鲁旭臣，刘佳鑫，赵义松，黄福存，王 勇

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

SF6气体检测设备性能评估技术应用研究

鲁旭臣1，刘佳鑫1，赵义松1，黄福存1，王 勇2

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

分解物检测法广泛应用于SF6断路器、气体绝缘全封闭组合电器 （GIS）等电气设备的状态评估和故障诊断中。目前对于SF6分解物检测仪器的校准检定尚缺乏相应的手段和设备。针对SF6分解产物测试仪校验技术的应用展开研究，建立了一套SF6气体检测设备性能评估系统，利用已知配比的标准气体对分解产物测试仪进行校验。采用该方法开展了东北地区SF6分解产物测试仪的全性能自动化检测与评估，并针对检测仪的不足提出相应的整改建议。

SF6气体；分解产物；检测仪器；性能评估

随着SF6电气设备在电力系统中的广泛应用，设备的健康程度直接影响到电网的安全稳定运行。电气设备在设计、制造、安装等过程中遗留的微小缺陷，可能在运行过程中逐步显现，甚至严重威胁电网安全。但在设备故障潜伏期，常规电气试验方法难以有效发现设备内部绝缘缺陷。研究表明，在设备绝缘故障初期，分解产物含量也会对应产生变化。因此，SF6气体中SO2、H2S、CO等组分的含量和变化趋势可作为判断SF6电气设备运行状态的重要指标［1－5］。 SF6电气设备配套相关现场分析仪器主要有SF6分解产物分析仪、SF6纯度测试仪等。随着近年来新兴仪器的逐渐增多，目前对于这些检测仪器的校准和检定，尚缺乏相应的手段和设备［6－9］。

本文针对SF6分解产物测试仪校验技术应用开展研究。建立一套SF6气体检测设备性能评估系统，利用已知配比的标准气体对分解物检测仪器开展校验和性能评估，并对校验数据和结果进行统计分析。该系统研制后应用于对东北地区SF6分解产物测试仪的全性能自动化检测与评估，填补了东北地区SF6分解产物测试仪检测与评估领域的一项空白，既有效提高了仪器校验工作效率又减少了毒害气体排放，能够避免对检测人员造成伤害，在确保SF6分解产物测试仪的广泛应用上有着重要意义，在电网的状态检修工作中也将发挥更大作用，具有很大的市场潜力及现实意义。

1 检测依据

现行国家电网公司企业标准 《电力设备带电检测仪器技术规范第13部分：SF6气体分解产物带电检测仪技术规范 （Q／GDW 11304.13）中明确规定了针对分解物检测仪各项性能指标的校验方法和标准［10］，其中关于检测范围及误差的相关要求见表1。

表1 检测范围及误差要求

2 智能校验平台

2.1 基本原理

为解决目前SF6检测仪器校验所需标准物质多、工作量大且效率低的问题，本文研究开发了一套基于标气的多组分SF6检测仪智能校验平台，如图1所示。该平台采用系统化设计，集成了自动配气标定系统、检测校验工作系统、尾气回收处理系统、无毒排放处理系统等功能部件。由处理器自动控制多组分动态配气系统按预设比例配气，用于SF6气体分解产物检测仪的校验。依靠平台自带的空气质量监测系统实时监测实验室环境，当发现气体泄漏时将声光报警并自动启动风机，保障试验环境安全。

图1 SF6气体分解物检测仪检验工作平台

2.2 动态配气系统

SF6分解产物传感器是非线性的，因此检测系统需要预制不同浓度标气进行标定。然而标定点过多将直接导致配气成本的大幅增加，标定点数量过少将直接影响检测系统输入／输出曲线的准确性。本文的研究工作中采用了一种基于高精度质量流量控制器的多组分动态配气系统，可根据设定的配气比例 （连续可调）自动配制并输出多组分标气。

