变电站GIS设备SF_6压力在线监测装置应用分析_陈宁.pdf

第 44 卷第 3 期2023 年 6 月电力与能源变电站 GIS 设备 SF6压力在线监测装置应用分析陈宁，邢智杰，姜鑫鑫，孙琛（国网上海市电力公司超高压分公司，上海 200063）摘要：通过对变电站 GIS 设备使用的 SF6气体特性、应用性能、泄漏危害等方面进行阐述，借以说明 SF6气体压力在线监测装置对于保障电网系统安全运行的重要性。同时结合 500 kV 黄渡变电站加装 GIS 设备 SF6压力在线监测装置的需求，具体介绍了 SF6压力在线监测装置的应用前景，分析了该设备在变电运维工作中所起到的作用。关键词：GIS 设备；SF6气体；在线监测；压力预警作者简介：陈宁（1974），男，高级工程师，主要从事变电运维工作。中图分类号：TM564 文献标志码：A 文章编号：2095-1256（2023）03-0301-03Application of SF6 Pressure On-line Monitoring Device for GIS Equipment in SubstationCHEN Ning，XING Zhijie，JIANG Xinxin，SUN Chen（State Grid EHV Transmission&Transformation Company，SMEPC，Shanghai 200063，China）Abstract：This paper expounded the characteristics，application performance，leakage hazards and other aspects of SF6 gas used by GIS equipment in substation，so as to illustrate the importance of SF6 gas pressure online monitoring device to ensure the safe operation of power system.At the same time，combined with the demand of installing GIS equipment SF6 pressure online monitoring device in 500 kV Huangdu substation，the application prospect of SF6 pressure online monitoring device was introduced in detail，and the role of the device in the substation operation and maintenance was also analyzed.Key words：GIS equipment，SF6 gas，on-line monitoring，pressure warning六氟化硫（SF6）封闭式组合电器，又称为气体绝缘开关（GIS）设备，是将一座变电站中的一次设备经优化设计分别装在各自密封间中，然后集中组装在一个整体外壳中，并充以 SF6气体作为绝缘介质，具有安装空间小、不受环境影响、安装周期短、维护方便等优点。在输变电系统中占据着重要地位。SF6气体是 GIS 设备最重要的绝缘介质，在常温常压下，SF6无色、无味、无毒，不可燃烧，无腐蚀性，呈气体状态，且化学稳定性强，具有良好的电气绝缘性能和灭弧性能，被广泛应用于电器工业。GIS 设备采取全密封手段保持气体压力，维持其绝缘和灭弧性能。然而由于生产工艺、密封件老化等原因，GIS设备有可能会缓慢漏气。GIS设备漏气造成的危害主要有两点。（1）SF6压力降低会造成灭弧、绝缘性能下降，开关气室的压力降低会造成开关闭锁，压力的进一步降低甚至会引发放电故障；（2）气体泄漏在造成压力降低的同时，SF6气体的湿度、密度会增大，从而影响电气性能1。因此，在 GIS设备充气后，应进行严格的泄漏检测，并实时掌握 SF6气体压力，当气室压力降低时应进行补气，以消除隐患，保证设备的安全运行2。1SF6压力监测现状当前常规变电站对 SF6的压力监测主要有两种方法。（1）采取人工巡视的方式，对变电站内所有充气设备的压力表计数值定期进行抄录，通过比对历史数值和额定数值，分析是否存在漏气隐患以及是否需要进行补气。人工抄录的方式缺乏实时DOI：10.11973/dlyny202303021301陈宁，等：变电站 GIS设备 SF6压力在线监测装置应用分析性，并需要付出大量的人工成本，部分气室位于户外、高处等地方，抄录时存在人身伤害的风险。与数字化表计相比，人工抄录需要人工读数，可能存在读数偏差，而大量重复劳动也容易造成人员懈怠。（2）将压力表计自带的报警功能接入自动化后台系统，通过光字牌报警方式提醒气室压力已降低至报警压力。SF6压力报警只能指示压力已降低至特定数值，而不能连续监视其压力降低的趋势和变化速率，无法提前作出预警。另外，压力报警通常是将多个气室信号合并发出，故无法在第一时间确定具体是哪个气室的压力降低至报警压力。因此，有必要研究开发一套能够对 SF6压力进行实时在线监测的系统。该在线监测系统通过监测设备运行时 SF6的压力值，计算气体压力以及泄漏速率是否符合要求，从而帮助运维人员实时掌握设备状况。2SF6压力在线监测装置简介SF6压力在线监测装置由采集端和后台系统两部分组成，其中采集端负责将 SF6气室压力转化为数字量传输进入监控后台，后台系统对采集的各项数据进行存储并分析。