0  引言

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

    SF₆氣體密度在線監(jiān)測系統(tǒng)通過布置于氣室的密度變送器，如圖1所示，實時監(jiān)測斷路器、GIS等電氣設(shè)備內(nèi)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(shù)據(jù)上傳到后臺系統(tǒng)，實現(xiàn)氣室內(nèi)SF₆氣體密度的實時在線監(jiān)測。后臺系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析SF₆氣體的密度及其變化趨勢，從而判斷設(shè)備漏氣趨勢及漏氣率，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)異常情況，保障電氣設(shè)備和變電站整套系統(tǒng)的連續(xù)可靠運行能力。

1  常規(guī)變電站實現(xiàn)SF6氣體密度在線監(jiān)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(nèi)電網(wǎng)的建設(shè)，變電站以及站內(nèi)設(shè)備數(shù)量逐漸增多，對運行人員的日常巡視工作提出了新的挑戰(zhàn)。如國網(wǎng)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(zhèn)九十殿村，于2010年開始投運，遠景規(guī)模3臺1 000 MVA主變壓器，目前已投運共有500 kV場區(qū)12個間隔、220 kV場區(qū)5個間隔、35 kV場區(qū)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(xiàn)場觀察數(shù)據(jù)也很困難。通過系統(tǒng)的智能化改造可以將現(xiàn)場的SF₆氣體密度、壓力、溫度等數(shù)據(jù)信號上傳到主控室的后臺系統(tǒng)，運檢人員不需要再到現(xiàn)場進行逐個密度繼電器的數(shù)據(jù)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(jiān)測系統(tǒng)可通過布置于氣室的密度變送器實時采樣數(shù)據(jù)并上傳到后臺系統(tǒng)，后臺系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析實時掌握SF₆氣體的密度及其變化趨勢，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)異常情況并提醒運行人員采取應(yīng)對措施，以避免發(fā)生重大事故。同時克服了傳統(tǒng)機械式密度繼電器的缺陷：即當SF₆電氣產(chǎn)品發(fā)生漏氣時，只有當氣體壓力下降到報警值時，傳統(tǒng)機械式密度繼電器才發(fā)出報警信號，而此時SF₆氣體已經(jīng)泄漏了很多，造成了環(huán)境破壞^[9]。而應(yīng)用SF₆氣體密度在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以及時發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，盡可能地減少SF₆氣體泄漏到大氣中，響應(yīng)了國家電網(wǎng)公司關(guān)于提高效益，打造綠色低碳電網(wǎng)的發(fā)展理念，同時對倡導(dǎo)更經(jīng)濟節(jié)能的狀態(tài)檢修技術(shù)的推進具有促進作用。

    SF₆氣體密度在線監(jiān)測系統(tǒng)采用總線式分層分布式結(jié)構(gòu)搭建，完全滿足智能變電站的三層體系結(jié)構(gòu)要求：過程層（傳感器）、間隔層（數(shù)據(jù)采集與處理）、站控層（監(jiān)測主機、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器），整體系統(tǒng)可采用IEC61850標準電力通信規(guī)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(yè)時臨近帶電設(shè)備，施工人員及設(shè)備機械的安全風(fēng)險相應(yīng)增加，作業(yè)順利進行難度較大^[13]。

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

    常規(guī)變電站因場區(qū)內(nèi)無智能匯控柜，因此需要單獨布置一臺SF6在線監(jiān)測匯控柜給密度變送器供電，同時采集并匯總區(qū)域內(nèi)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(chǔ)土建施工。

    常規(guī)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(yè)時臨近帶電設(shè)備，同樣存在施工人員及設(shè)備機械的安全風(fēng)險極大、作業(yè)無法進行的問題。

2  常規(guī)變電站實現(xiàn)SF6氣體密度在線監(jiān)測安裝施工的方法

2.1  改造概述及施工基本內(nèi)容

    經(jīng)過多次現(xiàn)場勘察，對施工方案的討論、設(shè)計與修改，最終形成：保留現(xiàn)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(guān)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(jiān)測SF6氣體密度并將數(shù)據(jù)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(jiān)測匯控柜，安裝匯控柜前需進行基礎(chǔ)施工。匯控柜內(nèi)置電源模塊用于給密度變送器供電，內(nèi)置通信集線器匯總此區(qū)域內(nèi)所有密度變送器的遠傳信號。敷設(shè)四芯屏蔽電纜將每只密度變送器信號接入?yún)R控柜。最終信號統(tǒng)一匯總到35 kV區(qū)域的匯控柜后，敷設(shè)一根光纜接入到控制室內(nèi)智能控制屏終端。后臺系統(tǒng)實時刷新顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)，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(jiān)測系統(tǒng)安全穩(wěn)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(xiàn)以楚城500 kV變電站改造項目為例，闡述SF₆氣體密度在線監(jiān)測系統(tǒng)在常規(guī)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(shè)備區(qū)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(qū)需要改造的間隔為：楚清線4D48斷路器、1#主變4801斷路器、母聯(lián)4600斷路器、分段4200斷路器、分段4100斷路器。

