Terplaatst Testen van SF6 Gasdichtheidrelais: Relevante Vraagstukken

Inleiding

SF6-gas wordt breed gebruikt als isolerend en boogdoofmakend medium in hoog- en ultrahoogspanningsapparatuur vanwege zijn uitstekende isolatie-, boogdoof- en chemische stabiliteitseigenschappen. De isolatiesterkte en de boogdoofcapaciteit van elektrische apparatuur hangen af van de dichtheid van SF6-gas. Een daling van de dichtheid van SF6-gas kan leiden tot twee belangrijke gevaren:

• Vermindering van de dielektrische sterkte van de apparatuur;

• Vermindering van de onderbrekingscapaciteit van schakelaars.

Bovendien leidt gaslekkage vaak tot vochtinbreng, wat de vochtgehalte van SF6-gas verhoogt en de isolatieprestaties nog verder degradeert. Daarom is het monitoren van de dichtheid van SF6-gas essentieel voor veilige werking van de apparatuur.

Een SF6-gasdichtheidsrelais (ook bekend als dichtheidsmonitor, -regelaar of -meter) wordt op SF6-elektrische apparatuur geïnstalleerd om veranderingen in de interne gasdichtheid weer te geven. Het detecteert drukvariaties om dichtheidsveranderingen aan te geven, geeft een alarmsignaal wanneer de dichtheid daalt tot een ingestelde alarmdrempel, en blokkeert schakeloperaties als deze verder daalt tot een blokkeerdrempel. Aangezien de prestaties ervan direct de veiligheid van de apparatuur beïnvloeden, is regelmatig testen van de betrouwbaarheid en nauwkeurigheid cruciaal.

1. Soorten en werking van SF6-gasdichtheidsrelais

1.1 Mechanische gasdichtheidsrelais

Mechanische relais kunnen worden ingedeeld naar structuur in beltype en buisvormig type, en naar functie in met drukweergave en zonder. Beide types gebruiken temperatuurcompensatie om de gasdichtheid te bewaken.

Met als voorbeeld het typische beltype (zie figuur 1):

• Een vooraf gevulde kamer is gevuld met SF6-gas onder dezelfde druk als de bewaakte kamer;

• Een metalen bel is verbonden met de bewaakte kamer;

• Bij een lek neemt de interne druk in de bel af, waardoor een drukverschil ontstaat dat de bel comprimeert. Deze beweging activeert een microschakelaar via een mechanische koppeling, waardoor een alarmsignaal of blokkeersignaal wordt getriggerd.

Aangezien de vooraf gevulde kamer zich in dezelfde omgeving bevindt, hebben temperatuurveranderingen gelijke invloed op beide zijden, waardoor automatische temperatuurcompensatie mogelijk is.

Figuur 1. Werking van mechanisch gasdichtheidsrelais
(Opmerking: 4—microschakelaar; 3—bimetale strip; 2—metalene bel; 1—vooraf gevulde kamer)

1.2 Digitale gasdichtheidsrelais

Deze relais maken gebruik van de sterke elektronegativiteit van SF6-moleculen. Een alfadeeltjesbron in een ionisatiekamer ioniseert het gas, en onder een toegepaste gelijkrichtende elektrische veld wordt een ionstroom gevormd. Deze stroom is evenredig met de gasdichtheid. Als de dichtheid afneemt, neemt de uitvoerstroom af, waardoor real-time monitoring mogelijk is.

Voordelen van digitale dichtheidsrelais zijn:

• Directe digitale weergave van druk, equivalentiedruk bij 20°C, en apparaatstemperatuur;

• Compatibiliteit met computersystemen voor online monitoring;

• Mogelijkheid om lektrendcurves te plotten, ondersteuning voor conditiëring gebaseerde onderhoudsstrategieën;

• Volledige schaal meting zonder bereiksswitching, met veldinstelbare parameters;

• Uitvoer van gasaanvullingsalarm en onderdruk-blokkeercontactsignalen.

Figuur 2. Werking van digitaal gasdichtheidsrelais
(Opmerking: Alfadeeltjes in de ionisatiekamer ioniseren SF6-gas; elektronen migreren naar de anode, positieve ionen keren terug naar de emitter, genereren een stroom die wordt versterkt en uitgevoerd)

2. Noodzaak van ter plaatse testen van dichtheidsrelais

Dichtheidsrelais kunnen ter plaatse of in een laboratorium worden getest. Hoewel laboratoriumtesten hogere precisie bieden, hebben ze enkele nadelen:

• Demontage breekt de oorspronkelijke verzegeling, waardoor herassembly en verzegeling moeilijk te garanderen zijn;

• Precisiemeters kunnen door transportshocks hun kalibratie verliezen;

• Strakke onderhoudsschema's maken demontage en herassembly tijdrovend.

Daarom wordt ter plaatse testen aanbevolen wanneer mogelijk, omdat het efficiënter en veiliger is.

3. Instrumenten voor ter plaatse testen

Aangezien SF6-elektrische apparatuur niet mag worden besmet met olie of andere gassen, kan alleen SF6-gas worden gebruikt als testmedium. Een ideaal kalibratieapparaat zou moeten hebben:

• Een geïntegreerde SF6-gascilinder;

• Aanpasbare druk;

• Automatische temperatuurcompensatie en conversie.

