CN115683938A - 一种sf6/cf4密度继电器低温补偿量的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿量的测试方法，属于电气工程技术领域。该测试方法分为确定温度测试允许范围、设定温度测试点、标定压力基准值、配置SF₆+CF₄混合气体、测试混合压力值、计算补充压力值、绘制温度‑压力曲线等七个步骤。本发明所述方法可得到包括低温在内的较大温度范围内的SF₆/CF₄密度继电器的温度‑压力曲线，对优化SF₆/CF₄密度继电器设计，提高SF₆/CF₄密度继电器的测量准确性具有技术指导价值，可提升SF₆/CF₄断路器的运行可靠性。

Description

一种SF6/CF4密度继电器低温补偿量的测试方法

技术领域

本发明属于电气工程领域，具体涉及一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿量的测试方法。

背景技术

SF₆气体具有优良的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于开关设备中。密度继电器是测量SF₆断路器、GIS等开关设备的表计，用于测量SF₆开关设备正常运行时SF₆气体的压力；在SF₆气体出现低温液化情况时，密度继电器发出闭锁信号，因此，密度继电器可谓是监测SF₆开关设备的“健康助手”。

传统的密度继电器的校验方法中，将密度继电器所处的环境温度作为测试温度，以20℃作为基准温度，将该测试温度下密度继电器的压力值折算到20℃后，用于评估密度继电器的性能。近年来，常温下对SF₆气体密度继电器进行检验的弊端逐步凸显，由于以20℃作为基准温度，部分运行在寒冷地区的SF₆开关设备，出现了SF₆密度继电器测量不准确和误闭锁等缺陷情况，该情况证明利用某一个温度点评估SF₆密度继电器测量性能的方式不够全面。因此，部分厂家已研制出了-40℃到80℃范围内的全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置，目前实用前景广阔。

SF₆气体优势显著，其缺点也相对突出，气体液化温度低的问题给运行于北方寒冷地区的SF₆开关设备带来了不小的隐患。鉴于此，部分开关设备厂家采用SF₆/CF₄混合气体作为绝缘介质来规避SF₆气体容易液化的缺陷。相较于纯SF₆气体的断路器，SF₆/CF₄两种混合气体的温度-压力特性已经发生了变化，所以SF₆/CF₄密度继电器的测量性能，尤其是其低温测试性能值得重点关注。

内蒙古属北方寒冷地区，部分地区冬季室外温度约为-40℃，所运行的SF₆/CF₄断路器数量也较大。经调研和分析发现，SF₆/CF₄断路器存在不同厂家SF₆/CF₄两种气体配比不同；两种气体充气比例标识不统一，存在利用压力比、质量比和体积比等不同表示方式；SF₆/CF₄断路器混合比例及其密度继电器不匹配等问题。

就SF₆/CF₄密度继电器和SF₆密度继电器的结构而言，二者并无区别，其测量的准确性在于气体压力敏感元件、弹簧管和温度敏感元件、双金属片等温度补偿装置在不同温度下的补偿量是否准确。由于上述气体压力敏感元件等温度补偿装置对于SF₆/CF₄混合气体和对于SF₆气体的反馈不尽相同，因此，关注SF₆/CF₄密度继电器的测量性能，并提出可行的低温补偿量测试方式势在必行。

发明内容

本发明提供了一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿量的测试方法，目的是测试包括低温在内的SF₆开关设备运行环境温度下SF₆/CF₄密度继电器的补偿压力，为提高SF₆/CF₄密度继电器测量准确性提供数据支撑，为SF₆/CF₄断路器安全稳定运行提供保障。

本发明的目的是这样实现的。本发明提供了一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿量的测试方法，包括以下步骤：

步骤1，确定温度测试允许范围

将待测试的SF₆/CF₄密度继电器记为待测继电器，将SF₆气体和CF₄气体的额定压力比记为额定压力比f，读取待测继电器表盘上的额定压力p和额定压力比f，计算额定压力p下SF₆气体的压力，并记为SF₆气体压力p₁；