    針對35 kV場區(qū)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(shè)備區(qū)、220 kV設(shè)備區(qū)、35 kV設(shè)備區(qū)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(shè)備區(qū)的遠傳式密度變送器、四通閥的安裝（參見圖1），電纜敷設(shè)（參見圖2），在線監(jiān)測匯控柜的安裝（參見圖3）及系統(tǒng)接線與調(diào)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(yīng)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(fù)一次及二次回路的電源。

    （2）敷設(shè)四芯屏蔽電纜用于密度變送器與匯控柜的數(shù)據(jù)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(shè)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(shè)按區(qū)域進行階段性作業(yè)，一個區(qū)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(fù)原，如圖3。

    （3）區(qū)域內(nèi)布置一臺在線監(jiān)測戶外智能匯控柜，如圖4，匯控柜內(nèi)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(qū)域內(nèi)所有密度變送器數(shù)據(jù)并上傳給后臺系統(tǒng)。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(cè)安裝接地排并保證良好接地。

    （4）根據(jù)電氣系統(tǒng)圖進行系統(tǒng)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(yīng)的線路上附上包含其間隔及回路等相關(guān)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(shè)備區(qū)的遠傳式密度變送器、四通閥的安裝，電纜敷設(shè)，匯控柜的安裝及系統(tǒng)接線與調(diào)試，具體施工內(nèi)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(shè)備區(qū)的遠傳式密度變送器、四通閥的安裝，電纜敷設(shè)，戶外柜的安裝及系統(tǒng)接線與調(diào)試。具體施工內(nèi)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(shè)備區(qū)的匯控柜內(nèi)的信號匯總到35 kV的匯控柜上，最終由35kV設(shè)備區(qū)的匯控柜敷設(shè)一根光纜接入到控制室內(nèi)智能控制屏柜終端，如圖6所示，用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的顯示、存儲及歷史數(shù)據(jù)的查詢，可通過趨勢曲線判斷現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)及漏氣率。

2.3  改造后系統(tǒng)達到的技術(shù)指標及數(shù)據(jù)

    改造后系統(tǒng)可實現(xiàn)所有斷路器氣室的密度在線監(jiān)測，通過主控室的系統(tǒng)后臺就可直觀、方便地查看實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、趨勢曲線，并可設(shè)定報警、閉鎖值等功能。通過在線監(jiān)測IED可實現(xiàn)IEC 61850規(guī)約轉(zhuǎn)換，直接接入一體化后臺系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)上傳至國網(wǎng)省調(diào)及國調(diào)中心。部分后臺數(shù)據(jù)截屏如圖7所示。

    使用高精度密度繼電器校驗儀現(xiàn)場檢測^[14]，改造后現(xiàn)場測量結(jié)果部分對比數(shù)據(jù)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(shù)值對比，其偏差也在2%以內(nèi)。通過性能測試，表明密度在線監(jiān)測系統(tǒng)其密度檢測精度均在允許誤差范圍內(nèi)。

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(shù)較多，要防止運行人員處于的長期疲憊工作狀態(tài)。施工中存在相鄰間隔帶電，吊車轉(zhuǎn)臂時臨近帶電設(shè)備，相應(yīng)增加施工人員及設(shè)備機械的安全風(fēng)險。連續(xù)施工周期長，防止現(xiàn)場施工人員處于長期疲憊工作狀態(tài)。工作負責(zé)人在每日工作前應(yīng)核對工作區(qū)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(fā)生錯走間隔及超范圍施工等情況^[13-15]。

3.2  土建施工

    現(xiàn)場匯控柜土建施工，現(xiàn)場工作區(qū)域需隔離，現(xiàn)場隔離區(qū)掛牌“在此工作”標識牌。由現(xiàn)場安全監(jiān)督負責(zé)人進行安全防護視查后，進行安全作業(yè)溝通，方可在現(xiàn)場工作負責(zé)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(qū)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(jié)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(jiān)測系統(tǒng)在常規(guī)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(guī)變電站實現(xiàn)智能化在線監(jiān)測在安裝改造施工過程中存在的停電時間長、電網(wǎng)運行風(fēng)險大、負荷損失嚴重、安裝難度大、施工安全風(fēng)險高等問題，整體施工作業(yè)圓滿實現(xiàn)了安全風(fēng)險可控，沒有發(fā)生一起不安全現(xiàn)象或問題，確保了項目工程的安全順利完成，利用在線監(jiān)測系統(tǒng)其技術(shù)的先進性確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。同時，這次成功實踐對今后相關(guān)類似的常規(guī)變電站及老站智能化改造具有重要的借鑒、指導(dǎo)意義。

    本文所介紹的改造施工方法降低了建設(shè)投資，縮短了建設(shè)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(shè)及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)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(wǎng)企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

    SF₆氣體密度在線監(jiān)測系統(tǒng)在常規(guī)變電站改造成功，就可以實現(xiàn)無需到現(xiàn)場即可對高壓電氣設(shè)備的SF₆氣體密度進行在線監(jiān)測，可以通過專家分析軟件進行趨勢分析，為SF₆電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修提供堅實的依據(jù)，滿足電網(wǎng)自動化和設(shè)備狀態(tài)檢修的需要，對提高電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行和運行管理水平、開展預(yù)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(wǎng)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）