MSM裝置在550kV GIS中的應用

摘要：SF6氣體狀態直接反映了GIS設備的絕緣狀態，監測SF6氣體壓力是否正常是保障GIS安全運行的基礎。為此，介紹了一種能有效實時監測GIS設備的SF6氣體狀態，并對SF6氣體壓力進行趨勢分析、預測報警的MSM裝置，能為GIS設備現場狀態分析及運維工作提供重要的數據參考。

關鍵詞：GIS;SF6;MSM裝置

0 引言

GIS（氣體絕緣金屬封閉開關設備）是采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質的封閉式開關設備。GIS因具備占地面積小、安全可靠等特點而被廣泛運用于變電站及發電廠中。根據相關統計發現，40%～50%的GIS故障是SF6泄漏導致的，90%以上的GIS運行維護工作與SF6有關。因此，監測GIS運行中SF6氣體的壓力狀態具有重要意義。

傳統GIS的SF6氣體壓力值通過觀測設備本體上的機械式密度繼電器表盤所得，需要運維人員定期抄表，受到GIS產品高度及產品設計的限制，550 kV GIS密度計安裝在5 m以上位置，不能保證其安裝角度處于最佳觀測位置，造成運維人員現場觀察密度計數值不便，抄表困難。因此，在550 kV GIS上配置SF6在線監測裝置尤為必要。

1 MSM裝置在工程項目中的應用

1.1? ? 工程項目概況

項目名稱：山東特高壓1 000 kV菏澤變電站550 kV GIS。

項目地理位置：山東省菏澤市牡丹區。

該變電站采用3/2接線形式，共有7串21個斷路器間隔，分多期擴建完成。本項目涉及首期的2個斷路器間隔（含2臺斷路器、9臺隔離開關、13臺檢修接地、3個套管）及母線管道建設，共計45個獨立氣室。技術協議中要求所有氣室設有SF6氣體密度在線監測系統一套。

1.2? ? MSM裝置的應用優勢

本項目技術協議并未對SF6在線監測提出具體要求，結合項目布置情況及GIS運行特點，選用了ABB公司自有的SF6監測設備——模塊監測設備（MSM）。對比市場上大量其他在線監測設備，其優勢如下：

（1）MSM集成了數據處理、數據分析、數據顯示功能于一體，不需要額外的后臺監測系統，對客戶的控制、保護系統不會造成干擾。

（2）MSM提供多種接入方式，SF6氣體狀態可在就地顯示屏上實時顯示，可利用網絡接入電腦，可建立局域網用于智能設備遠程網頁讀取數據，為客戶在現場觀測SF6氣體狀態提供極大便利。

（3）MSM采用標準的導軌安裝方式，對比采用其他標準設計的裝置，其在線監測IED體積小，接入信號多，能與GIS就地控制柜的標準導軌式安裝方式實現友好兼容。

2 工程設計

2.1? ? 硬件組成

MSM裝置的SF6氣體監測系統由控制和通信模塊（CCM）、信號輸入模塊（AIM）、電源模塊、傳感器組成。1個控制和通信模塊可連接最多10個信號輸入模塊。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，自動實現電源與通信的連接。

（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、數據存儲單元以及以太網、二進制輸出、CANBUS（HMI人機交互就地顯示單元）的通信和用戶接口。控制和通信模塊（CCM）通過模塊內部總線收集處理信號輸入模塊（AIM）的信號。

（3）信號輸入模塊（AIM），1個信號輸入模塊可以最多接入8路模擬傳感器。AIM支持4～20 mA的信號輸入，再通過模塊上的總線傳輸到控制與通信模塊。每個模擬信號輸入口可對傳感器提供12 V的直流驅動電源。

（4）就地顯示單元（HMI）由2個組件組成，通信模塊（MFD-CP4-CO）和就地顯示操作單元（MFD-80-B）。HMI可顯示SF6氣體的實時狀態及歷史數據，其安裝在柜體的前面板上。

（5）Trafag SF6混合密度繼電器在機械式觸點的基礎上，增設了帶6～20 mA的遠傳信號，不用單獨再增設密度計，減少了現場工作量，同時避免了部分模塊氣室口不足的問題。Trafag密度計自動帶溫度補償裝置，測量范圍為0～1 100 kPa（20 ℃），測量精度為±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，屏蔽層在控制柜側通過接地線與柜體外殼連接，在傳感器側與格蘭頭壓接后再與GIS殼體連接接地，以屏蔽現場干擾，符合EMC測試的原則。

（7）本項目采用的Trafag SF6混合密度繼電器的最大輸入電壓為10 V，1.5 mm2電纜最長能達到250 m。經驗算，本項目最長氣室電纜長度為191 m，滿足設計要求。

2.2? ? 系統網絡

傳感器通過電纜連接到MSM裝置上，整個變電站的MSM裝置通過總線連接到在線監測網絡中，與變電站的控制網絡獨立設置，不影響斷路器的控制及保護操作。SF6氣體監測網絡布置如圖2所示，用網線接入MSM裝置，在瀏覽器中輸入網址“172.16.0.13”進入配置界面，根據GIS配置相應的氣室圖。

2.3? ? 操作應用

用戶用瀏覽器登錄系統界面后，實時顯示：（1）氣體壓力密度和泄漏量;（2）SF6氣體報警狀態;（3）SF6氣體趨勢圖;（4）報警預測;（5）裝置及傳感器的自檢狀態。氣室狀態實時監測圖如圖3所示。

3 結語

本文介紹的MSM裝置利用智能氣體在線監測技術，為電氣絕緣開關設備的實時狀態監測提供了強有力的技術支撐，可及時發現并預警GIS存在的缺陷，極大地便利了運維人員的運維檢修工作。

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收稿日期：2020-08-02

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