SF6气体密度在线监测系统在GIS设备中的应用

中图分类号：X84文献标识码：A

GIS是气体绝缘全封闭组合电器（Gas Insulatedmetal-enclosed Switchgear)的英文缩写。该设备是近几十年发展起来的高、精、尖输变电设备，且维护工作量小，运行可靠性高，在电厂、变电站等均有广泛的应用。

在GIS设备中，一般采用SF6气体作为绝缘、灭弧介质。SF6气体是一种无毒、无味、无色、无嗅、非可燃的合成气体，具有高的耐电强度、优良的灭弧性能，对GIS设备性能起着决定性的作用。现有的GIS设备普遍采用密度继电器在设备就地监视SF6压力，依靠密度继电器上的压力接点向远方发出SF6压力低报警、压力低闭锁信号。由于没有在线监测系统，不能及时发现SF6气体漏泄及其发展趋势，容易出现由于SF6严重漏泄，危及主设备安全，造成主设备损坏及影响系统稳定运行的事故。

近年来，随着传感技术、微电子技术及计算机技术的飞速进步，各种GIS设备的线监测系统不断涌现。尤其是SF6气体密度在线监测系统已经逐渐应用于国内外电网的众多大型电力工程之中。下面以越南Sonla水电站工程中ZF15-550型GIS的SF6在线监测系统为例，对该种系统在GIS设备中的应用加以介绍。

一、系统功能

在越南Sonla水电站工程中，SF6气体密度在线监测系统对GIS各气室中的SF6气体状态参数进行采集。从而实现在生产过程中对SF6气体密度进行实时、远程监测以及历史数据分析，加强监测手段，更好地保证设备安全、稳定运行。二、系统组成

整套GIS气体密度在线监测系统主要由SF6气体密度继电器、中继器及转换模块、现场服务计算机构成。

图1SF6气体密度在线监测系统示意图

该系统首先通过SF6气体密度继电器中的压力及温度传感器采集高压电气设备中的压力及温度，将它们分别转化为4~20mA DC的标准信号，输出给下位机。然后经由下位机（中继器及转换模块）使用其内部的C51单片机对采集到的4~20mA DC的标准信号运算处理得到密度值，最后通过RS485总线上传至变电站机房监控室的上位机（现场服务计算机）。

上位机采用工控组态软件控制中心系统，接收并显示下位机传来的温度、压力和密度值。最后上位机控制中心系统进行数据处理、显示，可设定报警值及闭锁值，出现漏气时发出报警提示，并实现历史数据及趋势曲线的存储及查询。

（一）SF6气体密度继电器

SF6气体密度继电器作为直接安装于GIS设备上的测量元件，直接关系到GIS设备运行安全、整套系统的可靠性和测量精度。

密度继电器包括一个测量气体压力的压力变送器和一个测气体温度的温度变送器，分别输出两路4～20mADC标准信号，送到控制柜中的可编程控制器。压力变送器由压力传感器、变送电路和机械结构构成，温度变送器由温度传感器、变送电路和机械结构构成，两部分构成密度计变送器。

SF6气体密度变送器与现有德国指针密度计串联连接，中间连接采用SF6专用阀门。安装后，气体密度变送器连同SF6专用阀门一起进行压力试验，保证无泄漏。变送器输出为双路4～20mA标准信号，经双层屏蔽电缆传输至可编程控制器的A/D采集模块。转换后的数字信号经计算得到密度和P20值，送显示器显示。针对现场抗干扰问题，除在电路上增加滤波、屏蔽等部分外。在信号（两路4～20mA）的传输过程中，采用双层屏蔽电缆。其中一层接地，另一层接罐外壳。可保证信号不受干扰。

（二）中继器及转换模块

连接SF6气体传感器，接入相应的模拟量和数字量形式的测量数据信号。测量数据以4-20mA模拟量或Modbus RTU数字量形式输出，采用RS232/485接口。可通过人机界面或远程计算机设置报警阈值，当SF6气体状态越限时提供干接点报警输出，信号可接入DCS或其它厂用监控系统。模块提供可扩展的GIS运行参考电流、电压输入通道，为SF6在线监测系统提供参考监视数据。

（三）现场服务计算机系统

主控室管理计算机和现场测控计算机采用目前国内使用较为广泛，本工程中采用的台湾研华（ADVANTECH）公司的一体化工作站作为现场监控计算机，主控室管理计算机采用工业控制计算机。现场监控计算机负责气体密度数据的计算与管理，从而生成实时图表与动画显示，并可形成历史数据库供用户查询。并将该数据通过MPI网或局域网，准确快速地传送给主控室管理计算机，这些信号用来实时显示、打印制表、数据储存、经济量累积核算等。

三、系统应用情况及前景

2010年8月，越南Sonla水电站GIS气体密度在线监测系统设计方案完成，并在500kV、220kVGIS设备上进行安装。整个系统对500kVGIS系统177个气室、220kVGIS系统31个气室、气体密度进行在线连续监测2010年9月，整套系统安装、调试工作结束，正式投入运行。投入运行以来，该系统工作稳定。2011年6月，某500kV气室压力下降到报警值，在线监测系统记录了整个压力下降过程，并正确动作，及时报警。2011年12月，在线监测系统3次监测到了200kVGIS设备的SF6压力下降，并及时报警。

通过工程实践证明，SF6压力监测是GIS设备不可或却的运行监视手段，随着GIS设备在电力系统的广泛应用，GISSF6气体密度在线监测系统也将不断得到推广应用。用GISSF6气体密度在线监测系统取代机械式指针密度传感器将成为必然的发展趋势，GIS的SF6气体密度在线监测系统必将成为GIS设备的附属标准配置之一。