查阅SF₆气体的压力-温度特性曲线，获取SF₆气体压力p₁下SF₆气体的液化温度，并记为SF₆液化温度T_min；

将待测继电器的温度测试允许范围记为H，设定如下：

若T_min-40℃，H＝[-40，40]℃；

若T_min-40℃，H＝[T_min，40]℃；

步骤2，确定温度测试点

将40℃作为最高温度测试点，温度由高到低，相应测试步长按照下述规则设定：

在温度≥0℃的区间，测试步长为10℃；

在温度<0℃的区间，测试步长为5℃；

温度测试点按照下述规则确定：

首先，按照规定的测试步长在温度测试允许范围H内设立N个普通温度测试点，将其中任意一个记为普通测试点t_j，与普通测试点t_j对应的温度记为普通测试温度T_j，j＝1，2，…，N；

其次，若出现1℃＜T_j-T_min＜5℃的情况，新增一个特别测试点t₀，与特别测试点t₀对应的温度记为特别测试温度T₀，T₀＝T_min；

将N个普通测试点t_j与特别测试点t₀合并，在温度测试允许范围H共得到N+1个测试点t_i，与测试点t_i对应的温度记为测试温度T_i，i＝0，1，…，N，其中，当特别测试点t₀不存在时，特别测试温度T₀不存在，当特别测试点t₀存在时，T₀＝T_min；

步骤3，标定压力基准值

将装有SF₆气体的气瓶出口与一个全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端连接，并保持全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端工作于20℃时所输入的SF₆气体的气体压力p₁；

利用全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置，按照从高向低顺序降温的方式，测试待测继电器在SF₆气体压力p₁时每一个存在的测试温度T_i对应的压力值，并记为基准压力P_s(i)，i＝0，1，…，N；

测试结束后，全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置做抽真空处理后备用；

步骤4，配置SF₆+CF₄混合气体

利用一个气体配置装置配置SF₆+CF₄混合气体，两种气体的压力比为额定比值f；

配置完成后，调整气体配置装置的输出端，令其输出的SF₆+CF₄混合气体的压力为额定压力p；

步骤5，测试混合压力值

连接气体配置装置的输出端与全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端，并保持全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端工作于20℃时所输入的SF₆+CF₄混合气体压力为额定压力p；

利用全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置，按照从高向低顺序降温的方式，测试待测继电器在额定压力p时每一个存在的测试温度T_i对应的压力值，并记为混合压力P_s+c(i)，i＝0，1，…，N；

步骤6，计算补偿压力值

将测试点t_i的补偿压力值记为6_(i)，i＝0，1，…，N，其计算式为：

δ_(i)＝P_s+c(i)-P_s(i)；

步骤7，绘制温度-压力曲线

以测试温度T_i为横坐标，基准压力P_s(i)为纵坐标在平面坐标系中拟合并绘制出一条T_i-P_s(i)曲线，以测试温度T_i为横坐标，混合压力P_s+c(i)为纵坐标在平面坐标系中拟合并绘制出一条T_i-P_s+c(i)曲线；以测试温度T_i为横坐标，补偿压力值δ_(i)为纵坐标在平面坐标系中绘制出一条T_i-δ_(i)曲线。

优选地，所述全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置包括工控机、温控系统、检测系统、全封闭SF₆气体压力调节系统、抽真空系统、反馈系统，可自主实现测试温度的调整、保持及压力测试。

优选地，步骤3所述基准压力测试和步骤5所述混合压力测试时，所有测试温度的保持时间不小于2小时，并在全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置所显示的压力值稳定后再行读取数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提出了一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿的测试方法，可准确得到包括低温在内的较大温度范围内的SF₆/CF₄密度继电器的温度-压力曲线，对优化SF₆/CF₄密度继电器设计，提高SF₆/CF₄密度继电器的测量准确性具有直接技术指导价值。

2、不同的SF₆/CF₄断路器生产厂家，其断路器中SF₆+CF₄混合气体的比例不同；断路器中SF₆/CF₄混合气体的比例不同，其SF₆/CF₄密度继电器的补偿装置的反馈不同，则相应的补偿量不同；因此，在测量前明确气体的配置比例，是进行SF₆/CF₄断路器补偿量测定的前提，也是保证测量准确性的基础。

3、本发明给出了SF₆/CF₄密度继电器测试时的下限温度T_min，测试时在T_min的临近温度点进行了测试，可用于推测测试比例下SF₆/CF₄断路器的低温闭锁温度，该测试结果可为判断和分析寒冷地区SF₆/CF₄断路器低温闭锁缺陷，提供间接分析判据。同时，在SF₆/CF₄断路器设备选型中，提供了环境温度选择指导。