SF6压力在线监测装置的系统方案如图 1所示。2.1采集端采集端主要设备为 SF6密度传感器，采集所有 SF6气室的压力/密度数据并传入 SF6在线监测就地柜，柜内安装传感器信号集线器、DC 24 V 电源和智能规约转换设备（IED）规约转换器。集线器采用 RS-485 电缆有线方式采集各间隔附近所有 SF6传感器信号，数据通过 RS-485 总线传至IED，IED 将所有气室传感器的压力/密度数据转换为 IEC 61850 规约信号，并通过光纤传输至站内一体化在线监测后台系统。2.2后台系统SF6在线监测后台系统可以集中显示现场SF6传感器各项数据，并存储和分析生成报表和曲线供查看，主要包含数据总览、数据报表、数据曲线、数据报警等功能，可通过设置报警提醒，实时监控现场气室报警状态。（1）数据总览功能：可以实时显示对应区域所有监测气室的 SF6数据信息（压力/密度）。（2）数据报表功能：可根据设定的时间周期和区域查询显示所有的数据信息。（3）数据曲线功能：系统将采集到的数据以曲线形式显示，方便进行分析判断。曲线可设置为实时曲线也可查询历史数据曲线。（4）数据报警功能：系统对数据进行分析判断，根据设置的报警限制进行数据报警提示，主要有压力低报警、漏气速率超标报警等。报警可设置声音和数据变色提示报警，可查看实时报警信息和历史报警信息。对于压力低报警，可以对各个不同类型气室单独设置报警阈值，一般应设置在表计机械压力略偏上的区域。对于漏气速率超标报警，系统根据连续多个时间段的压力检测数值计算出漏气速率，对于超过标准的进行报警，漏气速率标准应根据气室大小、结构形式以及厂家建议综合考虑制定。3SF6压力在线监测装置的应用500 kV 黄渡变电站（以下简称“黄渡站”）各电压等级均采用 GIS设备，涉及多个厂家，并包含全长 8 km 的气体绝缘输电线路（GIL），大量的图 1SF6压力在线监测装置的系统方案302陈宁，等：变电站 GIS设备 SF6压力在线监测装置应用分析GIS 设备中共有 SF6气室 794 个。在黄渡站中使用 SF6压力在线监测装置具有重要的实际意义，主要体现在以下几个方面。（1）实时监控各个气室的压力/密度及其变化率，大大提高了设备的可靠性。随着变电站设备使用年限的增长，由于设备密封部件的老化，往往会突发设备压力降低或者漏气速率超标现象。尤其是无人值守的变电站，对于设备的突发压力降低或者漏气速率增大超标，传统的压力表告警不能及时发现，造成了不必要的意外损失。变电站在线监测装置可以及时发现设备的异常情况，并向运行人员发送告警信息，从而避免设备发生意外情况。（2）降低了维护人员的劳动强度，节省运行管理成本。在未使用 SF6压力在线监测装置前，需要人工巡视、抄录表计示数，而在全 GIS设备的黄渡站，SF6气室多达794个，表计的抄录工作将耗费大量的人力。另部分表计位于户外、楼顶、设备上部等高处，抄录存在困难，并有一定风险。对所有表计进行一次人工抄录约需要 2人 4 h。按照目前五通要求，500 kV变电站抄录 SF6表计周期为 15天，一年共抄录 24 次，每年可节省人工 192 h 人，并有效降低了风险。（3）通过后台数据和图谱进行趋势判断和分析，可监测泄漏风险，增加了开关的可靠性。不仅可以提供设备现在的运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断是否存在故障的先兆，从而延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养的费用，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。（4）及时发现漏点并检修，降低 SF6泄漏对人员和环境造成的潜在危害。在使用 SF6压力在线监测装置后，可以实时监测每个气室单独的数据，这将大大改善改造前多个气室共用一个光字牌发信的弊端，当发生故障时，可以更加快速、精准地找到故障点，提高工作效率与电网的安全可靠性。同时因为 SF6气体的密度大于空气（大约为空气的 5倍），当发生严重泄漏时，大量泄漏出来的 SF6气体沉积在房间下部，当 SF6气体体积浓度达到1 000 mL L1以上时，可能会对工作人员造成人身意外伤害。当在线监测装置监测到泄漏速率达到报警限时，禁止人员进入泄漏区域，从而保障了进入室内工作人员的人身安全。（5）积累大量的 SF6气室压力数据，为未来人工智能和大数据分析提供数据依据。4结语本文介绍了变电站 GIS 设备实施 SF6压力在线监测的优点，并分析了其带来的成效。（1）采用 SF6压力在线监测可以及时了解变电站 GIS 设备的运行状况，掌握其运行特性及变化趋势，以便尽早发现潜在故障，及时采取预防措施或进行维修，为设备的状态检修机制提供了依据，可以减少过早或不必要的检修，降低维修费用，提高检修的针对性，可以为实现从计划检修到状态检修的转变创造有利条件，保障系统安全可靠运行。（2）SF6压力在线监测技术能帮助运维人员实时掌握设备状况，提高设备可控在控的同时，解放运维劳动力，具有重要的实际意义。参考文献：1马文长，尚彦军，陈晨，等.一体化 SF6密度在线监测装置研究及应用 J.电力设备管理，2020（11）：49-50，63.2金海望，卢德均，王占伟，等.SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置 J.电气技术，2017（3）：148-151.收稿日期：2023-01-28(本文编辑：赵艳粉）303