開閉所SF6氣壓在線監測技術的研究與運用

朱建富，魏信伍

（國網浙江海鹽縣供電公司，浙江 海鹽 314300）

開閉所SF6氣壓在線監測技術的研究與運用

朱建富，魏信伍

（國網浙江海鹽縣供電公司，浙江 海鹽 314300）

在分析SF6開閉所（環網柜）在配電網發展中的應用及存在問題的基礎上，結合海鹽縣供電公司開閉所（環網柜）的運行經驗，提出了解決SF6開閉所（環網柜）氣體壓力問題的解決方案，供借鑒和參考。

開閉所（環網柜）；SF6；氣體壓力；在線監測

0 引言

開閉所（環網柜）是配電網變電所母線的延伸，有利于主干線接線的優化和提升安全供電可靠性，因此在城市配電網中大量推廣應用。開閉所（環網柜）使配電網主干線形成手拉手環網，同時可作為配電網網格化供電樹叉式支接的開關站，實現了城市配電網的可靠環形配電，即供電主干線以開閉所（環網柜）手拉手形成閉合的環形，實現環網中每個環網設備與每個配電支路始終能有雙側電源中某個電源供電的可能，從而真正意義上提高了供電的可靠性。

因此，所謂“開閉所（環網柜）”就是每個配電支路設1臺開關柜（出線開關柜），這臺開關柜的母線同時就是環形干線的一部分。因此，環形干線就是由每臺出線開關柜的母線連接起來共同組成的，每臺出線開關柜就叫“開閉所（環網柜）”。而單獨的1臺開閉所（環網柜）是看不出“環網”的含義的。

目前，對此類型開關柜，戶內設置的大多稱為開閉所，戶外設置的稱環網柜（也是國際通用叫法）。當然，在配電線路中也有未接入主干線環網的，稱為終端型柜型，接入2個電源以上的則為雙環網柜型。

SF6是硫在氟的氣體中燃燒時所形成的氣體，在通常狀態下是一種無色、無味、無毒、不燃燒、化學性能穩定的氣態物質，密度大約是空氣的5倍。由于其分子的負電性，具有很強的吸附自由電子而形成負離子的能力，因而耐電強度高，具有優異的絕緣性能。它的離解溫度低，且離解能量大，也是一種具有優異滅弧性能的氣體。SF6氣體以其優良的絕緣性能和滅弧性能以及不燃燒的特性，逐步成為新型絕緣介質而用于電氣設備。

SF6開閉所（環網柜）是一種能夠隨意組合成多回路進出，具有切換、聯絡、保護電力系統功能，以負荷開關作為核心部件的氣體絕緣中壓電器組合設備。它的主回路核心部件是由SF6氣體中的負荷開關及附加的斷路器及其他一次輔助電器組成的。

隨著國民經濟的快速發展，電力系統對高壓配電設備的安全性、可靠性提出了更高的要求，尤其是10 kV/20 kV環網供電、雙輻射供電等。中壓10 kV/20 kV SF6開閉所（環網柜）用于開斷和絕緣的介質為SF6氣體，具有優異的絕緣和滅弧性能，其產品的使用壽命及可靠性顯著增強，因而倍受用戶的青睞。下文將中壓10 kV/20 kV SF6開閉所（環網柜）簡稱為SF6開閉所（環網柜）。

1 研發與運用開閉所（環網柜）SF6氣體在線監測技術的目的

海鹽縣供電公司負責管轄全縣485 km2范圍內110 kV，35 kV，20 kV和10 kV線路設備日常運行維護和檢修、搶修工作。目前轄區內共有110 kV電力線路22條，長225 km；35 kV電力線路21條，長173.384 km；20 kV/10 kV線路243條，長1 750.836 km；SF6開閉所（環網柜）197座（全部采用SF6柜型）；在裝配電變壓器5 457臺，總容量1 480 673 kVA。

海鹽縣供電公司于2006年10月正式開工建設配電自動化，于2007年3月完成聯調試驗和現場驗收，同年4月30日投入試運行。

到目前為止，投入配電自動化系統運行的范圍包括海鹽城區110 kV海鹽、城北、富亭變電所和35 kV城南、白洋變電所共計39回出線線路，涉及SF6開閉所（環網柜）133臺，10 kV桿上負荷隔離開關12組；農網中共計17回線路，10 kV桿上負荷隔離開關共63組。

