0  引言

    SF₆氣體由于卓越的絕緣和滅弧性能，在電氣設備中作為絕緣和滅弧介質得到廣泛應用。目前，SF₆電氣設備大量應用在電力部門、工礦企業，促進了電力行業的快速發展。隨著經濟高速發展，我國電力系統容量急劇擴大，近年來，SF6電氣設備用量進一步增多。SF₆氣體在電氣設備中的作用是滅弧和絕緣，但是，高壓電氣設備內SF₆氣體的密度降低（如泄漏引起）將嚴重影響SF₆高壓設備的電氣性能，對電網的安全運行造成嚴重隱患^[1-8]。

    SF₆氣體密度在線監測系統通過布置于氣室的密度變送器，如圖1所示，實時監測斷路器、GIS等電氣設備內部SF₆氣體的密度及其變化趨勢，并具有遠傳通信接口，可將數據上傳到后臺系統，實現氣室內SF₆氣體密度的實時在線監測。后臺系統通過大數據分析SF₆氣體的密度及其變化趨勢，從而判斷設備漏氣趨勢及漏氣率，提前發現設備出現異常情況，保障電氣設備和變電站整套系統的連續可靠運行能力。

1  常規變電站實現SF6氣體密度在線監測的必要性及其安裝施工問題

1.1  改造的必要性

    隨著國內電網的建設，變電站以及站內設備數量逐漸增多，對運行人員的日常巡視工作提出了新的挑戰。如國網安徽省電力有限公司500 kV楚城變電站位于安徽省蕪湖縣花橋鎮九十殿村，于2010年開始投運，遠景規模3臺1 000 MVA主變壓器，目前已投運共有500 kV場區12個間隔、220 kV場區5個間隔、35 kV場區4個間隔，總計超過100余只SF₆密度繼電器需要定期巡檢，且有些安裝位置較高，現場觀察數據也很困難。通過系統的智能化改造可以將現場的SF₆氣體密度、壓力、溫度等數據信號上傳到主控室的后臺系統，運檢人員不需要再到現場進行逐個密度繼電器的數據抄錄，從而減輕運檢人員的工作量，提高運檢工作效率。

    SF₆氣體密度在線監測系統可通過布置于氣室的密度變送器實時采樣數據并上傳到后臺系統，后臺系統通過大數據分析實時掌握SF₆氣體的密度及其變化趨勢，提前發現設備出現異常情況并提醒運行人員采取應對措施，以避免發生重大事故。同時克服了傳統機械式密度繼電器的缺陷：即當SF₆電氣產品發生漏氣時，只有當氣體壓力下降到報警值時，傳統機械式密度繼電器才發出報警信號，而此時SF₆氣體已經泄漏了很多，造成了環境破壞^[9]。而應用SF₆氣體密度在線監測系統，可以及時發現漏氣現象，盡可能地減少SF₆氣體泄漏到大氣中，響應了國家電網公司關于提高效益，打造綠色低碳電網的發展理念，同時對倡導更經濟節能的狀態檢修技術的推進具有促進作用。

    SF₆氣體密度在線監測系統采用總線式分層分布式結構搭建，完全滿足智能變電站的三層體系結構要求：過程層（傳感器）、間隔層（數據采集與處理）、站控層（監測主機、數據庫服務器），整體系統可采用IEC61850標準電力通信規約，接入一體化智能變電站后臺^[10-12]。

1.2  安裝施工問題

    以500 kV楚城變電站為例，由于沒有安裝三通或四通閥門，因此必須停電施工。如采取不停電施工方式，則相鄰間隔帶電，人員及吊車等施工機械作業時臨近帶電設備，施工人員及設備機械的安全風險相應增加，作業順利進行難度較大^[13]。

    常規變電站在改造過程中，會增加電纜的敷設難度。為此要避開運行電纜，選擇專門的走向進行敷設。電纜并固定在電纜支架上，分階段掛標識牌。

    常規變電站因場區內無智能匯控柜，因此需要單獨布置一臺SF6在線監測匯控柜給密度變送器供電，同時采集并匯總區域內的密度、壓力、溫度等遠傳信號。安裝戶外柜前需按要求進行基礎土建施工。