4、本发明中，首先测试了SF₆气体为p₁压力值下待测试的SF₆/CF₄密度继电器基准压力P_s(i)，即明确了密度继电器的补偿装置对于SF₆气体的反馈。其次，测试了SF₆+CF₄混合气体在p压力值下，待测试的SF₆/CF₄密度继电器在各测试温度下的混合压力P_s+c(i)，明确了密度继电器的补偿装置对于SF₆+CF₄混合气体的反馈。将评判SF₆/CF₄密度继电器测量准确性的问题分为了两个层面：即，如果各测试温度下基准压力P_s(i)偏差比较大，可判定该密度继电器对于SF₆气体的压力偏差本身就较大，该问题倾向于是产品质量和工艺问题；而，如果密度继电器各测试温度下仅混合压力P_s+c(i)的偏差较大，则倾向于优化设计、合理补偿。

附图说明

图1为一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿量的测试方法流程图。

图2为本发明实施例中步骤5的SF₆/CF₄密度继电器测试接线图。

具体实施方式

图1为本发明所提出的一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿量的测试方法流程图，由图1可见，本发明提供了一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿量的测试方法，包括以下步骤：

步骤1，确定温度测试允许范围

将待测试的SF₆/CF₄密度继电器记为待测继电器，将SF₆气体和CF₄气体的额定压力比记为额定压力比f，读取待测继电器表盘上的额定压力p和额定压力比f，计算额定压力p下SF₆气体的压力，并记为SF₆气体压力p₁；

查阅SF₆气体的压力-温度特性曲线，获取SF₆气体压力p₁下SF₆气体的液化温度，并记为SF₆液化温度T_min

将待测继电器的温度测试允许范围记为H，设定如下：

若T_min-40℃，H＝[-40，40]℃；

若T_min-40℃，H＝[T_min，40]℃。

在具体实施中，某些待测继电器表盘上只给出了SF₆气体和CF₄气体二者的额定质量比或额定体积比，需将质量比或体积比换算为额定压力比。

在本实施例中，所述的查阅SF₆气体的压力-温度特性曲线，为公开技术资料，可查阅SF₆气体相关规程或标准获得。

步骤2，确定温度测试点

将40℃作为最高温度测试点，温度由高到低，相应测试步长按照下述规则设定：

在温度≥0℃的区间，测试步长为10℃；

在温度<0℃的区间，测试步长为5℃。

温度测试点按照下述规则确定：

首先，按照规定的测试步长在温度测试允许范围H内设立N个普通温度测试点，将其中任意一个记为普通测试点t_j，与普通测试点t_j对应的温度记为普通测试温度T_j，j＝1，2，…，N；

其次，若出现1℃＜T_j-T_min＜5℃的情况，新增一个特别测试点t₀，与特别测试点t₀对应的温度记为特别测试温度T₀，T₀＝T_min；

将N个普通测试点t_j与特别测试点t₀合并，在温度测试允许范围H共得到N+1个测试点t_i，与测试点t_i对应的温度记为测试温度T_i，i＝0，1，…，N，其中，当特别测试点t₀不存在时，特别测试温度T₀不存在，当特别测试点t₀存在时，T₀＝T_min。

本实施例中，所述全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置可提供的测试温度范围为[-40，80]℃，温度控制误差约为1℃。所述的SF₆气体密度继电器额定压力p、SF₆气体和CF₄气体的额定压力比f，不同厂家不尽不同。经试验证实，某些SF₆/CF₄断路器在额定压力p和额定压力比值f下，存在在某一低温下SF₆/CF4气体中SF₆气体液化的情况，温度集中于-25℃及以下温度段，即SF₆液化温度T_min-25。

本实施例中，基于全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置可提供[-40，80]℃的测试温度范围，和某些SF₆/CF₄断路器在-25℃及以下时发生液化的可能，因此，步骤1中将待测继电器的温度测试允许范围H分成了两类，即：如T_mmin-40℃，则按照步骤2的温度测试点设置方法，在全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置可提供的温度测试范围内可实现逐个温度点的测试，该测试温度范围内无液化可能，因此，也不存在T₀＝T_min温度下的步骤3和5的压力测试。

