220KVGIS高壓開關配電室SF6在線檢測系統方案

• 高壓開關配電室SF6在線檢測系統的意義：

  高壓開關是電廠、變電站的重要設備之一，為了能夠安全可靠地將電力送到國家電網，必須確保高壓開關等設備工作正常、可靠運行。在高壓開關GIS設備中，SF6保護氣體的密度及微量水分含量都對高壓開關是否能夠可靠運行起著至關重要的作用，因此，需要對高壓開關GIS設備中SF6氣體的密度及微量水分含量進行實時檢測。

  在高壓開關保護氣體SF6的各項參數中，水分含量是其中十分重要的指標。為此國家標準GB/T8905《六氟化硫電氣設備中氣體管理和檢測導則》、GB7674《72.5KV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備》中均對氣體的水分含量規定如下：

從上表中可以看到，正常運行的高壓開關氣體中，水分的含量是很低的。因此，在行業中一般稱為氣體的微水含量檢測。氣體中微量水分對高壓開關的影響是很大的，主要表現在：水分含量超標帶來的開關絕緣性能降低，導致高壓擊穿。因絕緣能力下降在兩端電極附近產生局部放電，時間長了導致貫通性閃絡；直接影響高壓開關的開斷性能。這是由于SF6被電弧分解后形成SF4+、SF2+、SF5+及負離子F2-、F-、SF-，水分的存在對分解物的復合和斷口間介質強度的恢復起阻礙作用；電弧分解物和SF6經過水解產生HF和H2SO4，會對某些金屬物和絕緣件產生腐蝕作用，影響高壓開關的使用壽命。

因此，必須定期檢測SF6氣體的微水含量值，一般要求為半年檢測一次。在SF6氣體微量水分含量的測量上，傳統的方法常采用便攜式微水測量儀，其缺點是便攜式微水測量儀不能對SF6氣體微量水分含量進行在線實時測量，只能夠定期對微水含量進行測量，在對微水含量進行測量時，需要從氣室內放出一部分SF6氣體，采用露點儀測量微水含量，一般露點儀要求測量時間為5～10分鐘，氣體釋放流量值5L/min，每次檢測帶來的氣體釋放量很大，測試過程比較復雜，不便于操作，并且對于氣室較小的SF6開關，更是無法采用此方法進行檢測。同時，由于從氣室中放出一部分的SF6氣體，氣室內SF6氣體的密度將下降，因此必須對SF6氣室進行補氣，這樣又會影響SF6氣室內微水含量，給測量帶來較大的誤差。

同樣，為了保證高壓開關正常工作，必須保證高壓開關保護氣SF6的密度不低于某一數值，因此，需要對高壓開關SF6氣體的密度進行實時監測，在SF6氣體密度的測量上，傳統的方法常采用指針式儀表，靠現場工作人員人工讀取數據，其缺點是測量準確度差，讀數十分不便，并且可能會由于工作人員的疏忽，產生錯誤的讀數，同時也不便于測量數據的集中管理。如果發生泄露，密度沒有降低到報警點，工作人員就無法發現泄露，也不便于記錄其泄露的時間及過程，嚴重時可能會造成嚴重的生產事故。

另一方面，由于開關室是變電站各種設備最集中的地方，尤其是裝有SF6設備的開關室，平時因為通風不良可能會缺氧或因設備中SF6氣體泄漏而污染室內環境，使進入房間巡視、檢修人員的健康甚至生命受到嚴重威脅，給電力安全運行帶來隱患，因此，我國《電業安全工作規程》特別規定，在相關場所必須安裝氧氣和SF6檢測報警裝置，并安裝必要的通風換氣裝置。同時，從環保的角度來考慮，在相關場所也有必要安裝SF6檢測報警裝置。

上海兆度電子有限公司，經過多年研發，推出ZD2000B型六氟化硫泄漏報警在線監測系統，可有效防止以上事故發生。

• GRI系列SF6密度變送器簡介：

  GRI系列SF6密度變送器是一種在線連續測量的儀表，采用24V直流供電，4~20mA模擬信號或者RS485通訊方式進行數據傳輸，便于組成各種規模的測量系統，對GIS設備進行科學化的管理。GRI系列密度變送器具有性能穩定、測量準確、數據可靠、安裝方便、結構緊湊、抗干擾能力強等特點，并采用多種措施進行了防泄露設計，保證設備的安全可靠運行。

