寧波鋼鐵六氟化硫氣體在線監測系統的應用

車慧玉

摘要：本文介紹了寧波鋼鐵有限公司六氟化硫氣體在線監測系統在供電系統中的應用情況。傳統 GIS 設備六氟化硫氣體的密度和水分的檢測采用密度表和便攜式水分檢測儀進行，精度低且工作量大。為提高工廠設備的智能化水平，該廠在 GIS 設備上加裝六氟化硫氣體在線監測系統。該系統為電廠長周期穩定運行提供技術保障，體現其先進性和必要性。

關鍵詞：六氟化硫;在線監測;供電系統

中圖法分類號? TB492 文獻標識碼??? A

1.前言

在各國大力推進工業物聯網的今天，我國工信部也及時推出了智慧工廠的概念，因此對GIS設備加裝在線監測系統可作為今后GIS設備狀態監測的一種重要手段。采用六氟化硫氣體密度水分在線監測系統可以實時將監測數據上傳至后臺，其監測精度也大幅度提高，該系統可自動生成監測報告，提供歷史數據查詢，以供用戶對數據進行分析、判斷，對設備的預防性維修提供理論依據。

2.現狀分析

2.1GIS 設備六氟化硫氣體應用現狀分析

六氟化硫氣體具備良好的電氣性能，常溫條件下的六氟化硫氣體一種無毒無味無色氣體，不易燃燒，不易和其他介質發生化學反應，這也是它廣泛被應用于電力設備中的原因。但由于六氟化硫的特性以及其他因素的制約，它在使用過程中易對人體和環境造成危害[1]。（1）絕緣性能：六氟化硫氣體是一種高電氣強度的氣體介質，在均勻電場下它的電氣強度為同一氣壓下空氣的 2.5～3倍，在0.3Mpa氣壓下六氟化硫氣體的電氣強度與絕緣油相同。（2）滅弧性能：六氟化硫氣體獨特的熱特性和電特性，形成六氟化硫電弧弧芯的導電率高，因而電弧電壓低，功率小，有利于電弧熄滅。

當六氟化硫氣體應用于電力設備中時，可通過設備工作泄露到空氣中，易引發環境和人體的雙重危害，相關工作人員可通過控制減少六氟化硫氣體含水量，提高六氟化硫氣體的純凈度，來減少毒性物質的產生[2]。但在我國63～500kV、750kV和1000kV電力系統中，六氟化硫作為高壓斷路器氣室幾乎是唯一的絕緣介質，其綜合性能是無可替代的。

六氟化硫氣體在正常工況下，是較為理想的絕緣及滅弧介質，其密度和水分為最重要的兩項指標，直接關系到高壓設備是否能夠正常運行。如果氣體泄漏導致密度下降或氣體中微水含量超標，高壓電器設備就會存在安全隱患，甚至導致事故發生。因此對高壓電氣設備氣體密度和微水含量的監測一直是相關行業對設備監測的一個重要的組成部分[3]。

2.2六氟化硫氣體密度水分在線監測系統的優勢

六氟化硫氣體密度水分在線監測系統具備全面的、高精度的實時數據輸出功能，在線監測系統輸出的數據包括溫度、壓力、密度和水分等。同時，其數據的精度也得到了大幅的提升，用戶可以通過這些數據進行分析對比，監測電氣設備氣室運行狀態。通過密度水分監測數據的趨勢判斷及后臺系統的數據分析，可有效地發現在設定時間內，密度和水分數據的微小變化及其變化的速率，有效地判斷其到達安全設定點的時間，在維護操作上，從原來的被動維護變為主動維護，減少停電時間和事故損失，提高供電時率，提高電力設備管理水平。同時該系統具備歷史數據的自動保存功能，所有的監測數據以預設的時間間隔進行自動存儲，當設備發生故障時，可調出其發生故障前后的數據，有利于故障原因的追溯和分析。

2.3在線監測系統在寧波鋼鐵220kVGIS 設備上的應用

寧波鋼鐵GIS組合電氣設備將升壓變升壓后的 220kV電能經電纜傳輸至總降變電所 220kV間隔。結構上該設備分6個氣室，每個氣室設置了一塊就地密度計來監測SF6氣體壓力及提供輔助觸點報警和聯鎖。2019年7月19日，甬能2323線路開關跳閘。后檢查發現GIS母線壓變A相經過一段時間的放電后，最終導致接地短路，線路跳閘。在設備異常放電期間其氣室內微水含量會有明顯變化，但根據預防性試驗規程由寧波送變電公司3年進行一次GIS微水檢測，其他時間無法及時捕捉故障情況下該氣室的微水變化情況，及時做出補救措施。因此，決定對該設備加裝在線監測系統。

六氟化硫氣體密度繼電器主要是用于監視和控制密封容器中六氟化硫氣體的密度和水分。對GIS設備6個氣室分別加裝隔斷式三通閥，在不改變原密度計的前提下加裝6個SF6密度微水傳感器。在GIS設備原LCP匯控柜內新增2個傳感器信號智能終端及電源等附件，通過采集傳感器數據，經過 MODBUS開放給廠內原有DCS系統，實現在線監測。

經過上述改造后，在DCS后臺畫面能實時看到各氣室密度值和微水露點值，并可設置報警提醒等功能。寧波鋼鐵所選用的為 GDHT-20傳感器作為信號采集源，輸出26個不同單位的密度值、溫度值、壓力值和水分值，配合OMS-1001型傳感器信號智能終端，有效地進行信號采集和傳輸。可就地顯示密度并將整體數據包傳至后臺系統。該密度微水傳感器具有如下特色：全面監測六氟化硫氣體的全部狀態，包括溫度，壓力，密度和水分監測，高精度數據輸出，其中P20的溫度補償在全溫度壓力范圍內符合六氟化硫溫度壓力理論曲線。

3.總結

通過對寧波鋼鐵廠GIS設備加裝六氟化硫氣體在線監測系統，使電氣維護的管理水平上了一個新臺階，實現了對 GIS設備六氟化硫氣體水分及密度的在線監測，使得以前需要人工重點巡檢的部位變成由工業物聯網的傳感器實現自動化的智能監測。提高了裝置的運行穩定性，為今后的狀態檢修提供了充足可靠的保障。

參考文獻

[1]梁方建，王鈺等.六氟化硫氣體在電力設備中的應用現狀及問題[J].絕緣材料，2010，（43）：43-46.

[2]田慶.高鐵變電系統六氟化硫氣體安全防護及應急處置措施的研究和探討[J].西鐵科技，2015，（01）：6-8.

[3]李泰軍， 王章啟， 張挺，等. SF6 氣體水分管理標準的探討及密度與濕度監測的研究[J]. 中國電機工程學報，2003（10）：169-174.