但是，如果T_min＞-40℃，结合某些SF₆/CF₄断路器在-25℃及以下时发生液化的可能，则-40<T_min≤-25℃，在临近T_min的温度值，SF₆气体可能或已经发生了液化，一旦SF₆气体发生了液化，SF₆/CF₄密度继电器的测试对象便发生了变化，因此小于T_min的温度点便无需进行后续的压力测试了。本实施例中，为探索SF₆/CF₄断路器的低温闭锁温度，为判断和分析寒冷地区SF₆/CF₄断路器低温闭锁缺陷提供间接分析判据，有必要在T₀＝T_min温度下开展步骤3和5的压力测试。

步骤3，标定压力基准值

将装有SF₆气体的气瓶出口与一个全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端连接，并保持全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端工作于20℃时所输入的SF₆气体的气体压力p₁；

利用全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置，按照从高向低顺序降温的方式，测试待测继电器在SF₆气体压力p₁时每一个存在的测试温度T_i对应的压力值，并记为基准压力P_s(i)，i＝0，1，…，N。

测试结束后，全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置做抽真空处理后备用。

在本实施例中，所述全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置包括工控机、温控系统、检测系统、全封闭SF₆气体压力调节系统、抽真空系统、反馈系统，可自主实现测试温度的调整、保持及压力测试。

在本实施例中，所使用的全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置为ZDT-21型多功能SF₆气体密度继电器自动校验装置。

步骤4，配置SF₆+CF₄混合气体

利用一个气体配置装置配置SF₆+CF₄混合气体，两种气体的压力比为额定比值f；

配置完成后，调整气体配置装置的输出端，令其输出的SF₆+CF₄混合气体的压力为额定压力p。

步骤5，测试混合压力值

连接气体配置装置的输出端与全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端，并保持全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端工作于20℃时所输入的SF₆+CF₄混合气体压力为额定压力p；

利用全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置，按照从高向低顺序降温的方式，测试待测继电器在额定压力p时每一个存在的测试温度T_i对应的压力值，并记为混合压力P_s+c(i)，i＝0，1，…，N。

在本实施例中，步骤3所述基准压力测试和步骤5所述混合压力测试时，所有测试温度的保持时间不小于2小时，并在全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置所显示的压力值稳定后再行读取数据。

图2为本发明实施例中步骤5的SF₆/CF₄密度继电器测试接线图，其中，1为待测继电器，2为全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置，3为气体配置装置，4为SF₆气体，5为CF₄气体。

步骤6，计算补偿压力值

将测试点t_i的补偿压力值记为6_(i)，i＝0，1，…，N，其计算式为：

δ_(i)＝P_s+c(i)-P_s(i)

所述压力补偿值δ_(i)，即为SF₆/CF₄密度继电器压力控制器应给予补偿的压力差值，该压力差值是确保SF₆/CF₄密度继电器计量准确的数据基础。

步骤7，绘制温度-压力曲线

以测试温度T_i为横坐标，基准压力P_s(i)为纵坐标在平面坐标系中拟合并绘制出一条T_i-P_s(i)曲线，以测试温度T_i为横坐标，混合压力P_s+c(i)为纵坐标在平面坐标系中拟合并绘制出一条T_i-P_s+c(i)曲线；以测试温度T_i为横坐标，补偿压力值δ_(i)为纵坐标在平面坐标系中绘制出一条T_i-δ_(i)曲线。

本实施例中，开展了两款不同压力比的SF₆/CF₄密度继电器A和B的对比试验，其额定压力p＝0.7MPa，额定压力比分别为f₁＝36％：64％，f₂＝53％：47％。设置并保持20℃时全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置输入混合气体的气压为额定压力为p，压力比为f₁和f₂时，各测试温度下的混合压力值P_s+c(i)。下表为在测试40℃、20℃、-30℃温度下额定压力比f₁＝36％：64％，f₂＝53％：47％的SF₆/CF₄密度继电器的数据结果：

本实施例中，额定压力比f₁＝36％：64％，f₂＝53％：47％下，两款SF₆/CF₄密度继电器的最大补偿压力分别为4.3％和2.1％，A的测试结果超出规程规定的要求；该结果将造成密度表计量偏差，低温时会导致其发出错误的低压报警或闭锁信号。同时，B整体偏差较小，但是在-38℃时，混合压力下降的情况，疑似SF₆气体发生了液化。