  GIS設備中SF6氣體的密度在沒有發生泄露的情況下相對穩定，而壓力隨著溫度的變化而變化。在電力行業中，通常用20℃時的壓力值P20來代表SF6氣體的密度。GRI型密度變送器采集被測點的溫度和壓力，通過分段線性擬合的計算方法，采用專門計算方法對電路進行設計，針對SF6氣體在量程內每一點的壓力和溫度值，計算出對應的P20值，并且能夠通過4~20mA模擬信號或者RS485總線的通訊方式，將數值送到上位計算機。

• SF6微水測量變送器簡介：

  微水測量變送器是專門為高壓開關GIS設備SF6氣體的微量水分含量檢測而設計的儀表。氣體含量采用露點法檢測，具有壓力和溫度的修正功能，保證不同壓力、溫度下微水檢測輸出的準確性，同時具有壓力和溫度信號輸出，使該變送器具有多種輸出功能。

  SF6氣體微量水分的計量方式是水分與氣體的體積比，單位為ppm該值等同于水分分壓P水與氣體總壓力P之比。因此，可以通過檢測水分分壓和氣體壓力換算氣體的微水含量。水分分壓可以通過檢測氣體的露點值換算出來，氣體的壓力通過壓力傳感器得到，并且還需要進行溫度修正的溫度傳感器。即該變送器包含露點、壓力、溫度三個傳感器。通過4~20mA模擬信號或者RS485總線的通訊方式，將數值送到上位計算機。

• 上海兆度電子有限公司研發出ZD2000B型六氟化硫在線監測系統，可以有效避免事故發生。

• 高壓開關配電室SF6在線檢測系統的組成：

  根據對GIS開關室現場的經驗，設計本系統由如下部分組成：微水測量變送器、GRI密度變送器、GIS室監控柜、SF6濃度傳感器、氧氣傳感器、溫濕度傳感器、多功能控制器、SF6采集器、GIS室監控工控機、主控室監控工控機、專工辦公室監控工控機。其具體的組成如圖1所示：

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• 圖1高壓開關配電室SF6在線檢測系統的組成示意圖

• GIS開關室現場安裝微水測量變送器和GRI密度變送器，在斷路器等特別需要監測微水含量的地方，安裝微水測量變送器，在其它地方安裝GRI密度變送器監測氣室內SF6氣體的密度，安裝微水測量變送器和GRI密度變送器的具體數量可以由220KVGIS系統根據需要自行決定。微水測量變送器和GRI密度變送器通過4~20mA模擬信號或者RS485總線的通訊方式，將數值送到現場監控柜內的監控計算機，變送器的供電電源由控制柜內的24V線性電源供給。上海兆度電子可提供ZD2000WM型微水密度監測系統，現場監控柜內的監控計算機實時將壓力、溫度、密度、微水含量的數值，直觀地按位置顯示在顯示器的屏幕上，并且當SF6氣體密度低于設定的報警點或微水含量高于設定的報警點時，系統進行語音報警，并將報警的時間、數值、位置、報警恢復的時間等參數保存在監控計算機內，監控計算機設有歷史數據查詢界面和報警信息查詢界面，可以隨時查看歷史數據和報警數據。同時，現場的工作人員可以根據需要隨時在不同的點設置不同的報警點。

  在GIS開關室的監控柜內，裝有SF6濃度傳感器、氧氣傳感器、溫濕度傳感器、多功能控制器、SF6采集器，SF6采集器通過管路將現場需要監測點的環境空氣分別進行采樣，由吸氣泵將氣體吸入SF6采集器的氣室內，在由SF6濃度傳感器內置的吸氣泵將氣體吸入進行分析，將環境中SF6濃度的數值傳給監控主機。監控主機分別與SF6濃度傳感器、氧氣傳感器、溫濕度傳感器進行通訊，讀取GIS開關室環境中F6濃度、氧氣含量、溫度、濕度的數值，直觀地顯示在主機屏幕上，并且當環境中SF6氣體濃度超過100ppm（此值可以任意設定）、氧氣含量低于18％（此值可以任意設定）時，主機發出聲響報警，并自動啟動現場排風扇進行排風，同時將報警的通道信息、報警時間、SF6濃度數值、氧氣含量數值保存在監控主機中，監控主機設有報警查詢界面進行查詢。在高壓開關配電室SF6環境監測系統組成中有關于SF6環境監測的詳細介紹。

  監控柜內的監控計算機與主控室的監控計算機通過局域網相連，主控室的工作人員可以通過計算機的屏幕隨時了解GIS開關室各個檢測點的SF6氣體密度、微水含量、環境中SF6的濃度、氧氣含量、溫度、濕度的數值。同樣，主控室的計算機通過局域網與專工辦公室內的監控計算機相連，專工辦公室的技術人員也可以隨時查看GIS開關室設備的運行情況。

