高压断路器状态在线监测系统.pdf

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1、高精度湿度传感器的研究周大平刘红波李颖王春宁(江苏省电力公司南京供电公司，江苏南京2 1 0 0 0 8)摘要l 湿度传感器是实现断路器中s F 6 气体在线监测的基础。通过模拟变电站现场条件，建立与现场情况相似的实验室环境。利用实验室对现有变电站内S F 6 气体湿度测量方法和仪器进行研究，设计开发出更适合于变电站内S F 6 气体在线监测的高精度、超低湿度传感器。它具有输出线性度好、精度高、响应速度快、低端测量相对较准确等特点。采用压力、湿度、温度组合传感器和数字电路，开发出数字式S F 6 气体在线监测装置，从而实现了变电站内S F 6 断路器、G I S 中s F 6 气体运行状态(尤

2、其是湿度值)的在线监测，有效减少s F 6 气体的排放，有利于设备的安全稳定运行和环境保护。关键词l 六氟化硫气体；湿度传感器；在线监测1 序言近年来，S F 6 电气设备已在国内外得到了广泛的应用，并显示出无与伦比的优越性，在高压、超高压领域，S F 6 气体已成为断路器和G I S 的唯一的绝缘和灭弧介质。S F 6 气体中杂质含量与设备性能有很大关系1，尤其是S F 6 气体的湿度值(水分含量)影响最大。S F 6 气体湿度测量已成为S F 6 绝缘设备运行维护中的一项主要内容，也是监督设备安全运行的一项重要指标。2S F 6 气体湿度测量电力系统测量S F 6 气体绝缘设备中湿度的测量

3、方法有电解法、冷凝露点法和阻容法等2。变电站内S F 6气体湿度的现场检测，大多采用便携式精密露点仪进行。用此方法测量，设备投资大、测量时间长；而且每次检测，都必须停电进行；测量时均需要排放定量的S F 6 气体，测量后需及时补气。因此，无论是从供电可靠性、电网的稳定运行、技术经济性，还是环保角度出发，均需要进行改进。目前使用的、较好的露点仪有进1 2 1 的D P 1 9 露点仪等。针对该型露点仪，对其性能、测量使用方法等进行了研究。D P 一1 9 露点仪的测量是基于冷镜原理，精度较高(+0 2 C，+l 位)。但在使用中它存在以下缺点：1)非在线。采用露点仪定期检测，是非在线检测方法，不

4、能实时反映设备运行状态和动态变化，不能实现设备的在线监测。2)测试受环境温度影响。该仪器的存放和工作环境温度为1 0+5 0。不同的环境温度，测量范围不同(如表1 所示)。由此可以看出，北方的冬季和南方的夏季不适于作现场测试。此外，测量数值还受到环境湿度和环境温度的影响。衰1D P-1 9 点仪环境沮度与涮量范置的对应值D P-1 9 点仪测量最低值环境温度露点(1 2)对J 静温度(uI 几)l O 6 0 1 0 6 82 0 5 5 2 0 6 83 5 4 5 7 1 1 43)测量时需停电进行。4)测量时间长、气体排放量大。D P 1 9 露点仪测量气体湿度是排气式的，若要达到仪器标

5、定的精度指标，整个测量约需4 5 5 5 分钟。由于取样管线有湿气，前面至少须用1 0 分钟的时间来吹干取样管线。仪器的显示值变化与时间呈阻尼振荡，并最终得到稳定值。由于测试时间长，排放气体量较大，按标准取样气体流量，即3 0 4 0 L h 计算，一次测试需要排放S F 6 气体约3 5 升，因此，视测量前气室气压情况，一般检测2 3 次，就得补充气体。3 高精度湿度传感器研究实现s F 6 气体湿度在线监测的关键是适用于超低湿度测量的高精度湿度传感器。国家标准规定3，运行中有电弧分解物的气室的湿度应低于3 0 0uL 兀，无电弧分鳃物的气室的湿度应低于1 0 0 0l aL L。经过对多种

6、湿度传感器的测试，w&-I 拘低湿度传感器在测量精度、可靠性等方面均不能满足变电站中s F 6 气体在线监测的要求。经查阅资料并反复试验，自主设计了新型高精度湿度传感器。该湿度传感器工作原理如图l 所示。它由两个湿度传感器构成，一只采用特殊封装、处于S F 6 气体环境中，其电容值随相对湿度变化，经C F 变化转换为相应频率值；而另一只封装在密闭干燥气体环境中，经过同样的C F 变换为另一频率值，取其差频信号，这一差频信号即与湿度有关，再经低通滤波及相关补偿等就可得到一个与环境无关的线性电压信号。该信号经电路处理、采样、A D C 及软件内部处理即可得所需要的低湿度值。图2 为该湿度传感器典型

