Platsbaserad testning av SF6-gastäthetsreläer: Relevanta frågor

Introduktion

SF6-gas används vidt och brett som isolerande och bågsläckande medium i högspännings- och extra-högspänningsutrustning tack vare dess utmärkta isolerande egenskaper, bågsläckande förmåga och kemiska stabilitet. Isoleringsstyrkan och bågsläckandekapaciteten hos elektrisk utrustning beror på SF6-gass densitet. En minskning av SF6-gass densitet kan leda till två huvudsakliga risker:

• Förminskad dielektrisk styrka hos utrustningen;

• Minskad avbrottskapacitet hos strömbrytare.

Dessutom leder gasläckage ofta till fuktinträngning, vilket ökar fukthalten i SF6-gasen och ytterligare förvärrar isoleringsprestandan. Därför är det nödvändigt att övervaka SF6-gass densitet för att säkerställa säker drift av utrustningen.

En SF6-gasdensitetsrelä (även känd som densitetsmonitor, kontrollerare eller densitetsmätare) installeras på SF6-elektrisk utrustning för att återspegla ändringar i den interna gassdensiteten. Det upptäcker tryckvariationer för att indikera densitetsförändringar, ger ett larmsignal när densiteten sjunker till ett förinställt alarmnivå, och låser omkopplingar om den ytterligare sjunker till en låsnivå. Eftersom dess prestanda direkt påverkar utrustningssäkerheten är regelbunden testning av dess tillförlitlighet och noggrannhet avgörande.

1. Typer och fungeringsprinciper för SF6-gasdensitetsreläer

1.1 Mekaniska gasdensitetsreläer

Mekaniska reläer kan klassificeras efter struktur till bälge-typ och bourdonrörstyp, och efter funktion till de som har tryckvisning och de som inte har. Båda typerna använder temperaturkompensation för att övervaka gassdensiteten.

Som exempel på den typiska bälge-typen (se figur 1):

• En förtryckt kammare fylls med SF6-gas under samma tryck som den övervakade kammaran;

• En metallbälge är ansluten till den övervakade kammaran;

• När en läcka uppstår minskar det inre trycket i bälgen, vilket skapar ett tryckdifferens som komprimerar bälgen. Denna rörelse aktiverar en mikroväxel via en mekanisk koppling, vilket utlöser ett larm eller låssignal.

Eftersom den förtryckta kammaran befinner sig i samma miljö, påverkar temperaturförändringar båda sidorna lika, vilket möjliggör automatisk temperaturkompensation.

Figur 1. Princip för mekanisk gasdensitetsrelä
(Notering: 4—mikroväxel; 3—bimetallband; 2—metallbälge; 1—förtryckt kammare)

1.2 Digitala gasdensitetsreläer

Dessa reläer utnyttjar den starka elektronegativiteten hos SF6-molekyler. En alfa-partikelkälla i en jonisationskammare joniserar gasen, och under ett applicerat DC-elkraftsfält bildas en jonström. Denna ström är proportionell mot gassdensiteten. När densiteten minskar, minskar utgångsströmmen, vilket möjliggör realtidsövervakning.

Fördelar med digitala densitetsreläer inkluderar:

• Direkt digital visning av tryck, ekvivalenttryck vid 20°C och utrustningstemperatur;

• Kompatibilitet med datorsystem för onlineövervakning;

• Förmåga att rita läckagetrendkurvor, vilket stöder tillståndsunderhåll;

• Fullskalig mätning utan intervallsbyten, med fältjusterbart parametrar;

• Utmatning av gasfyllningslarm och undertryckslås kontakt-signaler.

Figur 2. Princip för digital gasdensitetsrelä
(Notering: Alfa-partiklar i jonisationskammaren joniserar SF6-gas; elektroner migrerar till katoden, positiva jonerna återvänder till emittern, vilket genererar en ström som förstärks och utmattas)

2. Nödvändigheten av platsbaserad testning av densitetsreläer

Densitetsreläer kan testas antingen på plats eller i laboratorium. Medan laboratorietestning erbjuder högre precision, finns det flera nackdelar:

• Avmontering bryter den ursprungliga tätningen, vilket gör det svårt att garantera återmontering och täthet;

• Precisioninstrument kan mista kalibrering på grund av transportchocker;

• Täta underhållsprogram gör av- och återmontering tidskrävande.

Därför rekommenderas platsbaserad testning när det är möjligt, eftersom det är mer effektivt och säkrare.

3. Instrument som används för platsbaserad testning

Eftersom SF6-elektrisk utrustning inte får förorenas med olja eller andra gaser, måste endast SF6-gas användas som provmedium. Ett idealiskt kalibreringsinstrument bör ha:

• En integrerad SF6-gascylinder;

• Justerbart tryck;

• Automatisk temperaturkompensation och konvertering.

