SF6泄漏为背景,采用超声法对其进行检测。首先结合二元混合气体模型,对微量气体浓度理论计算公式进行简化,寻找出待测气体浓度与声速的相关性。其次,建立单通道超声检测模型,采用DFT数字相位计测相位差法求取声速,进而得到待测气体浓度。最后,通过设计的超声检测系统对SF6标准气体做检测试验。为保证定标检测试验的可靠性与一致性,本文构建气体标定装置,严格保证标定时温度、流量、压力等因素相同。实验结果表明:由超声技术检测二元混合气体浓度是可行的,对SF6浓度检测,精度可达到μL/L水平,在电气设备周围的SF6浓度监测应用方面具有广阔前景。
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一种新型SF6泄漏检测仪的设计 篇2
SF6气体是无色、无嗅、不燃、无毒的惰性气体,具有优良的绝缘性能,且不会老化变质。它的密度约为空气的5倍。SF6气体作为电气设备绝缘或灭弧的理想材料。并且由于具有运行安全可靠、维护工作量少、占地面积小的优点得到了极其广泛的应用[1,2]。但是SF6气体由于具有无色、无嗅以及基本无毒的特点,因此无法用感觉器官去查看它,当SF6气体混入空气时,会使绝缘强度下降,对设备的安全运行及人身安全影响较大,因此对设备中SF6气体的检测就显得尤其重要。
当前,传统的检测仪器检测效率偏低,且涉及检测人员人身安全。并且伴随着SF6大量的使用,由于SF6检测的局限性和时效性,传统的检测仪器已不能精确、实时、高效地定位SF6气体泄露位置等缺点,已不满足应用要求[3]。为了设备的正常运行、减少设备的维护费用、保护维护人员的身体健康,开发一种高效率、高精度、便携式的检测SF6气体泄露的成像仪器就显得尤为重要。
基于上述原因本文设计了一种采用红外线检测技术的SF6泄漏检测仪。
1 系统简介
1.1 总体设计
本文采用激光发射器,红外成像仪和可见光摄像机为检测模块,设计了一种高精度,高效率,便携式的SF6泄漏检测仪。系统地整体框架如图1所示。
1—控制单元;2—触摸液晶显示器;3—FPGA芯片; 4—A/D转化电路;5—放大器;6—激光源; 7—激光发射器;8—系统电源;9—激光调控电源; 10—和可见光摄像机;11—红外探测仪;12—滤光片; 13—散射透镜组;14—激光探头;15—第一镜头;16—第二镜头
由系统的整体框架可以将整个系统分为以下四个子模块 :信号采集模块 ,信号处理与控制模块,电源模块,辅助模块。
1.2 设计原理
系统原理如图2所示。
激光器单元发射的激光到达被检测区域,返回的数据信息经信息处理后,通过液晶显示器显示被测区域的红外成像。由于SF6气体对红外光线(波长为10.55 μm)具有强烈的吸收作用,当检测区域存在SF6气体时,在背景物体上反射而返回的激光经红外探测仪单元检测并发送到ARM,ARM对数据进行处理后,传输到液晶显示器成像[4],此时反射到检测设备的红外光线能量会急剧地减弱,从而使通常看不到的SF6气体在液晶显示器上变得清晰可见,并成黑色烟状飘散,并且随着气体浓度不同,黑度也不同[5],激光探头可以精确地定位激光检测区域,从而达到提高精确度与检测功效,快速定位气体位置的目的。
1.3 信号采集模块
信号采集子模块负责对泄漏区域SF6红外图像与普通可见光图像两路源信号的采集[5],以便向后将信息传入控制模块及信息处理模块对采集到的信息进行处理和显示。
信号采集模块主要由激光器、红外摄像仪以及可见光摄像机组成。这里激光器选取大通公司Lasy5型激光器。
1.4 信号处理与控制模块
该模块主要由ARM9,FPGA芯片、触摸显示屏组成。负责对整个检测仪内部各个部分进行控制以及对输入的两路图形信号进行处理。
信号处理流程如图3所示。
