地鐵變電所設置SF6氣體監測裝置的應用分析

李 晴

(武漢新業人力資源服務有限公司，湖北武漢 430063)

1 問題提出

地鐵工程變電所一般設置于地下車站主體內部，而地下車站投資成本巨大，減小變電所生產房屋的面積可以節約建設投資和運營費用，尤其對于地下車站變電所效果更加明顯。

因此在投資合理的前提下，應合理選用小型化設備。就35 kV開關柜而言，尺寸較大的有(長×寬)2 000mm×800 mm(氣體絕緣開關柜)，尺寸較小的有1 760 mm×600 mm(SF6氣體絕緣開關柜)，一座標準混合所，若選用35 kV GIS開關柜可直接節省設備用房面積約10 m2;目前地鐵工程35 kV交流開關柜均采用為戶內型、SF6氣體絕緣、金屬鎧裝封閉式結構開關柜。

SF6氣體因其具有優異的滅弧性能及良好的電氣絕緣性能，被作為絕緣介質廣泛的應用于高壓電氣設備中。但當高壓電氣設備內SF6氣體中的微水含量超標及密度降低時將嚴重影響SF6高壓設備的電氣性能。目前，地鐵工程變電所并未采用專業裝置來進行SF6氣體的監測;一般都是通過35 kV開關柜內SF6氣體壓力監視的密度表/壓力表及密度繼電器起到監控的功能，即當35 kV開關柜發生SF6氣體泄漏時，柜內SF6氣體壓力及密度變化繼電器動作從而實現報警及閉鎖功能。

地鐵變電所均為無人值班變電所，密度繼電器僅在發生大量SF6氣體泄漏情況下才產生作用，存在以下缺陷及安全隱患:1)35 kV開關柜發生SF6氣體泄漏時，只有SF6氣體壓力下降至設定值時，才會報警，但此時SF6氣體已泄露很多，氣體純度及密度大大降低，影響SF6斷路器的絕緣及滅弧性能。2)氣體密度繼電器觸點在受到氧化或積灰塵時，其觸點容易接觸不良或不通，造成失效，發生嚴重后果。3)SF6氣體本為無毒、無害氣體，但在高溫電弧發生作用時或設備內的SF6氣體分解物與其內的水分發生化學反應會生成某些有毒物質，對人身有極大的危害。如上所述為了保證35 kV開關柜的可靠穩定運行，提高供電系統連續可靠運行能力，對SF6氣體實現在線狀態監測與故障預測，已經成為影響35 kV開關柜安全運行的重要因素。

2 規范要求

目前，地鐵工程設計規范尚無明確要求在地鐵變電所35 kV開關柜室設置SF6氣體監測裝置，但是電力部門的相關規程及反措均明確提出了在SF6配電裝置室需設置SF6氣體監測裝置。其中《國家電網安監(2005)83號文》8.5條明確規定了，在SF6配電裝置房間低位區應設置能報警氧量儀或SF6氣體泄漏報警儀，在工作人員入口處也要設置顯示器。這些儀器應定期試驗，保證完好。《國家電網十八項電網重大反事故措施》也明確規范了需要在SF6配電裝置房間設置SF6氣體監測裝置。機械行業標準JB/T 10893—2008高壓組合電器配電室六氟化硫環境監測系統明確規定了SF6氣體監測裝置設置的組成、取樣等要求。

除此之外，電力部門針對SF6配電裝置制定了嚴格的運行檢修規程:1)工作人員進入SF6配電裝置室時，入口處若未設置SF6氣體監測顯示屏，必須先通風15 min，并用SF6氣體泄漏報警儀測量SF6氣體含量，確證室內空氣新鮮無問題。2)嚴格執行現場運行規程和規定，必須兩人進入室內巡視，以便發生危險情況時能互相幫助。嚴禁一人進入SF6配電裝置室從事檢修工作。3)SF6氣體易聚集在地面、設備低位區等底層空間，當工作人員進入35 kV開關柜室低位區進行作業時，應先檢測空氣中含氧量(不低于18%)和SF6氣體含量是否合格。4)當35 kV開關柜室發生SF6氣體大量泄漏時，現場人員應迅速撤離，并打開所有通風系統進行室外排風，防止人員中毒及觀察壓力情況。未穿戴安全防護用具等人員禁止入內。從以上分析可以看出，電力部門已經意識到實現對SF6氣體泄露在線監測及故障預測，對SF6配電裝置安全運行非常重要，并采取了相關措施。