Denna artikel introducerar JMD-1A SF6 Gas Density Relay Calibration Unit, som har följande egenskaper:

• Inbyggd SF6-cylinder och tryckregleringssystem;

• Isolerar utrustningens gasledning under testning, genom att använda sin egen gasleverans;

• Konverterar automatiskt mätvärden till standardtryck vid 20°C;

• Kräver årlig fabrikskalibrering för att säkerställa noggrannhet;

• Noggrannhetsklass 0.5, vilket uppfyller kravet att "standardinstrumentfel skall inte överstiga en tredjedel av det testade instrumentets fel" (testade reläer är vanligtvis under klass 1.5), fullt tillfredsställer platsbaserade krav.

4. Testinnehåll för gasdensitetsreläer

4.1 Teststandarder och frekvens

Enligt GB50150-1991 och DL/T596-1996:

• Ny utrustning måste testas för densitetsrelä innan den sätts i drift;

• I driftbefintlig utrustning bör test utföras varje 1–3 år, eller efter stora underhållsåtgärder eller vid behov;

• Åtgärdsvärden måste vara i enlighet med tillverkarens tekniska specifikationer;

• Tryckmätars indikationsfel och hysteres måste ligga inom tillåtna gränser för den angivna noggrannhetsklassen.

4.2 Testobjekt

Huvudtestobjekt inkluderar:

• Larm (gasfyllning) aktiveringstryck;

• Låsaktiveringstryck;

• Låsreturtryck;

• Larmreturtryck;

• Om utrustningen är utrustad med en tryckmätare, måste dess indikation också testas.

Krav för test av tryckmätare:

• Minst 5 testpunkter jämnt fördelade över området;

• Två fulla cykler av tryckökning och tryckminskning;

• Tryck tillämpas långsamt och jämnt, med läsningar tagna vid varje punkt;

• Det maximala indikationsfelet från de två cyklerna tas som slutresultat.

Krav för åtgärdsvärden:

• Måste vara i enlighet med tillverkarens specifikationer;

• Skillnaden mellan aktiveringstryck och returtryck bör vara mindre än 0.02 MPa;

• Alla tryckvärden måste konverteras till standardvärden vid 20°C;

• Registrera omgivningstemperatur, mätt tryck och konverterat 20°C-tryck.

5. Kopplingsmetoder mellan densitetsrelä och utrustning

Det finns fyra vanliga kopplingstyper:

• Med isoleringsventil
       En ventil (FA) är installerad mellan reläet och utrustningen. Under testning, stäng FA, anslut testhuvud, öppna sedan FB för att börja testa.

• Med checkventil
       Efter att ha avmonterat reläet, sluter checkventilen automatiskt utrustningsidan, vilket möjliggör direkt anslutning av testutrustningen till den externa porten.

• Med checkventil + plungerbolag (se Figur 3)
       Ingen demontering krävs. Lossa plungerbolaget vid W2; checkventilen F1 isolerar automatiskt gasvägen, vilket möjliggör direkt anslutning av testhuvud.

Figur 3. Skiss av densitetsrelä med checkventil och plungerbolag
(Etiketter: B1—densitetsrelä; W1—gasfyllningsport; W2—testport; MA—tryckmätare; F1—checkventil)

• Direkt anslutning utan isolering
       Detta är en orimlig design. Om reläet misslyckas, kan det inte ersättas eller testas online och måste vänta tills en större revision. Det rekommenderas att installera isoleringsventiler under revision för framtida underhåll.

Slutsats: De tre första kopplingstyperna tillåter platsbaserad testning; den fjärde gör det inte.

6. Precautions for On-Site Calibration

• Strömförsörjning avkopplad: Testning måste utföras med utrustningen avstängd. Koppla ifrån kontrollströmförsörjning och isolera larm/lås-kontakter på terminalblocket för att förhindra oavsiktlig sekundär kretsdrift.

• Bekräfta kopplingstyp: Kopplingstrukturen varierar mellan utrustning. Bekräfta typen innan demontering för att förhindra felaktig hantering och gasläckage.

• Återställ isoleringsventiler: Efter testning, se till att alla isoleringsventiler återställs till sina korrekta positioner och verifieras.

• Rensa anslutningar: Rensa alla röranordningar före och efter testning. Spola med en liten mängd SF6-gas om det behövs för att förhindra förorening eller fuktinträngning.

• Tätningsskydd: Skydda tätningsytorna, byt ut med nya packningar och utför läckagesökning efter montering.

• Tryckenhetsskonvertering: JMD-1A-testern visar manometertyck. Om reläet använder absoluttryck (t.ex., ABB LTB145D strömbrytare), konvertera enheter innan jämförelse.

7. Slutsats

SF6-gasdensitetsreläet är en viktig komponent som säkerställer säker drift av SF6-elektrisk utrustning. Dess driftsprestanda påverkar direkt systemets tillförlitlighet. Därför måste regelbunden platsbaserad testning utföras i enlighet med relevanta bestämmelser för att säkerställa noggrannhet och tillförlitlighet. Under testning är det avgörande att strikt följa förskrivna testcykler, procedurer och försiktighetsåtgärder för att eliminera säkerhetsrisker och förhindra felaktiga slutsatser.