ARM中移植了Linux操作系统,利用Linux系统编写控制软件对整个软硬件系统进行控制。此软件可完全由触摸屏操作,包括激光器开关控制,激光器功率控制,激光器功率指示条,双路图像画中画控制,灰度值超过警戒值降低激光器功率,支持实时时钟,实现按时间信息命名视频AVI格式存储、JPG格式存储,可选择实时监视和回放模式,支持SD卡存储,在回放模式下支持六宫格显示图像,探测器相关功能控制,以一个功能切换键选择是探测器控制还是后续图像控制。FPAG接受红外相机传来的红外视频信息,将像信息进行压缩,编解码以及图像增强的处理[6],将处理后的信息输出到显示屏上以便用户做出判断。
针对以往红外图像显示为黑白效果,可辨别性差的缺点,在FPGA图像处理算法中加入伪彩算法,显示效果更加良好。
1.5 电源模块
主要是提供整个系统中各部分运行所需电源,采用锂离子充电电池作为检测仪的电源。
1.6 辅助模块
辅助模块包括:激光探头、滤光片。本文采用激光器发出的光线为不可见光,加入可以产生可见光的激光探头,激光探头会再被测区域背景上显示十字标线。在实际检测中可以通过此标线精确的定位被测区域,能够提高检测效率。
考虑到实际检测中可能有其他光线的干扰,因此在散射镜头组前增加滤光片,提高了设备的抗干扰能力。
2 实际监测结果与分析
实验人员将SF6气瓶通过阀门接到直径为2 mm的细管上,将细管出口段固定在墙上,通过阀门将出气量调至SF6定量分析仪能检测到的最低值,在距离墙壁15 m的距离运用本激光SF6检测仪进行检测。根据检测录像[7]能够清晰的看到气体泄漏位置及溢出的气体形状。测试录像截图如图4。
此结果说明该激光SF6检测仪具有高性能,远距离,检测精度高的特点,给设备的检修提供了重要的依据,同时也确保了检测人员的人身安全。
3 结语
本文设计的激光SF6检测仪,利用高分辨率摄像机和红外成像仪,运用激光红外技术对SF6气体进行检测。检测结果以红外图像和普通图像双路显示,结果直观看见,检测精度有明显的提高。同时运用灰度报警能够明显提高设备的使用寿命。
实际运行结果表明,该监测仪具有高性能、远距离、高精度、便携式的特点,能够实现对高压设备安全精确的检测且运行可靠, 工作稳定, 有效提高了测量精度。
参考文献
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SF6泄漏检测 篇3
1 泄漏源查找
泄漏是一种很普通的现象, 凡是存在浓度高低、温度差异、压
力不同的地方都会有泄漏存在。要针对不同的泄漏情况有效地采取针对性的补救措施, 首先要能及时地查找到泄漏的根源。根据本人在变电站电气设备安装过程中, 不断与厂家探讨、研究, 发现SF6断路器气体泄漏源地查找, 存在于一下几处关键点部位:
1) 液压机构的泄漏。对不同的液压机构, 其泄漏的部位及情况会有所不同, 但总的来说, 主要泄漏部位有以下几处: (1) 阀门和密封圈、密封垫。三通阀、放油阀、一级阀、二级阀、保护阀等。造成泄漏的原因有阀芯关闭不严、接触面加工精度不够而不平正;阀体有砂眼、密封处没压紧、放气螺栓没拧紧; (2) 压力表、压力继电器接头处。这些接头的密封垫、密封圈不平正或者失效没有弹性易造成渗漏; (3) 据厂家提供, 工作缸活塞杆、储压筒活塞的密封面。因为这些部位的密封圈、密封垫经常受到活动的摩擦, 容易发生变形, 变位或者受损。液压机构存在泄漏而造成的后果是显而易见的, 小的泄漏既影响到设备的清洁, 也必然会引起油泵的频繁打压或补压时间过长;阀体大量的渗油会造成失压故障, 液压油进入储压筒使气体侧会造成压力异常升高, 从而导致临修、误动、成为设备缺陷, 影响设备的安全运行。