7、输出曲线图。(m V图1 新型高精度湿度传盛器原理图湿度(R H)圈2 湿度传感器典型输出曲线图湿度传感器主要参数值如表2 所示。经内部电路修正、补偿，该传感器具有输出线性度好，精度高(2)，低端测量相对较准确，可达到1 5 R H(F)，响应速度快(动态：6 3 5 s)，长期工作稳定性较好等特点，能够满足变电站设备中S F 6 气体在线监测的要求。表2 新壅湿度传感器主要参数值(T a=2 5 C，除非特别标定)参数符号参数值单位工作温度T a一4 0 l o o储存温度T s 谵一4 0-1 2 5供电电压V s1 0V a c湿度范围R H0 1 0 0R H长期稳定性0 2 5R H

8、，年反应时间T s5S曲线精度+2R H1 1 6 4釜至旦塑墼皇丝查里堕全鲨!|i|。一一，4 实验研究和应用4 1 气体湿度测试系统模拟变电站现场条件，在实验室建立了压力状态下S F 6 气体湿度测试系统，形成了与现场设备情况相似的实验室环境。该测试系统主要由D P 1 9 精确露点仪、M G 一1 0 1 微水发生器、高精度压力表、6 位半数字多功能数字表、压力容器、管线、调节阀门和实验气体等仪器设备组成。湿度传感器直接安装在压力容器上，通过对实验气体湿度、压力等数值的改变，该系统可以充分研究S F 6 气体在电气设备中的性能特点及其变化规律，测得各种压力状态下，压力、温度对S F 6

9、气体湿度值的影响关系，并以此对理论计算数值迸行修正。4。2 温度、压力对湿度瀑量值的影响与露点仪测量S F 6 气体湿度是边放气边测量的排气式测量方法不同，采用湿度传感器检测的是压力容器中的S F 6 气体湿度值。在密封的压力容器中，压力和温度对S F 6 气体湿度测量值具有非常大的影响5，必须进行压力、温度综合补偿。对此，国内外的厂家、科研院所进行了大量的研究，提出了多种关系曲线和函数公式。通过对各种关系曲线和函数公式的梳理和研究，借助于实验室测试系统进行试验验证，确定了实际使用的温度、压力对湿度测量值影响关系。4 3S F 6 气体综合在线监测装置采用新型高精度湿度传感器以及压力传感器和温

10、度传感器组成三合一组合传感器，与带有单片机的控制器、显示器共同组成s F 6 气体综合在线监测装置。组合传感器直接安装在断路器气口上，所采数据经过A D 转换成数字量，再经单片机补偿运算及处理，在变电站当地直接通过显示器显示被测S F 6 气体的密度值和湿度值的体积比(pL 仡)，同时，通过R S 4 8 5 等数据通讯方式接入变电站综合自动化系统中，远传至无人值班站中心监控站，可同时在变电站当地和远方的中心监控站进行实时监测，实现了断路器中S F 6气体密度和湿度的在线监测。4 4 现场应用研究S F 6 气体综合在线监测装置首先安装在南京武定变电站1 1 0 k V7 1 0 断路器、集庆

11、变电站1 1 0 k V7 0 1 断路器和大行宫变电站G I S 上，并投入试运行。如图3 所示。为了更好地解决S F 6 气体在线监测的现场安装等方面出现的技术问题，围绕气室气体不流动，以及装置本身微水含量等问题，进行了现场技术研究和对比测试。目前，该装置已在省内外近百台断路器G I S 上使用，时间最长的己达2 4 个月。装置运行情况良好，测量数据可靠，达到了设计要求，为运行和检修人员及时了解S F 6 断路器、G I S 中s F 6 气体运行状态提供了重要的技术数据，收到使用单位的普遍欢迎。5 结论图3S F 6 气体综合在线监测装置自主开发的新型高精度湿度传感器输出线性度好、精度高

12、、响应速度快、低端测量相对较准确，长期运行稳定性较好，能够满足变电站内电气设备中S F 6 气体湿度在线监测的要求。s F 6 气体综合在线监测装置克服了现有检测设备的不足，填补了该领域的空白，获得了多项发明专利，拥有自主知识产权，为S F 6 电气设备开展状态检修提供了技术保证。1 1 6 5第五届输配电技术国际会议2005参考文献苏国莉，杨杰，王天正S F 6 开关设备的微水测试及研究山西电力2 0 0 3，(5)：3 0 3 2D L 5 0 6 9 2 六氟化硫气体绝缘设备中水分含量现场测量方法G B T8 9 0 5 1 9 9 6 六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则李明芸，江秀臣

