220KVGIS高压开关配电室SF6在线检测系统方案 ( SF6气体在线监测

220KVGIS高压开关配电室SF6在线检测系统方案
( SF6气体在线监测装置)
•高压开关配电室SF6在线检测系统的意义：
高压开关是电厂、变电站的重要设备之一，为了能够安全可靠地将电力送到国家电网，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≤500
运行允许值≤300≤1000
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，时间长了导致贯通性闪络；直接影响高压开关的开断性能。

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5～10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。

针对传统方法在SF6气体密度和微水含量的测量上存在的缺点，北京韦安搏公司研制了GRI 系列SF6密度变送器和SF6微水测量变送器，并且在实际应用中，取得了较好的效果，受到了用户的好评。

另一方面，由于开关室是变电站各种设备最集中的地方，尤其是装有SF6设备的开关室，平时因为通风不良可能会缺氧或因设备中SF6气体泄漏而污染室内环境，使进入房间巡视、检修人员的健康甚至生命受到严重威胁，给电力安全运行带来隐患，因此，我国《电业安全工作规程》特别规定，在相关场所必须安装氧气和SF6检测报警装置，并安装必要的通风换气装置。

同时，从环保的角度来考虑，在相关场所也有必要安装SF6检测报警装置。

针对开关室环境中氧气和SF6气体浓度监测的需要，我公司研制了DR2000 系列SF6浓度变送器、DR2001型氧气变送器、DR2003型温度湿度变送器、多功能控制器、SF6采集器。

•GRI系列SF6密度变送器简介：
GRI系列SF6密度变送器是一种在线连续测量的仪表，采用24V直流供电，4~20mA模拟信号或者RS485通讯方式进行数据传输，便于组成各种规模的测量系统，对GIS设备进行科学化的管理。

GRI系列密度变送器具有性能稳定、测量准确、数据可靠、安装方便、结构紧凑、抗干扰能力强等特点，并采用多种措施进行了防泄露设计，保证设备的安全可靠运行。

GIS设备中SF6气体的密度在没有发生泄露的情况下相对稳定，而压力随着温度的变化而变化。

在电力行业中，通常用20℃时的压力值P20来代表SF6气体的密度。

GRI型密度变送器采集被测点的温度和压力，通过分段线性拟合的计算方法，采用专门计算方法对电路进行设计，针对SF6气体在量程内每一点的压力和温度值，计算出对应的P20值，并且能够通过4~20mA模拟信号或者RS485总线的通讯方式，将数值送到上位计算机。

•SF6微水测量变送器简介：
微水测量变送器是专门为高压开关GIS设备SF6气体的微量水分含量检测而设计的仪表。

气体含量采用露点法检测，具有压力和温度的修正功能，保证不同压力、温度下微水检测输出的准确性，同时具有压力和温度信号输出，使该变送器具有多种输出功能。

SF6气体微量水分的计量方式是水分与气体的体积比，单位为ppm该值等同于水分分压P水与气体总压力P之比。

因此，可以通过检测水分分压和气体压力换算气体的微水含量。

水分分压可以通过检测气体的露点值换算出来，气体的压力通过压力传感器得到，并且还需要进行温度修正的温度传感器。

即该变送器包含露点、压力、温度三个传感器。

通过4~20mA模拟信号或者RS485总线的通讯方式，将数值送到上位计算机。

•高压开关配电室SF6在线检测系统的组成：
根据对GIS开关室现场的经验，设计本系统由如下部分组成：微水测量变送器、GRI密度变送器、GIS室监控柜、SF6浓度传感器、氧气传感器、温湿度传感器、多功能控制器、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。

其具体的组成如图1所示：
图1高压开关配电室SF6在线检测系统的组成示意图
GIS开关室现场安装微水测量变送器和GRI密度变送器，在断路器等特别需要监测微水含量的地方，安装微水测量变送器，在其它地方安装GRI密度变送器监测气室内SF6气体的密度，安装微水测量变送器和GRI密度变送器的具体数量可以由220KVGIS系统根据需要自行决定。

微水测量变送器和GRI密度变送器通过4~20mA模拟信号或者RS485总线的通讯方式，将数值送到现场监控柜内的监控计算机，变送器的供电电源由控制柜内的24V线性电源供给。