2) 本体及连接部位的泄漏。 (1) 焊缝。焊接时由于电流过大, 焊缝烧穿, 开始有微漏, 过一段时间后漏气量逐渐增加;在两种不同材料的连接处, 由于局部应力过大, 焊缝开裂同样会造成泄漏, 这种情况由于现在厂家制造工艺的提高与改进, 在现场安装以及运行过程中出现的比率较小; (2) 支持瓷套与法兰联接处。由于这部分压强较大, 若密封不严密极易泄漏, 如瓷套结合面加工粗糙, 结合面不严密, 密封圈不平正、粘接不牢固; (3) 管路接头、密度继电器接口、压力表接头、三联箱盖板等处。这些部位是接头、接口、密封和焊缝多的部位, 是密封的难点和薄弱点, 泄漏的可能性较大。
对SF6气体而言, 不论那个部位的密封面都必须保持十分清洁, 否则, 在密封面处即使卡入微小的异物 (例如直径是60微毫的头发丝) , 都可使泄漏速率达到0.001MPa.Ml/s数量级, 这是设备所不允许的。因此, 安装前必须用白布或优质卫生纸粘酒精仔细轻擦密封面和密封垫, 仔细检查, 确认无缺陷后才能装配。同时, 还应擦净法兰、螺栓孔及连接螺栓上的灰尘, 以免带入密封面, 尤其是在装配直立密封环节时, 要认真处理。
3) 气动机构的泄漏。 (1) 连接管路、活塞和阀的密封部分、传动机构的密封部分。连接管路中紧固部位的松动, 活塞与动杆的密封圈或密封垫、阀体的密封垫等部位, 会因操动机构的运动而发生松动、磨损而变位, 也有密封未能放入槽内等引起泄漏。气动机构中由于活塞, 各种阀和密封面比较多, 所以由这些部件造成漏气的比例也比较高; (2) 储气罐。储气罐是气动机构中压缩空气储藏和分配的罐体, 它与各部分机构连结的管道和阀门比较多, 如有安全阀、排水阀、检查阀, 有连结到各相气动机构的管道等, , 这些连结部位的密封是个薄弱点。气动机构的漏气点不易查找, 特别是慢跑气, 由于不留痕迹而查找困难, 所以要特别注重安装、施工的工艺和质量。
2 检漏方法
在施工现场, SF6气体的检漏方法也是多种多样的, 主要分为定性检漏和定量检漏。
2.1 定性检漏
定性检漏只是判断SF6断路器泄漏情况的相对程度, 而不是测量其具体泄漏率, 定性检漏有如下几种方法:1) 抽真空检漏。抽真空至133Pa, 继续抽真空30min以上停泵, 静观30min后读值A, 再静观5h后读值B, 如B-A<67Pa可以认为密封良好。2) 发泡液检漏。这是一种较为简单的定性泄漏方法, 能够较准确地发现泄漏点。发泡液可采用一份中性肥皂加入二份水配制而成, 将发泡液涂在被检测部位, 如果起泡即表明该处漏气, 起泡越多越急, 说明漏气越严重。采用这种方法可大体上能发现漏气率为0.1ml/min地漏气部位。3) 检漏仪检漏。检漏仪检漏是将检漏仪探头沿断路器各连接口表面和铝铸件表面移动, 根据检漏仪读书判断气体的泄漏情况。使用此方法应掌握以下技巧: (1) 探头移动速度应慢, 以防移动过快而错过漏点; (2) 检漏时不应在风速大的情况下, 避免泄漏气体被风吹走而影响检漏; (3) 检漏仪选择灵敏度高响应速度小的检漏仪, 一般使用检漏仪的最低检出量即泄漏量的体积分数小于10-6, 响应速度小于5s较为合适。4) 分割定位法。分割定位法适用三相SF6气路连通的断路器。如已确认有泄漏但难于定位时, 可把SF6气体系统分割成几部分, 再进行检漏, 从而可以减少盲目性。5) 压力下降法。压力下降法适用于设备漏气量较大时。
2.2 定量检漏
定量检漏是测定SF6断路器的泄漏率, 判断标准为年漏气率不大于1%。主要方法有:1) 局部包扎法:用0.1mm厚的塑料薄膜按密度部位的几何形状围一圈半, 接缝向上, 尽可能构成圆形或方形, 经整形后用胶带粘贴密封。塑料薄膜与被测品应保持一定的间隙, 一般为5mm左右, 包扎后经24h测定包扎腔内SF6气体的浓度, 应取不同位置四点的平均值。该密封环节的漏气率可用下式计算:
