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(yè)，促進了電力行業(yè)的快速發(fā)展,。隨著經濟高速發(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(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(tǒng),，實現(xiàn)氣室內SF₆氣體密度的實時在線監(jiān)測,。后臺系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)設備出現(xiàn)異常情況,，保障電氣設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(zhàn),。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(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)場觀察數據也很困難。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、溫度等數據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(jiān)測系統(tǒng)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(tǒng),，后臺系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)設備出現(xiàn)異常情況并提醒運行人員采取應對措施，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氣體已經泄漏了很多,，造成了環(huán)境破壞^[9],。而應用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,，響應了國家電網公司關于提高效益,，打造綠色低碳電網的發(fā)展理念，同時對倡導更經濟節(jié)能的狀態(tài)檢修技術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(jiān)測主機,、數據庫服務器），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)時臨近帶電設備,，施工人員及設備機械的安全風險相應增加,，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(guī)變電站因場區(qū)內無智能匯控柜，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(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)時臨近帶電設備，同樣存在施工人員及設備機械的安全風險極大,、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容

    經過多次現(xiàn)場勘察,，對施工方案的討論、設計與修改，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(jiān)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(qū)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(tǒng)一匯總到35 kV區(qū)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(tǒng)實時刷新顯示現(xiàn)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(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設備區(qū)、220 kV設備區(qū),、35 kV設備區(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（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(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,，最后進行蓋板復原,，如圖3。

    （3）區(qū)域內布置一臺在線監(jiān)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(qū)域內所有密度變送器數據并上傳給后臺系統(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,。匯控柜兩側安裝接地排并保證良好接地,。

    （4）根據電氣系統(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(qū)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(tǒng)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(qū)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(tǒng)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(qū)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(qū)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(xiàn)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(xiàn)場設備的狀態(tài)及漏氣率,。

2.3  改造后系統(tǒng)達到的技術指標及數據

    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(jiān)測IED可實現(xiàn)IEC 61850規(guī)約轉換,，直接接入一體化后臺系統(tǒng),，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(xiàn)場檢測^[14],，改造后現(xiàn)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(jiān)測系統(tǒng)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(tài),。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(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)。工作負責人在每日工作前應核對工作區(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(yè)圓滿實現(xiàn)了安全風險可控，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)其技術的先進性確保電網安全穩(wěn)定運行。同時,，這次成功實踐對今后相關類似的常規(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(tǒng)聯(lián)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(yè)創(chuàng)造了良好的經濟效益和社會效益,。

    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電氣設備的狀態(tài)檢修提供堅實的依據,，滿足電網自動化和設備狀態(tài)檢修的需要，對提高電網系統(tǒng)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）