配气装置工作流程如图2所示，设4路进气控制，一般以A路为载气 （载气可选择SF6或N2），另3路分别为SO2、H2S和CO。软件调整后，也可用于上述气体以外的气体配制。每路气体流量由质量流量控制器精确控制，通过控制电路的计算配比即可输出标准浓度的混合气体。动态配气系统适用于 N2、 Air、 H2、 CH4、SF6、CO、H2S、SO2等气体的浓度配制。如图3

图2 动态配气系统原理图

所示，前面板中部为触摸液晶显示屏，其左右位置分别为排气口和样气口的浮子式气体流量计，面板下方为A、B、C、D4路进气端口。通过前面板的配比控制可实现SF6、N2、SO2、H2S、CO气体的精确混合和配制，可调节参数包括流量范围、组分比例、稀释倍数等，如图4所示。

2.3 尾气回收系统

图3 前面板配置

图4 浓度配气界面

系统启动后将自动进入组态控制界面，如图5所示，同时启动配气仪、仪表，仪表排放口的尾气常压自动流入系统的缓冲瓶，进气流量为0.2～2.5 L／min，回收系统检测到气体流入启动一级压缩机并进行压力平衡调节，平衡调节时间约40 s。尾气通过一级压缩机进入中转袋，中转袋容积为2×42 L，当中转袋的压力达到设定值3 kPa左右时，报警灯闪烁，提醒操作者开启二级压缩机。当外接钢瓶气体压力大于0.8 MPa时，二级回收瓶压力报警，提示操作者更换钢瓶。钢瓶回收充满后关闭钢瓶封闭阀将停止压缩机工作。

实验室尾气回收装置可分别用于SF6气体、有毒有害气体的尾气回收。尾气常压自然流入缓冲瓶，对前级调试仪表及配气系统无影响。系统压力动态反馈控制，气泵模糊自动启动，回收工作运行平稳。双级回收压缩设计，界面提示工作状态，可长时间连续运行。2路进气口设计，可多通道同时工作，互不干涉。二级回收高压输出，尾气回收灌装效果好。

图5 操作界面

3 测试分析

SF6气体分解产物带电检测仪试验项目分为响应时间测试、单组分准确度测试、多组分准确度测试和重复性测试4部分。

3.1 校验步骤

a.将各标气钢瓶与动态配气仪对应输入通道连接，调节钢瓶压力输出至合理范围内。

b.将动态配气仪输出口与待校验仪器输入口连接。

c. 选择标气通道，根据目标浓度确定质量流量，动态配制特定组分标气并调节输出流量。

d. 约300 s后，读取待校验仪器示数并记录配气浓度。

3.2 响应时间测试

a. 调节动态配气仪，输出检测仪检测量程80%～90%浓度的混合气体通入检测仪，待检测仪示值稳定 （30 s内示值变化不大于2μL／L），读取稳定示值。

b. 调节动态配气仪，输出SF6纯气冲洗气体管路和检测仪至检测仪示数为零 （冲洗时间不宜超过10 min）。

c. 调节动态配气仪，输出步骤a中相同浓度的混合气体通入检测仪，同时用秒表记录检测仪从通入混合气体时刻到稳定示值90%的时间，为检测时间。

d. 重复步骤c 3次，取检测时间的算术平均值为检测仪的响应时间。

e. 各组分均需分别进行响应时间测试。

3.3 准确度测试 （单组分）

a. 调节动态配气仪，配制输出单组分标气至待校验仪器，并记录检测结果 （参考表2规定的气体浓度）。

b. 调节动态配气仪，输出SF6纯气冲洗气体管路和检测仪至检测仪示数为零 （冲洗时间不宜超过10 min）。

c. 重复步骤a和b 3次 （单组分重复测量3次）。

d. 当待校验仪器检测的SO2、H2S气体浓度含量小于5μL／L及CO气体浓度小于50μL／L时，其示值稳定时间不超过5 min，其它情况下的检测仪示值稳定时间不超过3 min。