    常規變電站如采不停電施工方式，則母線帶電，人員及吊車等施工機械作業時臨近帶電設備，同樣存在施工人員及設備機械的安全風險極大、作業無法進行的問題。

2  常規變電站實現SF6氣體密度在線監測安裝施工的方法

2.1  改造概述及施工基本內容

    經過多次現場勘察，對施工方案的討論、設計與修改，最終形成：保留現有密度繼電器及二次回路不變，增加一個四通閥，其中接口1連接開關本體；接口2連接原有密度繼電器，用于報警、閉鎖機械接點信號輸出；接口3連接密度變送器用于實時監測SF6氣體密度并將數據上傳至后臺；接口4用于補氣、校驗（參見圖1）。500 kV場地、220 kV場地及35 kV場地分別布置一臺戶外SF₆密度在線監測匯控柜，安裝匯控柜前需進行基礎施工。匯控柜內置電源模塊用于給密度變送器供電，內置通信集線器匯總此區域內所有密度變送器的遠傳信號。敷設四芯屏蔽電纜將每只密度變送器信號接入匯控柜。最終信號統一匯總到35 kV區域的匯控柜后，敷設一根光纜接入到控制室內智能控制屏終端。后臺系統實時刷新顯示現場數據，并記錄存儲。

    按此方案，自2017年9月~2017年11月，最終安全順利地完成了技改項目工作并驗收合格。至今，改造后的SF₆氣體密度在線監測系統安全穩定運行。

2.2  改造中安裝施工的方法

    為便于清楚闡述情況，現以楚城500 kV變電站改造項目為例，闡述SF₆氣體密度在線監測系統在常規變電站改造中安裝施工的解決方法。

    楚城改造項目針對500 kV設備區需要改造的間隔為：1#主變5012斷路器、2#主變5013斷路器、楚當線5031斷路器、楚當線/團楚線5032斷路器、團楚線5033斷路器、城涂線5041斷路器、城涂線/團城線5042斷路器、團城線5043斷路器、蕪城線5051斷路器、蕪城線5052斷路器、蕪楚線5061斷路器、蕪楚線5062斷路器。

    針對220 kV場區需要改造的間隔為：楚清線4D48斷路器、1#主變4801斷路器、母聯4600斷路器、分段4200斷路器、分段4100斷路器。

    針對35 kV場區需要改造的間隔為：1#站用變310斷路器、1#主變2號電抗器312斷路器、1#主變1號電抗器311斷路器、1#主變3510斷路器。

    總施工期為2017年9月19日~11月20日，分為4個階段，采用間隔停電的方式進行施工。期間500 kV設備區、220 kV設備區、35 kV設備區累計停電35天。

2.2.1  第一階段

    2017年9月19日~2017年10月12日，期間主要完成500 kV設備區的遠傳式密度變送器、四通閥的安裝（參見圖1），電纜敷設（參見圖2），在線監測匯控柜的安裝（參見圖3）及系統接線與調試。

    （1）首先需要斷開斷路器的一次及二次回路的電源，卸下原先的密度繼電器（斷路器本體接口自封，因此會自動斷開氣源，保證密封）；然后將四通閥安裝到斷路器本體接口處；將原先的密度繼電器及新增的密度變送器安裝到四通閥的對應接口；最后必須采用專用檢漏儀器對所有器件及氣路進行密封性測試，如圖2，確保密封后恢復一次及二次回路的電源。

    （2）敷設四芯屏蔽電纜用于密度變送器與匯控柜的數據通信。電纜按走向在電纜溝支架上進行依次排列并做好標識，保證有序的同時用扎絲采用8字固定方式將電纜依次排列緊固。過防火墻時，需要打洞施工。敷設完畢，需用專用防火泥進行封堵。防火墻兩邊的電纜線兩邊需各刷1 m的防火漆。電纜敷設按區域進行階段性作業，一個區域完成布線工作后，確認布線工藝、布線防護等滿足要求后，最后進行蓋板復原，如圖3。

    （3）區域內布置一臺在線監測戶外智能匯控柜，如圖4，匯控柜內安裝24 V直流電源模塊及通信集線器，用于給密度變送器供電，及匯總區域內所有密度變送器數據并上傳給后臺系統。布置匯控柜前需土建施工，施工完成后，周邊要有遮擋，上方要由遮蓋，自然晾曬5日后方可進行匯控柜的安裝。匯控柜兩側安裝接地排并保證良好接地。

    （4）根據電氣系統圖進行系統接線，采用萬用表測試保證每一路密度變送器的供電及通信正確，如圖5。確認無誤后，在相應的線路上附上包含其間隔及回路等相關信息的線路標記。

2.2.2  第二階段

    2017年10月14日~2017年10月25日，期間主要完成35 kV設備區的遠傳式密度變送器、四通閥的安裝，電纜敷設，匯控柜的安裝及系統接線與調試，具體施工內容及流程參考2.2.1。

