SF6密度继电器

【内容摘要】针对运行中SF6气体密度继电器漏油问题，分析漏油的原因，提出改进意见。

【关键词】SF6气体密度继电器、漏油、改进

1引言

SF6电气产品已广泛应用在电力部门，工矿企业，促进了电力行业的快速发展。保证SF6电气产品的可靠安全运行已成为电力部门的重要任务之一。SF6电气产品的灭弧介质和绝缘介质是SF6气体，不能发生漏气，若发生漏气，就不能保证SF6电气产品可靠安全运行。所以监测SF6电气产品的SF6密度值是十分必要的。现在用来监测SF6密度普遍采用一种机械的指针式密度继电器，具有当SF6电气产品发生漏气时能够报警及闭锁功能，还有现场显示密度值的性能。为了提高其抗振性，一般都充有硅油。

但在我们工作中常会遇到SF6气体密度继电器出现漏油现象。另据相关报道和反映，SF6气体密度继电器漏油问题是个普遍现象，全国每个供电局都会遇到。有的密度继电器投入运行还不到一年就已发生漏油现象。而发生漏油现象的充油型密度继电器包括所有其生产厂家，无论进口的，还是国产的。相对而言，进口的密度继电器发生漏油现象的机率比国产的要小，进口的密度继电器发生漏油现象的年限比国产的要长。总之，充油型密度继电器发生漏油现象是个十分普遍的问题。

2密度继电器漏油的危害性

我们经过调查发现，该形式的密度继电器一般采用游丝型电接点，虽然增加了磁助式吸力，对接点的可靠闭合有帮助。但是其触点（报警或闭锁）闭合时，其闭合力仅靠触头

游丝的微小力，即使加上磁助式力，也还是很小，因此极其怕振。为了提高其抗振性，一般都充有防振用的硅油。如果一旦发生漏油现象，将会给SF6电气设备带来潜在的安全危害性。危害一：由于其内部的防振油渗漏完了，其阻尼作用将消失，则其抗振性能将大大下降。在开关分合闸强烈冲击后，会出现指针卡死、接点永远失效（不动作或一直动作）、偏差超标等故障；危害二：由于该形式密度继电器其接点为磁助式电接点，本身触头闭合力小，时间稍长，触头一氧化，接点就会不通或接触不可靠。对于漏光油的密度继电器，其磁助式电接点触头就暴露在空气中，非常容易氧化或甚至积有灰尘，其触点容易接触不良或不通。我公司自开展加强对SF6密度继电器检测工作3年来，共检测SF6密度继电器196块，而发现接点不能可靠导通的有6只，约占总数的3%。而这些接点不能可靠导通的密度继电器全部是失去防振油的。而一旦密度继电器出现指针卡死、接点失效、接点不能可靠导通，将会给电网的安全运行带来严重危害。试想，如果SF6断路器出现漏气，失去SF6气体，而其密度继电器又出现指针卡死或接点失效或接点不能可靠导通，而此时SF6断路器又参与灭弧，那么后果将不堪设想。

另外，密度继电器出现漏油，其渗漏出的油将会污染开关其它零件，容易积灰尘，也会给SF6开关的安全运行带来危害。3密度继电器漏油原因分析

密度继电器出现渗漏油的部位主要是接线坐与表壳密封处、玻璃与表壳密封处及玻璃本身。通过对多台漏油密度继电器的解体，我们分析密度继电器发生漏油的主要原因是接线坐与表壳密封处、玻璃与表壳密封处的密封件失效。而造成密封件失效的原因，我们初步分析有以下几个方面。

3.1橡胶密封圈老化

目前，密度继电器密封防振油的橡胶密封圈基本上都采用丁腈橡胶制作。丁腈橡胶是

由丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）与丙烯腈（CH2=OH-CN）以乳液聚合所制得的弹行共聚物，分子结构式为：

是不饱和碳链橡胶。丙烯腈的含量对丁腈橡胶的性质有很大影响。随着丙烯腈含量的增加，耐油、耐溶剂性及耐化学腐蚀性增加，强度、硬度和耐磨性增加，耐热性增加，相对密度增加，而耐寒性变差，弹性降低，透气性也减小。

