摘要：SF6氣體狀態(tài)直接反映了GIS設(shè)備的絕緣狀態(tài)，監(jiān)測(cè)SF6氣體壓力是否正常是保障GIS安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。為此，介紹了一種能有效實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)GIS設(shè)備的SF6氣體狀態(tài)，并對(duì)SF6氣體壓力進(jìn)行趨勢(shì)分析、預(yù)測(cè)報(bào)警的MSM裝置，能為GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)分析及運(yùn)維工作提供重要的數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：GIS;SF6;MSM裝置

0 引言

GIS（氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備）是采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)的封閉式開(kāi)關(guān)設(shè)備。GIS因具備占地面積小、安全可靠等特點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用于變電站及發(fā)電廠中。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，40%～50%的GIS故障是SF6泄漏導(dǎo)致的，90%以上的GIS運(yùn)行維護(hù)工作與SF6有關(guān)。因此，監(jiān)測(cè)GIS運(yùn)行中SF6氣體的壓力狀態(tài)具有重要意義。

傳統(tǒng)GIS的SF6氣體壓力值通過(guò)觀測(cè)設(shè)備本體上的機(jī)械式密度繼電器表盤(pán)所得，需要運(yùn)維人員定期抄表，受到GIS產(chǎn)品高度及產(chǎn)品設(shè)計(jì)的限制，550 kV GIS密度計(jì)安裝在5 m以上位置，不能保證其安裝角度處于最佳觀測(cè)位置，造成運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)觀察密度計(jì)數(shù)值不便，抄表困難。因此，在550 kV GIS上配置SF6在線監(jiān)測(cè)裝置尤為必要。

1 MSM裝置在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

1.1? ? 工程項(xiàng)目概況

項(xiàng)目名稱(chēng)：山東特高壓1 000 kV菏澤變電站550 kV GIS。

項(xiàng)目地理位置：山東省菏澤市牡丹區(qū)。

該變電站采用3/2接線形式，共有7串21個(gè)斷路器間隔，分多期擴(kuò)建完成。本項(xiàng)目涉及首期的2個(gè)斷路器間隔（含2臺(tái)斷路器、9臺(tái)隔離開(kāi)關(guān)、13臺(tái)檢修接地、3個(gè)套管）及母線管道建設(shè)，共計(jì)45個(gè)獨(dú)立氣室。技術(shù)協(xié)議中要求所有氣室設(shè)有SF6氣體密度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一套。

1.2? ? MSM裝置的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

本項(xiàng)目技術(shù)協(xié)議并未對(duì)SF6在線監(jiān)測(cè)提出具體要求，結(jié)合項(xiàng)目布置情況及GIS運(yùn)行特點(diǎn)，選用了ABB公司自有的SF6監(jiān)測(cè)設(shè)備——模塊監(jiān)測(cè)設(shè)備（MSM）。對(duì)比市場(chǎng)上大量其他在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，其優(yōu)勢(shì)如下：

（1）MSM集成了數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示功能于一體，不需要額外的后臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)客戶(hù)的控制、保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)造成干擾。

（2）MSM提供多種接入方式，SF6氣體狀態(tài)可在就地顯示屏上實(shí)時(shí)顯示，可利用網(wǎng)絡(luò)接入電腦，可建立局域網(wǎng)用于智能設(shè)備遠(yuǎn)程網(wǎng)頁(yè)讀取數(shù)據(jù)，為客戶(hù)在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)SF6氣體狀態(tài)提供極大便利。

（3）MSM采用標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)軌安裝方式，對(duì)比采用其他標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的裝置，其在線監(jiān)測(cè)IED體積小，接入信號(hào)多，能與GIS就地控制柜的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝方式實(shí)現(xiàn)友好兼容。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1? ? 硬件組成

MSM裝置的SF6氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由控制和通信模塊（CCM）、信號(hào)輸入模塊（AIM）、電源模塊、傳感器組成。1個(gè)控制和通信模塊可連接最多10個(gè)信號(hào)輸入模塊。MSM裝置配置示意圖如圖1所示，24 V直流電源直接連接在控制和通信模塊（CCM）上，所有其他模塊在外殼上集成了通信總線，模塊拼接到一起后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電源與通信的連接。