2.2.3  第三階段

    2017年10月26日~2017年11月12日，期間主要完成500 kV設備區的遠傳式密度變送器、四通閥的安裝，電纜敷設，戶外柜的安裝及系統接線與調試。具體施工內容及流程參考2.2.1。

2.2.4  第四階段

    2017年11月13日~2017年11月18日，期間完成其他兩個設備區的匯控柜內的信號匯總到35 kV的匯控柜上，最終由35kV設備區的匯控柜敷設一根光纜接入到控制室內智能控制屏柜終端，如圖6所示，用于現場數據的顯示、存儲及歷史數據的查詢，可通過趨勢曲線判斷現場設備的狀態及漏氣率。

2.3  改造后系統達到的技術指標及數據

    改造后系統可實現所有斷路器氣室的密度在線監測，通過主控室的系統后臺就可直觀、方便地查看實時數據、歷史數據、趨勢曲線，并可設定報警、閉鎖值等功能。通過在線監測IED可實現IEC 61850規約轉換，直接接入一體化后臺系統，將數據上傳至國網省調及國調中心。部分后臺數據截屏如圖7所示。

    使用高精度密度繼電器校驗儀現場檢測^[14]，改造后現場測量結果部分對比數據見表1，從表1知道：密度變送器與高精度校驗儀檢測值比較，其實際誤差均小于1%；與原先密度繼電器機械指針讀數值對比，其偏差也在2%以內。通過性能測試，表明密度在線監測系統其密度檢測精度均在允許誤差范圍內。

3  改造施工注意事項

3.1  安全注意要點

    本改造施工方法停電方式運行人員操作母線及間隔次數較多，要防止運行人員處于的長期疲憊工作狀態。施工中存在相鄰間隔帶電，吊車轉臂時臨近帶電設備，相應增加施工人員及設備機械的安全風險。連續施工周期長，防止現場施工人員處于長期疲憊工作狀態。工作負責人在每日工作前應核對工作區域及工作地點，工作前對施工人員進行交底、安全注意事項及危險點分析進行交代。嚴禁發生錯走間隔及超范圍施工等情況^[13-15]。

3.2  土建施工

    現場匯控柜土建施工，現場工作區域需隔離，現場隔離區掛牌“在此工作”標識牌。由現場安全監督負責人進行安全防護視查后，進行安全作業溝通，方可在現場工作負責人的指揮下進行土建、匯控柜安裝操作。如四周是草坪，還要對草坪區域采取保護措施。土建按要求施工完成后，周邊要有遮擋，上方要由遮蓋，自然晾曬5日后方可進行戶外柜的安裝^[16]。

4  結語

    本文以500 kV楚城變電站改造安裝施工為實例，介紹了SF₆氣體密度在線監測系統在常規變電站改造中如何進行安裝施工的方法，有效地解決了常規變電站實現智能化在線監測在安裝改造施工過程中存在的停電時間長、電網運行風險大、負荷損失嚴重、安裝難度大、施工安全風險高等問題，整體施工作業圓滿實現了安全風險可控，沒有發生一起不安全現象或問題，確保了項目工程的安全順利完成，利用在線監測系統其技術的先進性確保電網安全穩定運行。同時，這次成功實踐對今后相關類似的常規變電站及老站智能化改造具有重要的借鑒、指導意義。

    本文所介紹的改造施工方法降低了建設投資，縮短了建設周期。因采用間隔停電方式，且只有安裝四通閥門及原有二次回路接線時需要停電，電纜敷設及系統聯調均無需停電，因此有效地縮短了停電時間，電量負荷損失已基本降到最低。同時降低了后期運維的工作量^[17]，為電網企業創造了良好的經濟效益和社會效益。

    SF₆氣體密度在線監測系統在常規變電站改造成功，就可以實現無需到現場即可對高壓電氣設備的SF₆氣體密度進行在線監測，可以通過專家分析軟件進行趨勢分析，為SF₆電氣設備的狀態檢修提供堅實的依據，滿足電網自動化和設備狀態檢修的需要，對提高電網系統的安全運行和運行管理水平、開展預期診斷和趨勢分析、減少無計劃停電檢修起到重要作用。

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作者信息:

吳  勝1，賈鳳鳴1，廖  軍1，高  燃1，蔣晶晶1，景  瑤1，夏鐵新2，郭正操2，金海勇2

（1．國網安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽 合肥 230601；

2．上海樂研電氣有限公司，上海 201802）