Полевые испытания реле плотности газа SF6: актуальные вопросы

Введение

Газ SF6 широко используется в качестве изоляционной и дугогасящей среды в высоковольтном и сверхвысоковольтном электрооборудовании благодаря своим отличным изоляционным, дугогасящим свойствам и химической стабильности. Изоляционная прочность и дугогасящая способность электрооборудования зависят от плотности газа SF6. Уменьшение плотности газа SF6 может привести к двум основным опасностям:

• Уменьшение диэлектрической прочности оборудования;

• Снижение прерывательной способности выключателей.

Кроме того, утечка газа часто приводит к попаданию влаги, увеличивая содержание влаги в газе SF6 и еще больше ухудшая изоляционные характеристики. Поэтому мониторинг плотности газа SF6 является необходимым для обеспечения безопасной работы оборудования.

Реле плотности газа SF6 (также известное как датчик плотности, контроллер или прибор для измерения плотности) устанавливается на электрооборудование с газом SF6 для отражения изменений внутренней плотности газа. Оно обнаруживает изменения давления, чтобы указывать на изменения плотности, подавая сигнал тревоги, когда плотность падает до предустановленного уровня тревоги, и блокируя операции переключения, если она снижается до уровня блокировки. Учитывая, что его производительность напрямую влияет на безопасность оборудования, регулярное тестирование его надежности и точности является критически важным.

1. Типы и принципы работы реле плотности газа SF6

1.1 Механические реле плотности газа

Механические реле можно классифицировать по конструкции на гофрированные и биметаллические трубчатые, а по функциональности - на те, которые имеют индикацию давления и не имеют. Оба типа используют температурную компенсацию для мониторинга плотности газа.

На примере типичного гофрированного (см. Рисунок 1):

• Предварительно заправленная камера заполнена газом SF6 под таким же давлением, как и контролируемая камера;

• Металлическая гофра соединена с контролируемой камерой;

• При утечке внутреннее давление в гофре уменьшается, создавая разницу давлений, которая сжимает гофру. Это движение активирует микропереключатель через механическую связь, вызывая сигнал тревоги или блокировки.

Так как предварительно заправленная камера находится в той же среде, изменения температуры одинаково влияют на обе стороны, обеспечивая автоматическую температурную компенсацию.

Рисунок 1. Принцип работы механического реле плотности газа
(Примечание: 4—микропереключатель; 3—биметаллическая полоса; 2—металлическая гофра; 1—предварительно заправленная камера)

1.2 Цифровые реле плотности газа

Эти реле используют сильную электроотрицательность молекул SF6. Источник альфа-частиц в ионизационной камере ионизирует газ, и при применении постоянного электрического поля образуется ионный ток. Этот ток пропорционален плотности газа. При уменьшении плотности выходной ток уменьшается, что позволяет осуществлять мониторинг в реальном времени.

Преимущества цифровых реле плотности включают:

• Прямое цифровое отображение давления, эквивалентного давления при 20°C и температуры оборудования;

• Совместимость с компьютерными системами для онлайн-мониторинга;

• Возможность построения кривых трендов утечки, поддерживающих обслуживание по состоянию;

• Полный диапазон измерений без переключения диапазонов, с параметрами, настраиваемыми на месте;

• Выход сигнала тревоги о необходимости заправки газом и сигнала блокировки при недостаточном давлении.

Рисунок 2. Принцип работы цифрового реле плотности газа
(Примечание: Альфа-частицы в ионизационной камере ионизируют газ SF6; электроны перемещаются к аноду, положительные ионы возвращаются к эмиттеру, создавая ток, который усиливается и выводится)

2. Необходимость проведения полевых испытаний реле плотности

Реле плотности можно испытывать как на месте, так и в лаборатории. Хотя лабораторные испытания обеспечивают более высокую точность, они имеют несколько недостатков:

• Разборка нарушает первоначальную герметичность, что делает повторную сборку и герметизацию трудной для гарантии;

• Точные приборы могут потерять калибровку из-за ударов при транспортировке;

• Жесткие графики технического обслуживания делают разборку и повторную сборку времязатратной.

Поэтому рекомендуется проводить полевые испытания, когда это возможно, так как они более эффективны и безопасны.

3. Приборы, используемые для полевых испытаний

Поскольку электрооборудование с газом SF6 не должно загрязняться маслом или другими газами, в качестве испытательной среды можно использовать только газ SF6. Идеальное калибровочное устройство должно иметь:

• Встроенную баллон с газом SF6;

• Регулируемое давление;

• Автоматическую температурную компенсацию и преобразование.