式中:F-绝对漏气率, 单位时间内的漏气MPa·m3/s;
△C-泄漏气体浓度的测量平均值, ppm;
△t-测量△C的间隔时间, s;
△V-被试品与塑料薄膜间所包围的容积, m3;
P-绝对大气压, 为0.1MPa。
每个气室的年泄漏率Fy:
式中:V-气室内SF6气体的容积, m3;
Pr-额定SF6气体气压, MPa, (表计值) 。
在进行以上计算时较难确定的是以下参数:
△V:由于被试品与塑料薄膜间所包围的容积是不规则形状, 其容积不能直接计算取得, 可采用试验的方法, 利用其它气体或液体通过流量计向包扎腔室内灌注而取容积数据。
V和W:气室内充注SF6, 气体的容积和质量, 该数据厂方都未提供, 可在订货技术条件中要求厂方提供准确数据, 还可在充气过程中采用计量方法来取得较准确的数据。
2) 挂瓶检漏法:在绝缘子检漏孔处悬挂一个瓶子经过数小时后, 再用检漏仪测量瓶内是否有泄漏的SF6气体。
3 结论
SF6断路器是变电站正常运行的重要设备, 是变电站内变压器除外的另一个神经中枢, SF6气体的泄漏对环境造成污染和破坏生态平衡、产生温室效应, 对SF6断路器气体泄漏故障的排除要力求做到快和准, 我们要继续深入研究和探讨SF6断路器气体泄漏的分析和处理的各种先进快速的方法。
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发电机断路器SF6气体泄漏处理 篇4
SF6断路器与传统的油断路器和压缩空气断路器相比, 具有断口电压高、开断能力强、同期性好, 允许连续开断的次数多、维护简单 (基本免维护) , 断路器尺寸小、重量轻、容量大等优点, 在电力系统中得到了广泛的应用。某FKG2S型断路器, 带弹簧操作机构FK3-4, 由三相机械联动的三台单相断路器组成, 采用六氟化硫气体作为绝缘介质和灭弧介质。断路器整体运输到现场安装, 环境温度20℃时, 额定压力0.75MPa。设备安装就位后, 按现场环境温度参照厂家提供的温度压力表格, 充入合格SF6气体0.74MPa, 4小时后, 压力即下降为0.70Mpa, 设备存在明显的气体泄漏, 不能达到电气安装工程电气设备交接标准要求, 不能正常投运。
2 SF6气体泄漏的后果
1) 影响断路器的绝缘性能及正常操作, 严重时导致断路器合闸闭锁, 威胁系统的安全运行;
2) 导致设备内气体湿度增加, 适当条件下可引起SF6水解, 对设备绝缘件和金属部件产生腐蚀作用;另一方面, 水分附着在绝缘件表面, 造成沿面闪络;
3) SF6 气体作为强温室效应气体, 其增温潜势 (GWP, 衡量温室效应大小) 是二氧化碳的22200倍以上, 且不易降解, 大气寿命长达3200年, 对环境影响较大, 保护环境, 控制温室气体排放已可不容缓。
3 SF6气体泄漏的查找方法
1) SF6检漏仪法:利用电子捕获原理, 采用放射性同位素Ni63作为检测器的离子发射体, 只对具有电负性的气体 (如卤素物质以及含有O、S、分子的物质) 产生信号, 灵敏度随物质电负性的增强而增高。由于SF6气体是负电性气体, 具有吸收自由电子形成负离子的特性, 当载气通过放射源时, 被高能射线电离成正离子和慢速电子, 并形成基流。当电负性气体 (如SF6) 从探头进入检测器时, 捕获了检测器中的慢速电子生成负离子, 待检气体负离子与载气正离子复合成为中性化合物, 被载气带出检测室外, 而使原有的基流减少。该基流的减少量与被测气体的浓度成一定数量的比例关系。这样, 通过信号放大器, 将变化了的基流转为浓度指示信号输出, 从而达到检测气体浓度 (体积比) 的要求。