• 高壓開關配電室SF6環境監測系統組成：

  高壓開關配電室SF6環境智能監測系統由監控主機、多功能控制器、SF6氣體采集器、氧氣探測器、溫濕度變送器、紅外傳感器等組成?？蓪崟r檢測SF6氣體濃度、氧氣含量、環境溫濕度等，可以實現自動/手動控制排風扇排風、泄露超標自動啟動排風扇排風、當配電室有人員進入時，自動啟動排風扇排風三種控制方式。其結構如圖2所

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圖2 SF6環境監測系統組成框圖




• 監控主機主要完成數據采集、數據顯示、報警數據存儲、發送控制指令、報警指示、數據上傳、軟硬復位等功能。

  多功能控制器控制SF6采集器中的氣泵及電磁閥，分時將各個通道的SF6氣體從現場抽到SF6采集器的氣室內，在由SF6濃度電化學傳感器的內置泵從氣室內吸入SF6氣體，采用熱裂解-電化學復合檢測技術對采集到的SF6氣體濃度進行分析，并將結果轉換為4～20mA的標準信號送到多功能控制器，多功能控制器通過RS485總線，將測量結果送到監控主機進行顯示、報警、存儲。

  由于氧氣傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器已經采用了RS485總線的通訊方式，因此配電室環境中的氧氣含量、溫度信號、濕度信號通過RS485總線直接與監控主機連接，監控主機將對接收到的信號進行分析判斷、顯示、報警、存儲。

  監控主機依次與多功能控制器、氧氣探測器、溫度變送器、濕度變送器進行通訊，讀取各個通道SF6濃度、氧氣含量、溫度、濕度的數值，當監控主機檢測到配電室中某通道SF6氣體的濃度超過1000ppm時，或者氧氣的含量低于18%時，系統將自動啟動排風扇進行排風，并發出SF6氣體濃度超標或氧氣含量過低的聲響報警，將SF6氣體濃度數值、氧氣含量數值、通道位置等報警信息通過RS485總線或網絡傳輸的方式，傳送到有關負責人及維修人員的辦公室，提示工作人員進行及時的維修，避免產生重大的生產事故，同時提示進入配電室工作的工作人員作好防護措施。

  同時，為了保持SF6配電室中的空氣暢通，本系統還專門設計了定時自動啟動排風扇的功能，即工作人員可以根據需要，自行設定幾個時間點，當設定的時間到時，系統將自動啟動排風扇排風，并且每次排風的時間也可以根據需要設定。為了最大程度地保護工作人員的身體健康，在系統中還設定了手動開啟和停止排風扇的手動開關，工作人員可以根據需要隨時開啟和停止排風扇。另外，本系統還特別地采用紅外傳感器，即當無論什么時間，只要有工作人員進入SF6配電室，紅外傳感器都能夠感知到，并且自動啟動排風扇進行排風，保護進入現場的工作人員生命安全。

• 高壓開關配電室SF6在線檢測系統的施工方案：

  根據對220KVGIS系統GIS開關室現場的經驗，我們設計本系統的施工按下面方法進行：

  1、在GIS開關室現場安裝一臺監控柜，控制柜內裝有平板監控計算機、為現場變送器供電的24V電源、SF6濃度變送器、氧氣變送器、溫度濕度變送器、多功能控制器、SF6采集器控制繼電器等設備，在主控室安裝一臺監控計算機，在專工辦公室安裝一臺監控計算機。

  2、GIS開關室現場安裝有指針式密度計，安裝一個三通，三通的一端與現場指針式密度計連接，一端連接微水測量變送器或GRI密度變送器，另一端連接一個單向逆止閥，作為SF6氣體補氣時使用。

  3、變送器的電源線和通訊線沿著指針式儀表的電纜鋪設，進入儀表柜后電纜通過橋架鋪設到相應的位置，在通過穿孔鋪設到GIS開關室放置監控柜的位置，與監控柜內的監控計算機及其它設備相連接。

  4、監控柜內的監控計算機通過網卡、網線與主控室監控計算機連接。

  5、主控室監控計算機通過網卡、網線與專工辦公室監控計算機連接。網線應通過電纜橋架和室外電纜溝鋪設。

  
  

  6、選擇四路開關室SF6濃度監測點，分別將SF6氣體采樣的管路鋪設到GIS監控柜處，管路鋪設的方法可參照信號線鋪設的方法進行。