（1）電源模塊，選用菲尼克斯的mini-Ps，它的電源輸入為AC85～264 V或DC90～350 V，向MSM裝置提供24 V直流電源，輸出功率為36 W。

（2）控制和通信模塊（CCM）包括主CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元以及以太網(wǎng)、二進(jìn)制輸出、CANBUS（HMI人機(jī)交互就地顯示單元）的通信和用戶(hù)接口?？刂坪屯ㄐ拍K（CCM）通過(guò)模塊內(nèi)部總線收集處理信號(hào)輸入模塊（AIM）的信號(hào)。

（3）信號(hào)輸入模塊（AIM），1個(gè)信號(hào)輸入模塊可以最多接入8路模擬傳感器。AIM支持4～20 mA的信號(hào)輸入，再通過(guò)模塊上的總線傳輸?shù)娇刂婆c通信模塊。每個(gè)模擬信號(hào)輸入口可對(duì)傳感器提供12 V的直流驅(qū)動(dòng)電源。

（4）就地顯示單元（HMI）由2個(gè)組件組成，通信模塊（MFD-CP4-CO）和就地顯示操作單元（MFD-80-B）。HMI可顯示SF6氣體的實(shí)時(shí)狀態(tài)及歷史數(shù)據(jù)，其安裝在柜體的前面板上。

（5）Trafag SF6混合密度繼電器在機(jī)械式觸點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了帶6～20 mA的遠(yuǎn)傳信號(hào)，不用單獨(dú)再增設(shè)密度計(jì)，減少了現(xiàn)場(chǎng)工作量，同時(shí)避免了部分模塊氣室口不足的問(wèn)題。Trafag密度計(jì)自動(dòng)帶溫度補(bǔ)償裝置，測(cè)量范圍為0～1 100 kPa（20 ℃），測(cè)量精度為±1.8%。

（6）傳感器與安裝在控制柜的MSM裝置采用電纜連接，電纜芯線選用1.5 mm2，外帶屏蔽層，屏蔽層在控制柜側(cè)通過(guò)接地線與柜體外殼連接，在傳感器側(cè)與格蘭頭壓接后再與GIS殼體連接接地，以屏蔽現(xiàn)場(chǎng)干擾，符合EMC測(cè)試的原則。

（7）本項(xiàng)目采用的Trafag SF6混合密度繼電器的最大輸入電壓為10 V，1.5 mm2電纜最長(zhǎng)能達(dá)到250 m。經(jīng)驗(yàn)算，本項(xiàng)目最長(zhǎng)氣室電纜長(zhǎng)度為191 m，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.2? ? 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

傳感器通過(guò)電纜連接到MSM裝置上，整個(gè)變電站的MSM裝置通過(guò)總線連接到在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中，與變電站的控制網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立設(shè)置，不影響斷路器的控制及保護(hù)操作。SF6氣體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布置如圖2所示，用網(wǎng)線接入MSM裝置，在瀏覽器中輸入網(wǎng)址“172.16.0.13”進(jìn)入配置界面，根據(jù)GIS配置相應(yīng)的氣室圖。

2.3? ? 操作應(yīng)用

用戶(hù)用瀏覽器登錄系統(tǒng)界面后，實(shí)時(shí)顯示：（1）氣體壓力密度和泄漏量;（2）SF6氣體報(bào)警狀態(tài);（3）SF6氣體趨勢(shì)圖;（4）報(bào)警預(yù)測(cè);（5）裝置及傳感器的自檢狀態(tài)。氣室狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖如圖3所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的MSM裝置利用智能氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，為電氣絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警GIS存在的缺陷，極大地便利了運(yùn)維人員的運(yùn)維檢修工作。

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收稿日期：2020-08-02

作者簡(jiǎn)介：祝聳（1984—），女，山西運(yùn)城人，碩士，工程師，研究方向：電力與電氣。