2) 红外成像法:利用SF6 气体的红外吸收特性较空气强, 致使二者反应的红外影像不同的原理, 将通常可见光下看不到的气体泄漏。以红外视频图像的形式直观地反映出来红外成像技术在不需要被测设备停电的情况下, 进行远距离检测 (0～30m) , 能够捕捉微量气体的泄漏 (0.001mL/s) , 准确地找出泄漏位置。
光辐射在气体中传播时由于气体分子对辐射的吸收、散射而衰减, 因此可以利用气体对某一特定波段的吸收来实现对该气体的检测。当光波入射到被检测区域的物体上, 并在物体表面上反射, 反射光沿着原来的光路, 重新返回到检测设备处。由于被测气体与背景有不同的吸收率 (反射率) , 被反射回探测器的光子数量不同, 返回的数据被处理后, 通过显示设备成像。
3) 简易定性检漏法, 利用传统的肥皂水检漏, 用2份洗涤剂, 6份水和2份甘油制成混合液, 用毛刷蘸肥皂液涂抹于可疑的接触面和密封点, 观察是否有气泡产生。
4) 局部包扎法:局部包扎法是对密封面进行局部包扎, 包扎后经24h测定包扎腔内SF6气体的浓度, 取不同位置四点的平均值, 计算该密封环节的漏气率并与标准值比较, 判定其是否泄漏超标。
4 现场检查与处理
现场查漏要根据具体情况确定是定性检测还是定量检测, 一般综合运用上述方法, 互相印证, 缩小范围, 逐步排除, 最终确定泄漏点的准确位置。
本次查漏采用了SF6气体检漏仪定性测试, 分别测量断路器三相各箱体内部, 测试仪显示各相数值为45-50, 38-40, 37-41, 箱体上部数值小, 下部数值略高。可以初步判定三相箱体内部应无气体泄漏, 三相数值不同反应泄漏的气体扩散后, 污染区域受风向影响引起的显示仪数值差异。断路器箱体外部管路见图1。对断路器外部仪表、管路、转轴密封处等部位检测, 发现断路器下部大部分区域均有报警声, 数值显示为130～200, 泄漏的SF6气体积聚在断路器箱体外的下部区域。
SF6相对分子量是146, 而空气的平均分子量是29, 密度约为空气的5倍, SF6气体较重, 不易流动, 在无风的自然环境下有较长的残存期。所以断路器下部SF6气体聚积较多, 影响精确查找泄漏点, 此时可采用强力通风措施, 吹散SF6气体, 更换新鲜空气, 重新检测各疑似泄漏点, 报警区域大幅减少, 反复验证发现B相联管接头区域一直有报警, 用肥皂水核实, 发现确有气泡, 确认了漏点。
连接压力表的接头和充气管的接头都是逆止阀结构, 连接断路器灭弧室的接头也采用逆止阀结构, 拧下B相连接灭弧室的接头后充气管内不应有气体漏出, 此时观察压力表, 压力在缓慢下降, 拧下三相充气管与灭弧室相连处的接头, 压力表读数快速下降, 说明与充气管相连系统有漏点。拆除B相管路侧接头外部整体包覆的黑色塑料皮, , 仔细观察可见丝扣露出3圈, 接头未拧紧, 怀疑此处即是SF6气体泄漏的根源。
恢复所有三相断路器连接管路, 充SF6气体, 补压到额定值0.74MPa, 24小时无泄漏, 说明没有其它漏点, SF6气体泄漏问题圆满解决。
5 结束语
SF6气体泄漏直接影响到设备安全, 如何快速、有效地查找漏点, 消除缺陷是设备管理的重要工作。以上给出了针对ALSTOM发电机出口断路器SF6气体泄漏查找的实例, 为防止类似问题出现, 对同类型成套设备安装交接时应重点防止管路接头的泄漏。
摘要：介绍一起发电机出口SF6断路器的气体泄漏故障判断典型实例, 提出处理的方法。
关键词：发电机出口断路器 (GCB) ,SF6断路器,缺陷,气体泄漏,设备安全
参考文献
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[5]黎斌.SF6高压电器设计[M].北京:机械工业出版社, 2003.