13、，赵子玉，林坚组合电器中微水含量在线监测实验研究高电压技术2 0 0 4，3 0(3)：3 2 3 3张力，付莉六氟化硫气体湿度测量四川电力技术2 0 0 3(3)：2 5 2 8作者简介周大平(1 9 5 3 4 一)男，高级工程师，现任南京供电公司副总经理，从事于电力企业技术管理工作。刘红波(1 9 5 4 3 一)男，工程师，现从事于供电企业技术管理工作。李颗(1 9 6 3 3 男，工程师，现从事于供电企业科技管理工作。王春宁(1 9 6 6 3 一)男，工程师，现从事于供电企业科技开发及管理工作。1 1 6 6高精度湿度传感器的研究高精度湿度传感器的研究作者：周大平，刘红波，李颖，王

14、春宁作者单位：江苏省电力公司南京供电公司,江苏,南京,210008 相似文献(3条)相似文献(3条)1.会议论文 王春宁 六氟化硫气体在线监测的研究 2005 SF6断路器和GIS是变电站的主要元件,其SF6气体的密度(压力)和湿度(微水含量)检测是保证设备正常安全运行的两个重要条件.本文提出了一种在线监测SF6气体的新的解决方法.通过在实验室建立压力状态下SF6气体密度和湿度测试系统,模拟并研究了在变电站现场条件下的压力、温度对SF6气体湿度值的影响关系;在对普通湿度传感器实验测试的基础上,设计了测量SF6气体湿度的新型低湿度传感器.采用压力、湿度、温度组合传感器和数字电路,开发出数字式SF

15、6气体在线监测装置,应用于变电站现场监测,并与目前使用的国内外测量仪器进行了对比测试.该装置实现了变电站内SF6断路器、GIS中SF6气体状态的远方、在线监测,减少了对环境的污染,提高了设备的安全运行水平,为变电站设备的状态检修和无人值班打下了良好的基础.2.会议论文 陈书欣.郑福贤.周海峰 SF6气体微水含量在线监测 2005 本文简述六氟化硫气体绝缘设备水份的来源及危害,描述SF6气体容器内压力、温度对湿度状态(微水含量)的影响,以高分子薄膜电容式湿度传感器作为在线监测相对湿度(RH)元件,实现对SF6气体绝缘开关微水含量的在线监测,通过压力测量,温度补偿,实时反映SF6气体水份变化,为运

16、行中的高压开关绝缘气体实行在线监测和状态检修提供的数据状态.3.学位论文 胡雨龙 六氟化硫绝缘开关气体中微水含量在线监测原理与方法的研究 2002 当SF6高压开关气体中的水分含量达到一定程度时，不仅会与电弧作用下的气体分解物反应产生毒性物继而引起设备的化学腐蚀，而且会使固体绝缘水平下降引起绝缘闪络，严重影响设备的电气性能、机械性能，造成许多严重的不良后果。论文阐述了SF6气体微水的来源及其危害。从湿度理论出发，研究了SF6气体中微水含量的变化规律及其对开关设备的危害程度之间的关系。针对现有规程标准中控制水分的指标的缺点和局限，提出了采用相对湿度作为监测特征量并转换为露点以直观表示设备绝缘状况

17、；采用30相对湿度及0以下露点作为监测的临界值与允许值；同时推导出了体积比单位在不同温度下的折算方法，以结合现有标准，综合分析，做出判断结论。通过性能比较、分析并结合在线监测的具体技术要求，选择、制备了具有物理吸附作用且能在0-100相对湿度范围内全程连续检测的高分子薄膜湿度传感器。采用饱和盐溶液法得到相应级别的湿度标准，对传感器进行标定试验并采用相应的数据处理方法，建立了感湿特征量与气相湿度之间的数学关系，最终给出其数学模型和各种指标。设计了微量水分传感器的结构和相应标定、试验装置。试验表明，高分子薄膜电容式湿度传感器可用于SF6气体微水在线监测并能取得线性度、分辨率较好的检测数据。结合传感

18、器特性，对传感器的信号采集与调理转换电路进行分析及具体设计。应用电容-频率转换的数字化测量方法具有较好的抗干扰效果和较高的测量分辨率，适宜于远距离传输和监测。采用了基于多周期同步法的PCI总线频率卡与工业控制微机接口，进行频率测量。提出了微水含量在线监测系统的工作原理及实施方案，设计了系统的整体硬件结构以提高测量的准确度和稳定度并降低温度的影响和杂散干扰。利用面向对象编程技术设计了在线监测系统的软件以控制信号采集与数据处理，并利用软件技术改善传感器静态、动态特性，应用数学方法进行线性化处理以提高测量准确度。引入并采用了模糊理论用于微量水分测量，使测量最大误差不大于5，具有较高的精确度和复现性。同时提出基于单传感器的分批估计数据融合算法，优于算术平均值法，便于数据滤波。给出了不同温度下系统的频率测量值及监测数据结果。分析了在线监测系统采取的抗干扰措施。通过系统调试与测量，为在线监测系统的现场实施提供了良好的技术基础。本文链接：http:/