由此可見，海鹽縣供電公司在配電線路、配電自動化系統中已大量應用SF6開閉所（環網柜），而隨著運行年份的增加，SF6氣體難免有泄漏情況發生。一旦SF6氣體泄漏，將造成電氣設備絕緣性能大幅下降，嚴重影響電網的安全穩定運行。目前，海鹽縣供電公司轄區內有133座SF6開閉所（環網柜）已經實現了配電自動化，這部分SF6開閉所（環網柜）的倒閘可實現遙控操作，每月僅有1次周期性巡視，因此很難在第一時間掌握SF6氣壓及開閉所（環網柜）的環境情況。如果操作前不掌握SF6氣壓的實時狀況是相當危險的，2009年海鹽縣供電公司就曾發生過2起因環網柜SF6氣體泄漏、絕緣下降而引起的遙控操作短路跳閘事故。

因此，在實現配電自動化、實行配電網遠程遙控操作后，確保SF6開閉所（環網柜）安全運行的一個重要因素就是開閉所（環網柜）氣柜的SF6壓力必須確保正常，否則就會發生設備短路損壞，并引起整條線路、甚至系統跳閘的安全事故，嚴重時還會引起人身傷害事故發生。

因此，如果不能實現開閉所（環網柜）氣柜SF6壓力的遙測和遙信功能，將對配電網的安全運行構成重大安全隱患。隨著配電自動化系統的完善和配調一體化的推行，進行SF6氣壓在線監測技術的研究與運用已刻不容緩。

2 實現開閉所（環網柜）SF6氣壓在線監測要解決的關鍵問題

DL/T 814-2002《配電自動化系統功能規范》關于配電主站實時功能數據采集的規定中，對SF6開關壓力信號的采集定義為選配功能而非基本功能。由此，海鹽縣供電公司在2006年開始實施配電自動化時，對在運的所有SF6開閉所（環網柜）都未要求具有SF6壓力信號遙測和遙信的功能。

因而，海鹽縣供電公司配電自動化系統的現狀是：主站系統未納入開閉所（環網柜）SF6氣壓的遙測和遙信量；且現場各DTU（數據傳輸單元）終端均未具備對開閉所（環網柜）SF6氣壓的遙測和遙信量的采集功能；同時，海鹽縣供電公司早期投運的SF6開閉所（環網柜）中，其氣壓表也不具備遙測和遙信量的采集接點。

海鹽縣供電公司配電自動化主站系統是國網南瑞科技公司開發的，投運的SF6開閉所（環網柜）有3家生產商：ABB（北京ABB）、ARST（惠程ARST）、DLSR（杭州國電DLSR）；配電自動化開閉所（環網柜）終端DTU有4家生產商：國網南瑞科技、山東科匯、南京華瑞杰、山東積成電子。

因此，要實現配電自動化系統開閉所（環網柜）SF6氣壓在線監測，可基于配電自動化系統的網絡通道上傳（海鹽縣供電公司配電自動化系統已全部實行光纜通信），關鍵是要解決主站系統的功能欠缺，以及DTU終端增加氣壓遙測和遙信量，開閉所（環網柜）SF6氣壓表增加接點及模擬量轉換等問題。

海鹽縣供電公司于2011年確定主站系統功能增設由公司與原研發單位——國網南瑞科技聯合研究開發；對配電自動化開閉所（環網柜）終端DTU則確定聯合山東積成電子進行升級，實現對開閉所（環網柜）SF6氣壓的遙測和遙信量采集與上傳功能。

針對早期投運的SF6開閉所（環網柜），其氣壓表不具備遙測和遙信量的采集接點問題，采取先對有氣壓表采集接點的柜型實施在線監測技術（ABB柜型均具備）的方式；未具備條件的，待SF6氣壓在線監測技術研究成功后，再對氣壓表或氣體柜進行改造，以全面實現SF6氣壓的在線監測。

3 開閉所（環網柜）SF6氣體在線監測系統原理

SF6氣體在線監測系統帶有遠程通信接口，可直接或間接接入局域網和配電自動化系統，運行人員可在主站通過網絡實現對開閉所（環網柜）SF6氣壓的實時監測。

利用監測到的SF6氣壓，結合配電自動化軟件系統，實現監控臺低氣壓告警，從而可在氣壓安全臨界值以下時自動閉鎖遙控操作。

用開關本體提供的遙信硬接點信號，啟動DTU面板上增設的SF6氣體壓力低狀態顯示指示燈。在氣體壓力低于正常值時，該遙信位置為1，一方面可通過規約遠傳至配電自動化系統主站，同時在本地面板點亮顯示燈提示操作人員。利用該位置信號，可以實現就地遙控閉鎖功能。