SF6泄漏检测 篇5
关键词：SF6电气设备,气体泄漏,击穿电压,检漏
0引言
SF6气体作为良好的灭弧和绝缘介质, 目前已广泛应 用于GIS组合电器、断路器等电气设备中。今天, 在高压、超高压及特高压领域, SF6气体几乎成为断路器和GIS组合电器唯一的绝缘和灭弧介质。在中压领域, SF6断路器和真空断路器已成为并驾齐驱的两大支柱。随着SF6气体使用量的增加, 范围的扩大, SF6电气设备的气体泄漏也成了非常重要的问题, 日益受到关注。
1SF6电气设备发生气体泄漏的危害
SF6气体作为电气设备中的绝缘介质和灭弧介质, 其绝缘和灭弧能力主要依赖于足够的充气压力和气体的高纯度, 一旦设备中SF6气体发生泄漏将直接影响到设备的安全运行, 同时会对工作人员和 环境造成 较大的危 害。其危害 主要有以 下几点:
1.1SF6气体泄漏会降低电气设备中SF6气体的击穿电压
1.1.1SF6气体的密度降低对 SF6击穿电压的影响
SF6气体的绝缘强度和灭弧能力取决于气体的密度。因此SF6气体密度的降低, 将带来两方面的危害:一是导致设备绝缘强度降低, 二是断路器等气室的开断容量下降, 直接影响设 备运行的可靠性。SF6气体密度的降低通常是由设备的泄漏引起的, SF6气体的工作压力肯定会降低。为了监视运行中SF6气体密度, 断路器通常设有二级信号, 即低压报警信号和闭锁压 力信号。如果设备发生泄漏, 压力降至低压报警值就会及时发出信号、灯光报警, 提示设备内部气体压力降低了, 有异常, 应及时处理。如果压力继续下降至设置的闭锁值, 设备就会 闭锁, 无法操作, 因为此时的SF6气体已经失去了绝缘和灭弧能力, 设备有爆炸的可能。
2009年12月18日, 某变电所GIS组合电器F2-3气室 (110kVⅠ段母线压 变) C相低压报 警, 现场测得 气室压力 为0.285 MPa (额定气压为0.40 MPa) , 水分含量1062μL/L (国标注意值为500μL/L) , 经检漏发 现, 法兰连接 处有针状 缝2个。后来经过补焊等处理, 抽真空, 更换SF6气体, 消除了设备隐患。
1.1.2SF6气体含有杂质、水分对 SF6击穿电压的影响
设备发生泄漏, 外界大气中的空气、水分会 通过泄漏 点进入设备内部, 从而显著降低SF6气体的绝缘能力。空气、杂质微粒在电场作用下易形成“导电小桥”, 致使气体的击穿电压明显降低。管路接头、充气口、法兰处等泄漏点, 是水分进入设备内部的通道。侵入的水分会腐蚀设备, 也会阻碍SF6分解产物的复合, 降低SF6的介质恢复强度。当SF6气体中水分含量超过一定限度时, SF6气体的稳定性会受到破坏, 从而使绝缘性能大大降低。水分特别是液态水分对SF6电气设备的绝缘能力危害极大, 当SF6气体中的水分在绝缘子表面凝成“露”时, 则击穿电压显著下降, 绝缘受到破坏。
某变电所常清线712开关自投运后气 体水分含 量就逐步上升, 达550μL/L。当时就估计设备可能有泄漏, 但在设备不停电情况下没有查到明显的泄漏点。此后该设备多次低 压报警, 每次报警后均采取补气的办法来消除报警信号, 补气周期在一周左右。2010年2月13日, 停电检查, 当时设备 气压为0.44 MPa (额定气压0.50 MPa, 报警气压0.45 MPa) 。经检漏, 发现B相中法兰与 上段瓷瓶 的胶合面 有缝隙, 漏气严重。后将B相瓷瓶整体更换, 消除了故障。
1.2泄漏出的SF6气体对人体的危害
纯净的SF6气体无色、无味, 在常温下化学性能稳定。但在断路器多次分断操作中, 由于电弧放电及水分等杂质的 影响, 不可避免地会生成一些SF6分解产物, 其中一部分是高毒性分解物, 它们会对皮肤、黏膜等产生刺激, 如果大量 吸入, 会引起肺水肿和头晕, 甚至有致人死亡的可能。
1.3泄漏出的SF6气体对环境的影响
温室效应, 是指大气中的CO2、SF6等气体能透过太阳短波的辐射, 使地球表面温度升高, 同时又能有效地阻挡地球 表面发射长波辐射, 使得大气温度升高。SF6气体就是产生温室效应的气体之一, 并且具有较严重的危害, 因为一个SF6气体分子比一个CO2分子对温室效应的影响要大得多, 约为一个CO2分子的20000多倍。另外大气中的SF6气体性质稳定, 寿命特别长, 难以分解, 对环境的影响相当大。
2控制SF6电气设备发生气体泄漏的方法