Dit artikel introduceert de JMD-1A SF6 Gas Density Relay Calibration Unit, die de volgende kenmerken heeft:

• Ingebouwde SF6-cilinder en drukregelingsysteem;

• Isolatie van de gasleiding van de apparatuur tijdens testen, gebruik van eigen gasvoorziening;

• Automatische conversie van gemeten waarden naar standaarddruk bij 20°C;

• Jaarlijkse fabriekskalibratie vereist om nauwkeurigheid te waarborgen;

• Nauwkeurigheidsklasse 0,5, voldoet aan de eis dat "standaardinstrumentfout niet meer dan één derde van de fout van het geteste instrument mag zijn" (geteste relais zijn meestal onder klasse 1,5), volledig voldoende voor ter plaatse eisen.

4. Testinhoud voor gasdichtheidsrelais

4.1 Testnormen en frequentie

Volgens GB50150-1991 en DL/T596-1996:

• Nieuwe apparatuur moet voor inbedrijfstelling worden getest op dichtheidsrelais;

• In gebruik zijnde apparatuur moet elke 1–3 jaar worden getest, of na grote onderhoudsacties of indien nodig;

• Actiewaarden moeten voldoen aan de technische specificaties van de fabrikant;

• Drukmeetinstrumentenindicatiefout en hysteresis moeten binnen toegestane grenzen liggen voor de gespecificeerde nauwkeurigheidsklasse.

4.2 Testitems

Belangrijkste testitems omvatten:

• Alarm (gas aanvullen) activeringsdruk;

• Blokkeringsactiveringsdruk;

• Blokkeringsretourdruk;

• Alarm retourdruk;

• Als er een drukmeter is, moet ook de indicatie daarvan worden getest.

Drukmeetinstrumenten testvereisten:

• Ten minste 5 testpunten gelijkmatig verdeeld over het bereik;

• Twee volledige cykels van onder- en overdruk;

• Langzaam en gestaag toepassen van druk, metingen nemen op elk punt;

• De maximale indicatiefout van de twee cykels wordt als eindresultaat genomen.

Actiewaardevereisten:

• Moet voldoen aan de specificaties van de fabrikant;

• Het verschil tussen activerings- en retourdruk moet minder dan 0,02 MPa zijn;

• Alle drukwaarden moeten worden omgezet naar standaardwaarden bij 20°C;

• Noteer de omgevingstemperatuur, de gemeten druk en de omgezette 20°C-druk.

5. Verbindingsmethoden tussen dichtheidsrelais en apparatuur

Er zijn vier algemene verbindingssoorten:

• Met isolatieklep
       Een klep (FA) is geïnstalleerd tussen het relais en de apparatuur. Tijdens het testen sluit u FA, verbindt u de testkop, en opent u FB om te beginnen met testen.

• Met checkklep
       Na verwijdering van het relais, zorgt de checkklep automatisch voor het afsluiten van de kant van de apparatuur, waardoor de testapparatuur rechtstreeks kan worden verbonden met de externe poort.

• Met checkklep + duwknop (zie figuur 3)
       Geen demontage nodig. Draai de duwknop los op W2; de checkklep F1 isoleert automatisch de gasweg, waardoor de testkop rechtstreeks kan worden verbonden.

Figuur 3. Schematische weergave van dichtheidsrelais met checkklep en duwknop
(Labels: B1—dichtheidsrelais; W1—gasophladingspoort; W2—testpoort; MA—drukmeetinstrument; F1—checkklep)

• Directe verbinding zonder isolatie
       Dit is een onredelijke ontwerp. Als het relais faalt, kan het niet worden vervangen of getest online en moet het wachten tot een grote revisie. Het wordt aanbevolen om tijdens de revisie isolatiekleppen te installeren voor toekomstig onderhoud.

Conclusie: De eerste drie verbindingstypen staan ter plaatse testen toe; de vierde niet.

6. Voorzorgsmaatregelen voor ter plaatse kalibratie

• Afsluiten van de stroom: Testen moet plaatsvinden met de apparatuur gedemonteerd. Verbindingen van de controlekracht en alarm-/blokkeercontacten moeten worden geïsoleerd op het terminalblok om onbedoelde secundaire circuitoperaties te voorkomen.

• Verbindingsstructuur bevestigen: Verbindingsstructuren variëren tussen apparaten. Bevestig het type voordat u begint met demontage om misoperaties en gaslekkages te voorkomen.

• Herstellen van isolatiekleppen: Na het testen, zorg ervoor dat alle isolatiekleppen correct worden hersteld en gecontroleerd.

• Schoonmaken van aansluitingen: Schoon alle pijpaansluitingen voor en na het testen. Spoel indien nodig met een kleine hoeveelheid SF6-gas om besmetting of vochtinbreng te voorkomen.

• Vervangen van dichtingen: Bescherm de dichtvlakken, vervang met nieuwe dichtingen en voer lekdetectie uit na herassembly.

• Conversie van druk-eenheden: De JMD-1A-tester geeft manometrische druk weer. Als het relais absolute druk gebruikt (bijv. ABB LTB145D schakelaar), converteer dan de eenheden voordat u vergelijkt.

7. Conclusie

Het SF6-gasdichtheidsrelais is een cruciale component voor veilige werking van SF6-elektrische apparatuur. Zijn functionele prestaties beïnvloeden direct de betrouwbaarheid van het systeem. Daarom moet regelmatig ter plaatse testen worden uitgevoerd volgens relevante voorschriften om nauwkeurigheid en betrouwbaarheid te waarborgen. Tijdens het testen is strikte naleving van de voorgeschreven testcycli, procedures en voorzorgsmaatregelen essentieel om veiligheidsrisico's te elimineren en foute conclusies te voorkomen.