DTU支持雙點遙信閉鎖，遙信閉鎖0對應雙點的分位，遙信閉鎖1對應雙點的合位。當閉鎖遙信為單點時，遙信閉鎖1設置為255，遙信閉鎖0對應閉鎖遙信序號（接線板遙信輸入點號）。

當主站發遙控命令時，遙信閉鎖的狀態必須為分時遙控操作才能執行。

由于SF6低氣壓信號已遠傳至配電自動化系統主站，因此在主站也能進行閉鎖，從而實現遠方、本地雙重閉鎖，確保開關操作的安全性。

在配電自動化系統主站的運行界面上，增加了SF6低氣壓報警信號，使監控人員可以及時發現SF6氣體壓力的異常情況，以便迅速采取相應的措施。

常規的開關本體一般只提供SF6氣體壓力低報警遙信，但在設備運行過程中，有時會出現合閘電阻過流導致的設備過熱故障，將間接導致SF6氣體壓力升高，危及設備安全。而DTU利用實時采集的SF6壓力傳感器信號，通過設置高氣壓門檻值，可以生成壓力高報警遙信，及時將開關的異常狀態上報配電自動化系統主站，提示檢修，從而消除可能的事故隱患。

DTU內部設計有大容量的FLASH存儲器，數據可保存10年以上。通過設定存儲間隔，可實現SF6氣體實時壓力以及當前狀態的歷史數據存儲，滿足設備綜合分析的需要。DTU存儲的數據通過擴展規約可遠程傳輸至配電自動化系統主站，用于生成SF6的壓力變化曲線，根據曲線的變化趨勢實時監測氣體壓力的變化情況，一旦發生SF6泄漏，便能及時發現。

4 智能SF6氣壓在線監測系統研發成功的意義

2011年11月，海鹽縣供電公司通過與國網南瑞科技、山東積成電子的聯合研發，在公司配電自動化系統中實現了SF6氣壓在線監測技術的應用，并已通過嘉興市電力局2011年群眾性科技創新項目的驗收。

目前，配電自動化系統中已有3座SF6開閉所（環網柜）完成改造，實現了SF6氣壓在線監測的遙測和遙信以及高/低氣壓告警、遙控操作自動閉鎖功能，另有6座新建的SF6開閉所（環網柜）全部實現了此功能。

智能SF6氣壓在線監測系統的成功研發和應用，實現了在集中控制中心對SF6開閉所（環網柜）運行狀況的實時監測，減少了配電網設備現場運行管理的工作量，提高了配電網運行管理的能力與效率。

智能SF6氣壓在線監測系統的上線運行，使集中控制中心不但能對運行開閉所（環網柜）的SF6氣壓狀態進行實時監測，而且還可實現自動高/低氣壓告警，在SF6氣壓低于設定的安全臨界值以下時自動閉鎖控制操作，對異常狀態下的開閉所（環網柜）實現了自動干預，對確保設備的安全運行發揮了積極作用；同時能夠有效防止各類誤操作事故的發生，確保電網的安全可靠運行和現場人員的人身安全。

5 結語

SF6氣壓在線監測技術實現了真正意義上的智能遠程監控，提高了配電自動化系統的管理水平，有效保障了配電網設備的安全運行與可靠供電，為實現配電網管理自動化、綜合化、集中化、智能化，為電網安全生產經營與管理做出了積極的貢獻。

[1]隋振有．中低壓電控實用技術[M]．北京：機械工業出版社，2003.

[2]盛壽麟.電力系統遠程監控原理 第二版[M].北京：中國電力出版社，1998.

[3]毛傳洲，周英樹．城市配電系統自動化的規劃[J].電網技術，2001，25（7）:72-76.

[4]李建基．高壓開關設備應用技術[M]．北京：中國電力出版社，2005.

[5]李正明，王振華，趙嵐.提高SF6充氣設備帶電檢測效率的方法及實施[J].浙江電力，2014，33（10）:21-22.

（本文編輯：龔 皓）

Research and Application of Online Air Pressure Monitoring Technology of SF6in Switching Station

ZHU Jianfu，WEI Xinwu
（State Grid Haiyan Power Supply Company，Haiyan Zhejiang 314300，China）

On the basis of analyzing the application and existing problems of SF6switching station（ring main unit）in distribution network development，the paper，in the light of technical experience from the operation of switching station（ring main unit）in Haiyan Power Supply Company，presents a solution to air pressure of SF6 switching station（ring main unit）for future reference.

switching station（ring main unit）；SF6；air pressure；online monitoring

TM853

B

1007-1881（2015）02-0020-03

2014-11-17

朱建富（1965），男，助理工程師，長期從事配電線路運行維護管理工作。