2.1加强对SF6电气设备的检漏
GB/T8905—1996规定SF6设备每个隔室的年漏气率不大于1%, 并且将SF6气体泄漏量的检查作为SF6电气设备交接和运行监督的主要项目。通过仔细的检漏, 可以发现泄漏点并及时处理, 提高设备的 密封性能, 减少或消 除设备的 泄漏情况。SF6气体泄漏检查一般可分为定性检漏和定量检漏2种。
2.1.1定性检漏
定性检漏是对设备进行直接检测, 查出设备的泄漏情况及泄漏点的具体部位, 从而为设备检修提供可靠的依据。定性检漏并不能有效地反映泄漏量, 仅能判断设备是否存在漏 气, 它应该是定量检漏前的预检。定性检漏通常有检漏仪检漏、抽真空检漏2种方法。
现场工作中常用的是检漏仪检漏。用高灵敏度的SF6气体检漏仪探头在设备 充气口、密度 继电器及 连接件附 近进行反复、缓慢移动, 根据检漏仪的声光等信号来判断被测部件的气体泄漏情况。对气路管道各连接处必 须仔细检查, 速度一般以10mm/s左右为宜, 以防探头移动过快而错过泄漏点。如无漏点则认为设备密封性能良好。
2.1.2定量检漏
定量检漏是通过计算泄漏点的泄漏量, 从而得到气室的年漏气率。定量检漏通常采用扣罩法、挂瓶法、包扎法、压力折算法等。
包扎法是工作中常用的方法。用厚塑料 薄膜将设 备围一圈半以上, 尽量使缝口朝上, 构成圆形或方形等规则形状, 然后边缘用白布带扎紧或胶带粘贴密封。薄膜与设备间保留空隙, 一般5mm左右, 在规定的时间间隔后, 用仪器测量间隙内SF6气体浓度值, 然后分别计算出漏气量、年漏气率, 得出设备的泄漏情况。
2.2加强对SF6气体密度的运行监测
SF6气体耐压强度取决于气体的密度, 即单位体积内SF6气体的分子数。因此为了保证设备的可靠运行, 必须监测SF6气体的密度。在实际工作中, 常常用压力表来监测SF6气体的泄漏。我们可以根据测量时的气体温度, 在SF6气体的温度特性曲线上找到相应的额定气压值, 通过与实际测量值比较, 了解气体的泄漏情况。
2.3采用新材料、新技术, 减少设备泄漏
通过技术革新来提高设备的密封性能, 同时采用 新工艺、新技术, 有效减少SF6气体泄漏量。如设备的直动密封、转动密封采用波纹管结构, 靠波纹管 的蠕变来 提供所需 的行程或 转角。提高设备的设计水平, 改变设备结构, 减小充气空间, 这样可减少SF6气体的使用量, 降低泄漏率。另外在保证电气设备性能的前提下, 尽量降低SF6气体充气压力, 这样可能减少漏气, 提高密封性能。
2.4采用混合气体代替SF6气体
寻找能完全代替SF6的气体, 是有效防止SF6气体泄漏 产生危害的终极措施。N2/SF6混合气体是良好的绝缘介质, 能满足电气设备绝缘强度的要求, 有接近于纯SF6气体的绝缘性能。西门子公司已开始在高寒地区的断路器中使用N2/SF6混合气体, 取得了一定的效果。
3结语
SF6气体作为绝缘介质, 在电力系统中得到广泛使用, 而且使用量越来越大, 这样不可避免地会发生泄漏, 从而给设 备和电网的安全运行带来威胁, 给人类赖以生存的环境带来污染和破坏。减少SF6气体的泄漏量, 寻找综合性能更好的气体, 是有效控制其泄漏导致危害的方法。
机电信息2014年第33期总第423期89
参考文献
SF6泄漏检测 篇6
SF6是一种人造惰性气体, 它是由法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的。SF6具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能, 其耐电强度为同一压力下氮气的2.5倍, 击穿电压是空气的2.5倍, 灭弧能力是空气的100倍, 是一种优于空气和油之间的新一代超高压绝缘介质材料。由于其卓越性能, 目前已被广泛应用于高压开关、气体绝缘全封闭组合电器 (GIS) 中。
纯净的SF6气体虽然无毒, 但如果其浓度过大或者在电弧作用下分解, 则可能会对人体造成致命伤害。SF6气体的密度大约是空气的五倍、SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处, 如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险。在电弧作用下SF6的分解物如SF4, S2F2, SF2, SOF2, SO2F2, SOF4和HF等, 它们都有强烈的腐蚀性和毒性。因此我国《电业安全工作规程》特别规定, 在GIS等应用SF的工作场所, 必须安装氧气和SF6监测和报警装置, 并安装必要的通风换气装置。