因此建議在新建地鐵線路變電所35 kV開關柜室配置SF6氣體監測裝置，該裝置不僅含密度表/壓力表及密度繼電器的功能，同時還含有溫濕度、含氧量及故障監測功能，并與通風換氣裝置進行聯動。不僅可以使運營部門更全面的掌握35 kV開關柜的運行工況，為判斷設備故障提供了強有力的手段，符合對電氣設備實行狀態檢修的要求;同時也可保障運營檢修人員的人身安全。

3 SF6氣體監測裝置組成

SF6氣體監測裝置集現場SF6濃度、氧氣含量及溫濕度等模擬量、開關量輸入、協議轉換、通信接口轉換、傳輸和開關量輸出控制等功能于一體。系統由監控主機、氣體探頭(含氧氣探頭、電暈放電探頭、半導體氣體檢測探頭)，溫濕度變送器，風機控制器等組成。可在線監測SF6氣體濃度、氧氣含量、環境溫濕度等，可以聯動風機。系統可與變電所綜合自動化系統進行通信，將相關信號傳送至OCC后臺。

系統自動記錄各種報警數據，記錄風機每次的動作情況，按照設定的定時時間控制風機定時工作;泄漏超標自動啟動風機排風等。SF6氣體監測裝置構成示意圖如圖1所示。

圖1 SF6氣體監測裝置構成示意圖

4 SF6氣體監測裝置基本功能

1)具有檢測SF6氣體濃度過高時超標報警功能。2)具有氧氣濃度檢測的功能。3)具有氧氣濃度過低時缺氧報警功能。4)具有對環境溫濕度的檢測功能。5)具有自動定時排風及泄漏超標聯動排風功能。6)強制和手動排風按鍵設置，風機控制功能靈活而完善。7)具有對歷史數據及報警數據存儲、查詢功能。8)可以將相關信息量接入變電所綜合自動化系統統一管理。9)具有語音提示功能及播報當前開關柜室的SF6氣體的含量狀況及氧氣濃度的功能，以便提醒工作人員能否安全進入開關柜室。

5 應用實例

目前在某地鐵工程中35 kV開關柜室內設置了SF6氣體監測裝置，其中監控主機按照每所一套配置，氣體探頭(含氧氣探頭、電暈放電探頭、半導體氣體檢測探頭等)一般為2～3面35 kV開關柜配置一套，考慮到電纜夾層同樣為SF6氣體泄漏的低位區，因此變電所用房及電纜夾層均配置了氣體探頭(見圖2，圖3)。溫濕度變送器，風機控制器等均按照每所一套配置。典型地鐵工程變電所設備配置如表1所示。

圖2 監控主機現場圖

圖3 氣體探頭現場圖

表1 典型地鐵變電所SF6氣體監測裝置主要設備配置表

該地鐵工程目前已經開通運行，且SF6氣體監測裝置投入運行以來，運行良好，按照該工程實例，典型變電所SF6氣體監測裝置投資約為20萬元/所，對于變電所概算整體影響不大。

6 結語

35 kV GIS開關柜是地鐵供電系統中最重要的設備之一，對整個地鐵供電系統的安全可靠具有決定性的作用，一旦出現問題可能使整個供電系統陷于癱瘓。35 kV GIS開關柜室如果發生SF6氣體泄漏，SF6氣體會聚集在地面附近，不易稀釋和擴散，是一種窒息性物質容易造成進入該房間操作、巡視、檢修的工作人員缺氧，中毒窒息。因此建議在新建地鐵線路變電所35 kV GIS開關柜室配置SF6氣體監測裝置，并編制嚴格的檢修運行規程，確保供電系統運行安全及檢修人員人身安全。