橡胶在加工、贮存和使用过程中，受到各种因素的综合作用，而出现变色、发粘、变硬及龟裂等现象，使其性能逐渐变坏，以至于失去使用价值，这种现象叫做橡胶的老化。

影响丁腈橡胶密封圈老化的因素有内因和外因两个方面。

3.1.1老化的内因

1） 丁腈橡胶分子结构的影响

因为丁腈橡胶是不饱和碳链烯烃类橡胶，而不饱和碳链烯烃类的橡胶大分子链上存在着不饱和双键结构，在热和力等外界因素的影响下，氧在橡胶分子的双键处发生反应，形成过氧化物，随后过氧化物分解成为橡胶的氧化物，使分子断裂，同时产生一些活性基，使橡胶分子交联，促使交联密度增加，导致了橡胶变硬，变脆。而双键结构含量越多，愈易加速老化。另在橡胶分子结构中存在有斥电性取代基（如-CH3），则非常易于被氧化。

2） 橡胶配合剂的影响

在制作橡胶时，硫化体系的的选择很重要。如果硫结合量的增加，提高了多硫交联的浓度，但会加速橡胶的老化。

3.1.2老化的外因

1）氧是橡胶老化的主要因素之一，因为氧分子促使分子断裂重新交联。臭氧也是促使橡胶老化的另一个重要因素。由于臭氧的活性比氧高，在少量臭氧的作用下，橡胶分子的双键处生成臭氧化物，而后分解使大分子断链。而密度继电器密封防振油的橡胶密封圈是直接与空气接触的。另外防振油与空气接触过程中，有少量的氧和臭氧溶入油液中，也参与橡胶的老化反应作用。

2）热的作用

热能加速氧化作用，一般说来，温度每升高10℃，氧化速度约增加一倍。同时，热能加速橡胶的链与其它配合剂之间的反应，或使橡胶中的挥发性物质挥发，减低了橡胶的性能，使得橡胶老化时间更短。

3） 机械疲劳

在一个恒定的应力（压应力、扭曲等）作用下，橡胶受到恒定的应变作用，产生机械的氧化作用，再在热的作用下会加速橡胶的氧化速度，在使用期内橡胶弹性逐渐消失，这也是机械疲劳老化。

橡胶密封圈老化导致密封件失效，最终导致着失去密封性能，而产生泄漏油。

3.2橡胶密封件的初始压缩量过小

橡胶密封件是依据安装时密封件产生一定压缩变形，使密封件与密封面紧密贴合，达到

堵塞泄漏之目的。当初始压缩量过小时，就容易会产生泄漏。在设计时，当密封件的截面选择过小，安装槽的截面过大，会造成密封件的初始压缩量过小；在安装时，如果表盖没有拧到合适的位置，也会造成密封件的初始压缩量过小。实际上目前几乎所有的密度继电器在拧表盖时都是凭人为感觉作业的，很难控制到合适的位置，而造成初始压缩量过小；橡胶冷收缩系数要比金属大十多倍，在低温下橡胶密封件截面收缩，材质变硬，也会造成压缩量过小。

3.2.1过大的压缩率

为保证密封件的密封性能，需要给橡胶密封圈一个压缩率，但不可盲目增加此压缩率。

过大的压缩率，一方面，可能造成橡胶密封圈在安装时发生压缩永久变形；另一方面，使得橡胶密封圈产生较大的等效VonMises应力，从而造成橡胶密封圈材料的失效，大大减低其使用寿命，而造成漏油。同样，实际上目前几乎所有的密度继电器在拧表盖时都是凭人为感觉作业的，很难控制到合适的位置，往往造成压缩率过大。

3.2.2密封面的表面缺陷

橡胶密封圈的密封表面缺陷（如划伤、毛刺等）、表面粗糙度过低、加工纹理不合理都会形成漏油通道，引起漏油。

（1）温度影响

橡胶密封圈在高温下材料变软，体积膨胀，造成密封件的挤出而破坏了密封；低温下，

橡胶材料的收缩、变硬都会引起漏油。

（2）橡胶密封圈的硬度选择不当

橡胶密封圈的硬度过低或过高，也会引起泄漏。3.3．粗糙的安装

粗糙的安装过程会造成密封件的失效。例如，安装时不注意保护密封圈，可能会存在被锐边、毛刺等划伤，这些不易观察到的伤痕会造成密封失效，引起漏油。

还有就是在使用中还会出现玻璃分裂，而出现漏油（见图1）。造成玻璃分裂的原因主要是：A）玻璃在安装时，接触表面受力不均匀，在受到外界如温度、气压的剧烈变化时，就会造成玻璃分裂；B）玻璃本身在温度剧烈变化时，出现分裂。而玻璃分裂也会造成漏油现象的发生。因为裂缝都会形成漏油通道，引起漏油。