现场监控柜内的监控计算机实时将压力、温度、密度、微水含量的数值，直观地按位置显示在显示器的屏幕上，并且当SF6气体密度低于设定的报警点或微水含量高于设定的报警点时，系统进行语音报警，并将报警的时间、数值、位置、报警恢复的时间等参数保存在监控计算机内，监控计算机设有历史数据查询界面和报警信息查询界面，可以随时查看历史数据和报警数据。

同时，现场的工作人员可以根据需要随时在不同的点设置不同的报警点。

在GIS开关室的监控柜内，装有SF6浓度传感器、氧气传感器、温湿度传感器、多功能控制器、SF6采集器，SF6采集器通过管路将现场需要监测点的环境空气分别进行采样，由吸气泵将气体吸入SF6采集器的气室内，在由SF6浓度传感器内置的吸气泵将气体吸入进行分析，将环境中SF6浓度的数值传给监控主机。

监控主机分别与SF6浓度传感器、氧气传感器、温湿度传感器进行通讯，读取GIS开关室环境中F6浓度、氧气含量、温度、湿度的数值，直
观地显示在主机屏幕上，并且当环境中SF6气体浓度超过100ppm（此值可以任意设定）、氧气含量低于18％（此值可以任意设定）时，主机发出声响报警，并自动启动现场排风扇进行排风，同时将报警的通道信息、报警时间、SF6浓度数值、氧气含量数值保存在监控主机中，监控主机设有报警查询界面进行查询。

在高压开关配电室SF6环境监测系统组成中有关于SF6环境监测的详细介绍。

监控柜内的监控计算机与主控室的监控计算机通过局域网相连，主控室的工作人员可以通过计算机的屏幕随时了解GIS开关室各个检测点的SF6气体密度、微水含量、环境中SF6的浓度、氧气含量、温度、湿度的数值。

同样，主控室的计算机通过局域网与专工办公室内的监控计算机相连，专工办公室的技术人员也可以随时查看GIS开关室设备的运行情况。

•高压开关配电室SF6环境监测系统组成：
高压开关配电室SF6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、红外传感器等组成。

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。

同时，为了保持SF6配电室中的空气畅通，本系统还专门设计了定时自动启动排风扇的功能，即工作人员可以根据需要，自行设定几个时间点，当设定的时间到时，系统将自动启动排风扇排风，并且每次排风的时间也可以根据需要设定。

为了最大程度地保护工作人员的身体健康，在系统中还设定了手动开启和停止排风扇的手动开关，工作人员可以根据需要随时开启和停止排风扇。

另外，本系统还特别地采用红外传感器，即当无论什么时间，只要有工作人员进入SF6配电室，红外传感器都能够感知到，并且自动启动排风扇进行排风，保护进入现场的工作人员生命安全。

•高压开关配电室SF6在线检测系统的施工方案：
根据对220KVGIS系统GIS开关室现场的经验，我们设计本系统的施工按下面方法进行：
1、在GIS开关室现场安装一台监控柜，控制柜内装有平板监控计算机、为现场变送器供电的24V电源、SF6浓度变送器、DR2201型氧气变送器、DR2203型温度湿度变送器、多功能控制器、SF6采集器控制继电器等设备，在主控室安装一台监控计算机，在专工办公室安装一台监控计算机。

2、GIS开关室现场安装有指针式密度计，安装一个三通，三通的一端与现场指针式密度计连接，一端连接微水测量变送器或GRI密度变送器，另一端连接一个单向逆止阀，作为SF6气体补气时使用。

3、变送器的电源线和通讯线沿着指针式仪表的电缆铺设，进入仪表柜后电缆通过桥架铺设到相应的位置，在通过穿孔铺设到GIS开关室放置监控柜的位置，与监控柜内的监控计算机及其它设备相连接。

4、监控柜内的监控计算机通过网卡、网线与主控室监控计算机连接。

5、主控室监控计算机通过网卡、网线与专工办公室监控计算机连接。

网线应通过电缆桥架和室外电缆沟铺设。

6、选择四路开关室SF6浓度监测点，分别将SF6气体采样的管路铺设到GIS监控柜处，管路铺设的方法可参照信号线铺设的方法进行。