SF6开关环境在线监测系统设计方案

SF6开关环境在线监测装置

设

计

方

案

北京四方德瑞科技有限公司

二零零八年十二月

1.总则

SF6开关是电厂、变电站的重要设备之一，为了能够安全可靠地将电能送到国家电网，必须确保高压开关等设备工作正常、可靠运行。在高压开关GIS设备中，SF6保护气体的密度及微量水分含量都对高压开关是否能够可靠运行起着至关重要的作用. 因此，需要对高压开关GIS设备中SF6气体的密度及微量水分含量进行实时检测。在高压开关保护气体SF6的各项参数中，水分含量是其中十分重要的指标。为此国家标准GB/T8905《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》、GB7674《72.5KV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》中均对气体的水分含量规定如下：

隔室有电弧分解物的隔室

μL/L 无电弧分解物的隔室μL/L

交接验收值≤150≤300

运行允许值≤250 ≤500

从上表中可以看到，正常运行的高压开关气体中，水分的含量是很低的。因此，在行业中一般称为气体的微水含量检测。气体中微量水分对高压开关的影响是很大的，主要表现在：水分含量超标带来的开关绝缘性能降低，导致高压击穿。因绝缘能力下降在两端电极附近产生局部放电，直接影响高压开关的开断性能，发生重大事故。这是由于SF6被电弧分解后形成SF4+、SF2+、SF5+及负离子F2-、F-、SF-，水分的存在对分解物的复合和断口间介质强度的恢复起阻碍作用；电弧分解物和SF6经过水解产生HF和H2SO4，会对某些金属物和绝缘件产生腐蚀作用，影响高压开关的使用寿命。因此，必须定期检测SF6气体的微水含量值，一般要求为半年检测一次。在SF6气体微量水分含量的测量上，传统的方法常采用便携式微水测量仪，其缺点是便携式微水测量仪不能对SF6气体微量水分含量进行在线实时测量，只能够定期对微水含量进行测量，在对微水含量进行测量时，需要从气室内放出一部分SF6气体，采用露点仪测量微水含量，一般露点仪要求测量时间为10～30分钟，气体释放流量值5L/min，每次检测带来的气体释放量很大，测试过程比较复杂，不便于操作，并且对于气室较小的SF6开关，更是无法采用此方法进行检测。同时，由于从气室中放出一部分的SF6气体，气室内SF6气体的密度将下降，因此必须对SF6气室进行补气，这样又会影响SF6气室内微水含量，给测量带来较大的误差。同样，为了保证高压

开关正常工作，必须保证高压开关保护气SF6的密度不低于某一数值，因此，需要对高压开关SF6气体的密度进行实时监测，在SF6气体密度的测量上，传统的方法常采用指针式仪表，靠现场工作人员人工读取数据，其缺点是测量准确度差，读数十分不便，并且可能会由于工作人员的疏忽，产生错误的读数，同时也不便于测量数据的集中管理。如果发生泄露，密度没有降低到报警点，工作人员就无法发现泄露，也不便于记录其泄露的时间及过程，严重时可能会造成严重的生产事故。

2.总体设计

2.1 系统介绍

SF6开关环境在线检测系统根据对GIS开关现场的经验，设计本系统由如下部分组成：DR2200微水测量变送器、GIS室监控柜、SF6浓度传感器、氧气传感器、温湿度传感器、DR2000系列多功能控制器、DR2000系列SF6采集器、GIS室监控工控机、主控室监控工控机、专工办公室监控工控机。

2.3SF6开关环境在线监测系统组成：

SF6开关环境智能监测系统由监控主机、多功能控制器、SF6气体采集器、氧气探测器、温湿度变送器等组成。可实时检测SF6气体浓度、氧气含量、环境温湿度等，可以实现自动/手动控制排风扇排风、泄露超标自动启动排风扇排风、当配电室有人员进入时，自动启动排风扇排风三种控制方式。其结构如图2所示：

图2 SF6环境监测系统组成框图

监控主机主要完成数据采集、数据显示、报警数据存储、发送控制指令、报警指示、数据上传、软硬复位等功能。

多功能控制器控制SF6采集器中的气泵及电磁阀，分时将各个通道的SF6气体从现场抽到SF6采集器的气室内，在由SF6浓度电化学传感器的内置泵从气室内吸入SF6气体，采用热裂解-电化学复合检测技术对采集到的SF6气体浓度进行分析，并将结果转换为4～20mA 的标准信号送到多功能控制器，多功能控制器通过RS485总线，将测量结果送到监控主机进行显示、报警、存储。

由于氧气传感器、温度传感器、湿度传感器已经采用了RS485总线的通讯方式，因此配电室环境中的氧气含量、温度信号、湿度信号通过RS485总线直接与监控主机连接，监控主机将对接收到的信号进行分析判断、显示、报警、存储。

监控主机依次与多功能控制器、氧气探测器、温度变送器、湿度变送器进行通讯，读取各个通道SF6浓度、氧气含量、温度、湿度的数值，当监控主机检测到配电室中某通道SF6气体的浓度超过1000ppm时，或者氧气的含量低于18%时，系统将自动启动排风扇进行排风，并发出SF6气体浓度超标或氧气含量过低的声响报警，将SF6气体浓度数值、氧气含量数值、通道位置等报警信息通过RS485总线或网络传输的方式，传送到有关负责人及维修人员的办公室，提示工作人员进行及时的维修，避免产生重大的生产事故，同时提示进入配电室工作的工作人员作好防护措施。

一、DR2201型SF6、氧气、温度变送器

主要特点：DR2201型变送器是专门为GIS系统工作室提供的环境SF6、氧含量和温湿度检测设计，防止SF6气体泄漏造成的氧含量降低，杜绝伤害工作人员事件发生的辅助检测仪表。传感器信号提供给DR2000巡回检测装置或计算机标准电流信号，为监测室内SF6、氧含量报警和温度报警在线装置。为高压开关安全使用提供准确指示和安全保护。

产品优势：

1.传感器：采用原装进口传感器，精密检测

2.DSP技术：精确并快速响应的数字信号处理技术

3.CAN总线技术：更高的系统可用性和稳定性

4.自有知识产权：产品获国家发明和设计专利