图1

4改进意见

通过上述分析，我们认为很难从根本上彻底消除充油型密度继电器在其运行期间不发生漏油现象，特别是其橡胶密封圈老化问题。而现在人们对电网的可靠运行要求很高，不允许随意停电，而如果密度继电器出现漏油了，在现有规程下还的停电更换；而如果密度继电器出现漏油了，有的偏远地方，需要三天时间才能完成更换。确实费时、费力、费财。

为了保证电网的安全可靠运行，为了避免频繁更换造成人力和物力的浪费。我们经过认真分析和试验得出：无油抗震型SF6密度继电器（见图2）可以彻底解决密度继电器漏油问题。它主要通过独特的结构设计和外加避振垫的形式实现抗振效果，而没有用充防振油的方式来实现抗振目的，所以从根本上彻底消除密度继电器在其运行期间发生漏油现象。

无油抗震型SF6密度继电器的抗振作用原理是基于在接头与表壳上加有避振垫，利用避振垫，对开关分合闸时的振动起到缓冲作用，能够大大提高密度继电器的抗振性能。使其抗振性能达到20m/s2。当开关分合闸时就会产生很大的振动或冲击，这种振动或冲击能量通过连接处直接传递到接头，接头然后传递到避振垫，通过避振垫起了缓冲作用，然后再传递到密度继电器表壳。这样，由于避振垫的缓冲作用，传递到密度继电器表壳的振动或冲击能量已大大减少，因此起到很好的抗振效果。

另，无油抗震型SF6密度继电器的工作原理是基于弹性元件弹簧管，利用温度补偿片对变化的压力和温度进行修正，反应SF6气体密度的变化。它的输出接点采用微动开关形式。因为这种结构设计，其微动开关信号的控制完全是由温度补偿片和弹簧管来执行的，加上避振垫的缓冲作用，这样就不容易怕振动，就不会造成误动信号输出，能够保证系统

可靠工作。这样一来就大大的提高了这种指针式密度继电器的抗振性能，是一种名副其实的抗振性指针式密度继电器。具有不怕振动的优点，可以不充硅油，完全克服漏油问题，可以很好地应用在SF6电气设备上。

图2

运用中的SF6设备一旦密度继电器出现漏油，就得及时更换。具体的做法是：将原漏油的密度继电器更换为无油抗震型密度继电器，更换完毕后，再检漏，确保密封。这样一来，就实现了密度继电器无油化，从而解决了漏5结论

在SF6电气设备中，SF6气体是主要的绝缘介质和灭弧介质，其绝缘强度和灭弧能力均取决于SF6气体的密度，一般来说密度越高，性能越好。但是，由于制造、运行、维护等方面的原因，漏气现象在所难免，当密度降低时，将会带来两方面的危害：一是气体绝缘设备耐压强度的降低；二是断路器开断容量下降。因此，为了保证SF6电气设备的安全可靠运行，必须监视SF6气体的密度。SF6气体密度的监视通常通过SF6气体密度继电器

来实现。它通常设有二级警告信号，即报警压力信号和闭锁压力信号，当密度降低时及时发出相应的警告信号以便及时处理，保证SF6电气设备的安全稳定运行。所以安装于现场的SF6气体密度继电器必须确保性能良好。因此，我们认为：

1） 对出现漏油的密度继电器必须及时监视并更换。

2） 新更换的密度继电器最好采用抗振性能良好的无油型密度继电器。

参考文献

1朱家才,马业英,李桦.非金属材料及其应用(M).湖北:湖北科学技术出版社,1992

2沈锋钢等.O形橡胶密封圈静密封应力分析及密封性能试验(J).新技术新工艺,2007年第1期

3王有柱,刘双瑜,SF6密度继电器使用中的几点经验(J).电力设备,2004

作者简介

贾泽宏（1967-），男，高级工程师，从事修试所科技管理工作

徐宁利（1963-），男，高级技师，从事变电检修工作油问题，保证了断路器的安全稳定运行。