В этой статье представлен калибровочный блок JMD-1A для реле плотности газа SF6, который имеет следующие особенности:

• Встроенный баллон с газом SF6 и систему регулирования давления;

• Изолирует газовый контур оборудования во время испытаний, используя собственный источник газа;

• Автоматически преобразует измеренные значения в стандартное давление при 20°C;

• Требует ежегодной заводской перекалибровки для обеспечения точности;

• Класс точности 0,5, что соответствует требованию, что "ошибка стандартного прибора не должна превышать одну треть ошибки испытуемого прибора" (испытуемые реле обычно ниже класса 1,5), полностью удовлетворяет требованиям на месте.

4. Содержание испытаний реле плотности газа

4.1 Нормы и частота испытаний

Согласно GB50150-1991 и DL/T596-1996:

• Новое оборудование должно пройти испытания реле плотности перед вводом в эксплуатацию;

• Оборудование, находящееся в эксплуатации, должно проходить испытания каждые 1–3 года, или после крупного ремонта или по необходимости;

• Значения действий должны соответствовать техническим спецификациям производителя;

• Ошибка показаний манометра и гистерезис должны находиться в допустимых пределах для указанного класса точности.

4.2 Пункты испытаний

Основные пункты испытаний включают:

• Давление активации сигнала тревоги (заправка газом);

• Давление активации блокировки;

• Давление возврата блокировки;

• Давление возврата сигнала тревоги;

• Если оборудован манометром, его показания также должны быть проверены.

Требования к испытанию манометра:

• Не менее 5 контрольных точек, равномерно распределенных по диапазону;

• Два полных цикла повышения и понижения давления;

• Давление должно подаваться медленно и равномерно, с чтением показаний в каждой точке;

• Максимальная ошибка показаний из двух циклов принимается как окончательный результат.

Требования к значению действия:

• Должны соответствовать спецификациям производителя;

• Разница между давлением активации и возврата должна быть меньше 0,02 МПа;

• Все значения давления должны быть преобразованы в стандартные значения при 20°C;

• Записываются окружающая температура, измеренное давление и преобразованное давление при 20°C.

5. Способы подключения реле плотности к оборудованию

Существуют четыре распространенных типа подключения:

• С изолирующим клапаном
       Клапан (FA) установлен между реле и оборудованием. Во время испытаний закройте FA, подключите головку испытательного устройства, затем откройте FB, чтобы начать испытания.

• С обратным клапаном
       После удаления реле обратный клапан автоматически герметизирует сторону оборудования, позволяя непосредственно подключить испытательное устройство к внешнему порту.

• С обратным клапаном + болт-плунжер (см. Рисунок 3)
       Не требуется разборка. Открутите болт-плунжер на W2; обратный клапан F1 автоматически изолирует газовый путь, позволяя непосредственно подключить головку испытательного устройства.

Рисунок 3. Схема реле плотности с обратным клапаном и болтом-плунжером
(Метки: B1—реле плотности; W1—порт зарядки газа; W2—порт испытания; MA—манометр; F1—обратный клапан)

• Прямое подключение без изоляции
       Это нерациональный дизайн. Если реле выходит из строя, его нельзя заменить или испытать онлайн, и необходимо ждать капитального ремонта. Рекомендуется установить изолирующие клапаны во время ремонта для будущего обслуживания.

Заключение: Первые три типа подключения позволяют проводить полевые испытания; четвертый — нет.

6. Предостережения при полевой калибровке

• Операция при отключенном питании: Испытания должны проводиться при отключенном оборудовании. Отключите питание управления и изолируйте контакты тревоги/блокировки на терминальной колодке, чтобы предотвратить непреднамеренную работу вторичных цепей.

• Подтверждение типа подключения: Конструкции подключения различаются среди оборудования. Подтвердите тип перед разборкой, чтобы предотвратить неправильные действия и утечку газа.

• Восстановление изолирующих клапанов: После испытаний убедитесь, что все изолирующие клапаны восстановлены в правильные положения и проверены.

• Очистка соединителей: Очистите все трубные соединители перед и после испытаний. При необходимости промойте небольшим количеством газа SF6, чтобы предотвратить загрязнение или попадание влаги.

• Защита уплотнительных поверхностей: Защитите уплотнительные поверхности, замените новыми прокладками и проведите обнаружение утечек после сборки.

• Перевод единиц давления: Калибровочный блок JMD-1A отображает избыточное давление. Если реле использует абсолютное давление (например, выключатель ABB LTB145D), переведите единицы перед сравнением.

7. Заключение

Реле плотности газа SF6 является критическим компонентом, обеспечивающим безопасную работу электрооборудования с газом SF6. Его рабочие характеристики напрямую влияют на надежность системы. Поэтому регулярные полевые испытания должны проводиться в соответствии с соответствующими нормами, чтобы обеспечить точность и надежность. В процессе испытаний необходимо строго соблюдать предписанные циклы, процедуры и предостережения, чтобы исключить опасности и предотвратить ошибочные выводы.