Claims (3)

1.一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿量的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定温度测试允许范围

将待测试的SF₆/CF₄密度继电器记为待测继电器，将SF₆气体和CF₄气体的额定压力比记为额定压力比f，读取待测继电器表盘上的额定压力p和额定压力比f，计算额定压力p下SF₆气体的压力，并记为SF₆气体压力p₁；

查阅SF₆气体的压力-温度特性曲线，获取SF₆气体压力p₁下SF₆气体的液化温度，并记为SF₆液化温度T_main；

将待测继电器的温度测试允许范围记为H，设定如下：

若T_mmin-40℃，H＝[-40，40]℃；

若T_mmin-40℃，H＝[T_min，40]℃；

步骤2，确定温度测试点

将40℃作为最高温度测试点，温度由高到低，相应测试步长按照下述规则设定：

在温度≥0℃的区间，测试步长为10℃；

在温度<0℃的区间，测试步长为5℃；

温度测试点按照下述规则确定：

首先，按照规定的测试步长在温度测试允许范围H内设立N个普通温度测试点，将其中任意一个记为普通测试点t_j，与普通测试点t_j对应的温度记为普通测试温度T_j，j＝1，2，…，N；

其次，若出现1℃＜T_j-T_min＜5℃的情况，新增一个特别测试点t₀，与特别测试点t₀对应的温度记为特别测试温度T₀，T₀＝T_min；

将N个普通测试点t_j与特别测试点t₀合并，在温度测试允许范围H共得到N+1个测试点t_i，与测试点t_i对应的温度记为测试温度T_i，i＝0，1，…，N，其中，当特别测试点t₀不存在时，特别测试温度T₀不存在，当特别测试点t₀存在时，T₀＝T_mmin；

步骤3，标定压力基准值

将装有SF₆气体的气瓶出口与一个全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端连接，并保持全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端工作于20℃时所输入的SF₆气体的气体压力p₁；

利用全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置，按照从高向低顺序降温的方式，测试待测继电器在SF₆气体压力p₁时每一个存在的测试温度T_i对应的压力值，并记为基准压力P_s(i)，i＝0，1，…，N；测试结束后，全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置做抽真空处理后备用；

步骤4，配置SF₆+CF₄混合气体

利用一个气体配置装置配置SF₆+CF₄混合气体，两种气体的压力比为额定比值f；

配置完成后，调整气体配置装置的输出端，令其输出的SF₆+CF₄混合气体的压力为额定压力p；

步骤5，测试混合压力值

连接气体配置装置的输出端与全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端，并保持全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置的气体输入端工作于20℃时所输入的SF₆+CF₄混合气体压力为额定压力p；

利用全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置，按照从高向低顺序降温的方式，测试待测继电器在额定压力p时每一个存在的测试温度T_i对应的压力值，并记为混合压力P_s+c(i)，i＝0，1，…，N；

步骤6，计算补偿压力值

将测试点t_i的补偿压力值记为δ_(i)，i＝0，1，…，N，其计算式为：

δ_(i)＝P_s+c(i)-P_s(i)；

步骤7，绘制温度-压力曲线

以测试温度T_i为横坐标，基准压力P_s(i)为纵坐标在平面坐标系中拟合并绘制出一条T_i-P_s(i)曲线，以测试温度T_i为横坐标，混合压力P_s+c(i)为纵坐标在平面坐标系中拟合并绘制出一条T_i-P_s+c(i)曲线；以测试温度T_i为横坐标，补偿压力值δ_(i)为纵坐标在平面坐标系中绘制出一条T_i-δ_(i)曲线。

2.根据权利要求1所述的一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿量的测试方法，其特征在于，所述全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置包括工控机、温控系统、检测系统、全封闭SF₆气体压力调节系统、抽真空系统、反馈系统，可自主实现测试温度的调整、保持及压力测试。

3.根据权利要求1所述的一种SF₆/CF₄密度继电器低温补偿量的测试方法，其特征在于，步骤3所述基准压力测试和步骤5所述混合压力测试时，所有测试温度的保持时间不小于2小时，并在全温度SF₆气体密度继电器自动校验装置所显示的压力值稳定后再行读取数据。

Images