1 SF6泄漏报警自排装置结构及功能
1.1 石泉水电厂GIS室概况
石泉水电厂GIS室, 包括石洋、石葛两回出线和4号主变高压侧开关三个单元及110KVⅠ、Ⅱ母线延伸段设备, 共23个气室, 系陕西电网220kv降压改造时兴建的, 担负着石泉电厂60%左右的负荷送出任务, 是石泉水电厂外送的主要通道, 也是运行操作、巡视和检修作业的重要区域, 一旦发生SF6泄漏而未被及时发现, 将严重威胁人员的生命安全。
1.2 SF6泄漏报警自排装置原理及构成
石泉水电厂GIS室SF6泄漏报警自排系统运用了电子探测技术、数据采集、数据处理、通信技术, 由气体综合分析仪、监控主机、轴流风机以及辅助的温湿度控制仪组成。
(1) 气体综合分析仪。在三台断路器间隔内, 分别装设有SF6气体含量检测分析仪和O2含量检测分析仪, 定时对安装处的环境气体进行检测, 并通过RS485通讯网络将数据上传监控主机。若检测到有SF6气体泄漏时, 气体分析仪面板指示灯点亮, 显示该变送器安装处的间隔或设备有SF6气体泄漏现象。微量监测技术能发出早期现场报警, 并指示气体泄漏相应间隔位置, 及时通知危险地点内人员疏散, 寻找及消除泄漏源, 保护运行设备。
(2) 监控主机。监控主机装设在GIS室门口, 由中央处理单元、语音报警单元、RS485通讯及以太网通讯单元组成, 是整套装置的大脑。能自动记录和处理各种报警数据及实时数据, 并按照设定的方式控制语音报警和启停风机。当工作人员时, 能自动报告SF6气体有无泄漏及氧气含量情况, 并能在液晶屏上显示各单元SF6、O2含量及温湿度数据。
(3) 排风系统。该系统由风机控制箱和和两台轴流风机构成。由于SF6气体密度大于空气, 所以轴流风机装设在靠地面处。风机控制方式灵活, 可在SF6泄漏或温湿度超标时自动启动, 也可通过监控主机定时或手动启动, 在监控主机故障时还能通过控制箱上的开关强制启动。
(4) 温湿度分析仪。温湿度变送器内的温湿度传感器由单片机控制, 实时对安装处的环境进行检测, 并通过RS485通讯网络将数据上传监控主机。其电源和通讯线由集线器通过航空插头引入。
(5) 门禁探测报警灯。该灯由热释红外探测回路和闪光报警回路构成, 当有工作人员进入开关室时, 探测回路发出信号, 通知监控主机启动排风系统, 确保工作环境安全;当系统检测到有SF6泄漏时, 监控主机启动排风系统和闪光报警系灯, 禁止人员进入开关室。
2 运行与维护
SF6泄漏报警自排装置既是确保人身安全的防护装置, 也是监测设备状态的重要工具。在日常维护中, 加强对其的检查和维护。
2.1 科学设置
根据《电力安全工作规程》 (发电厂和变电站电气部分) 规定, 目前其设置缺氧报警点为<18%, SF6气体泄漏报警点为>1000ppm, 并根据运行巡回时间规定, 提前15分钟通风。
2.2 日常维护
运行人员巡回GIS主设备时, 同时应巡视SF6泄漏报警自排装置各部元件完好, 功能正常, 发现异常应及时通知设备管理部门处理。
2.3 应急处置
当发生SF6泄漏时, 应立即轴流风机强制通风30分钟后, 方可进入, 进入时应穿着SF6防护服。如漏气严重, 达到开关闭锁值时, 应立即倒换运行方式, 停运设备, 进行抢修。
3 结语
石泉水电厂GIS室SF6泄漏报警自排系统的装设和使用, 有利于SF6气体的监督, 实现了SF6气体的在线监测, 为SF6设备开展状态检修提供了技术保证;该系统的应用缩短了停电检修、补气的时间, 节约了检修费用;系统的在线实时监测, 即可及时发现设备中SF6气体漏气现象, 及时排除隐患, 有利于安全运行, 又可减少了SF6气体的排放量, 有利于环境保护和工作人员的身心健康, 经济效益和社会效益均十分明显。
摘要：随着GIS设备的广泛应用, SF6气体及其电弧作用下分解产生的气体可能产生的人身伤害, 越来越受到电力行业的重视。本文阐述了石泉水电厂GIS室SF6泄漏报警自排系统的结构、原理, 并介绍了该厂在其运行维护方面的经验。
关键词：SF6泄漏报警,自排装置,应用
参考文献
[1]沈谢林, 林一泓.SF6激光成像检漏技术的应用[J].福建电力与电工, 2008 (03) .