表2 单组分准确度试验的气体浓度参考值 μL／L

e. 测量结果误差的计算方法。

对于SO2和H2S气体含量≤10μL／L，CO气体含量≤50μL／L，按式 （1）计算待校验仪器的测量误差：

式中：J为待校验仪器示数；C为被测气体实际浓度。

对于SO2和H2S气体含量＞10μL／L，CO气体含量＞50μL／L，按式 （2）计算待校验仪器的测量误差：

3.4 多组分准确度测试

a. 调节动态配气仪，配制输出SO2、H2S和CO混合标气至待校验仪器，并记录检测结果 （参考表3规定的气体浓度）。

b. 调节动态配气仪，输出SF6纯气冲洗气体管路和检测仪至检测仪示数为零 （冲洗时间不宜超过10 min）。

c. 重复步骤a和b 5次。

d. 按式 （1）或式 （2）计算待校验仪器的测量误差。

表3 组分准确度试验气体浓度参考值 μL／L

3.5 重复性测试

a. 调节动态配气仪，配制输出浓度为5μL／L的单组分气体至待校验仪器，并记录检测结果。

b. 调节动态配气仪，输出SF6纯气冲洗气体管路和检测仪至检测仪示数为零 （冲洗时间不宜超过10 min）。

c. 重复步骤a和b 3次 （单组分重复测量3次）。

d. 测量结果重复性的计算方法。

对于SO2和H2S气体浓度≤10μL／L，CO气体浓度≤50μL／L时，按式 （3）计算待校验仪器的重复性：

式中：C 为检测仪示值的算术平均值；Ci为第i次的检测仪示值。

对于SO2和H2S气体浓度＞10μL／L，CO气体浓度＞50μL／L时，重复性以相对标准偏差CV表示，按式 （4）计算待校验仪器的重复性：

式中：n为检测次数。

4 测试结果分析

4.1 平衡气问题

对分解物检测仪采用N2和SF62种平衡气分别配制标气进行标定，其对比结果见图6。采用N2为平衡气标定的仪器测试值低于真实值30%～60%，因此采用N2为平衡气无法真实反映被测气体中组分含量的实际值，不适合作为仪器标定平衡气。

图6 不同平衡气标定结果对比

4.2 传感器问题

电化学传感器会随使用次数增加、时间延长而逐渐老化，导致检验结果不准确。如图7所示，自2008年起，合格率随出厂年份逐渐升高。部分出厂3年及以上的仪器，虽经历过返厂维修，但检验结果普遍偏小，均因仪器出厂日期较早、传感器老化失效造成。此类仪器在更换传感器后复检均合格。

图7 仪器校验合格率变化趋势

5 结论

a.SF6分解物检测仪校验宜采用以SF6为平衡气所配制的标气，所得校验结果将更接近于真实值。

b.SF6分解物检测仪的电化学传感器会逐渐老化，建议对使用中的仪器每年至少检验1次，同时应加强仪器日常维护工作。

c.依照技术规范书，开展新购置仪器的到货验收工作。

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Application Research on Performance Evaluation of SF6Gas Inspection Equipment

LU Xuchen1， LIU Jiaxin1， ZHAO Yisong1， HUANG Fucun1， WANG Yong2

（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.， Ltd.， Shenyang， Liaoning 110006， China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.， Ltd.， Shenyang， Liaoning 110006， China）

Decomposition detection is widely used in state evaluation and fault diagnosis of SF6circuit breaker， GIS and other electrical equipments.There is no unified calibration standard of SF6decomposition instrument in power industry.Therefore，the accuracy of test result is difficult to determine.Itmakes trouble on the SF6decomposition field detection.This paper studies on performance evaluation of SF6gas inspection equipment and establishment.A SF6gas detection equipment performance evaluation system which could check the decomposition instrument using standard gaswith a given ratio.The full performance automation detection and evaluation of SF6gas inspection equipments is processed.To use this system which gives corresponding rectification suggestions on the shortcomings.

SF6gas； decomposition product； inspection equipment； performance evaluation

TM507

A

1004－7913（2017）11－0020－04

鲁旭臣 （1983），男，硕士，高级工程师，主要从事高压开关技术研究工作。

2017－07－02）