開(kāi)閉所SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與運(yùn)用

朱建富，魏信伍

（國(guó)網(wǎng)浙江海鹽縣供電公司，浙江 海鹽 314300）

開(kāi)閉所SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與運(yùn)用

朱建富，魏信伍

（國(guó)網(wǎng)浙江海鹽縣供電公司，浙江 海鹽 314300）

在分析SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）在配電網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用及存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，結(jié)合海鹽縣供電公司開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出了解決SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）氣體壓力問(wèn)題的解決方案，供借鑒和參考。

開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）；SF6；氣體壓力；在線監(jiān)測(cè)

0 引言

開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）是配電網(wǎng)變電所母線的延伸，有利于主干線接線的優(yōu)化和提升安全供電可靠性，因此在城市配電網(wǎng)中大量推廣應(yīng)用。開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）使配電網(wǎng)主干線形成手拉手環(huán)網(wǎng)，同時(shí)可作為配電網(wǎng)網(wǎng)格化供電樹(shù)叉式支接的開(kāi)關(guān)站，實(shí)現(xiàn)了城市配電網(wǎng)的可靠環(huán)形配電，即供電主干線以開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）手拉手形成閉合的環(huán)形，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)中每個(gè)環(huán)網(wǎng)設(shè)備與每個(gè)配電支路始終能有雙側(cè)電源中某個(gè)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(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）”就是每個(gè)配電支路設(shè)1臺(tái)開(kāi)關(guān)柜（出線開(kāi)關(guān)柜），這臺(tái)開(kāi)關(guān)柜的母線同時(shí)就是環(huán)形干線的一部分。因此，環(huán)形干線就是由每臺(tái)出線開(kāi)關(guān)柜的母線連接起來(lái)共同組成的，每臺(tái)出線開(kāi)關(guān)柜就叫“開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）”。而單獨(dú)的1臺(tái)開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）是看不出“環(huán)網(wǎng)”的含義的。

目前，對(duì)此類(lèi)型開(kāi)關(guān)柜，戶(hù)內(nèi)設(shè)置的大多稱(chēng)為開(kāi)閉所，戶(hù)外設(shè)置的稱(chēng)環(huán)網(wǎng)柜（也是國(guó)際通用叫法）。當(dāng)然，在配電線路中也有未接入主干線環(huán)網(wǎng)的，稱(chēng)為終端型柜型，接入2個(gè)電源以上的則為雙環(huán)網(wǎng)柜型。

SF6是硫在氟的氣體中燃燒時(shí)所形成的氣體，在通常狀態(tài)下是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不燃燒、化學(xué)性能穩(wěn)定的氣態(tài)物質(zhì)，密度大約是空氣的5倍。由于其分子的負(fù)電性，具有很強(qiáng)的吸附自由電子而形成負(fù)離子的能力，因而耐電強(qiáng)度高，具有優(yōu)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(yōu)異滅弧性能的氣體。SF6氣體以其優(yōu)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(zhì)而用于電氣設(shè)備。

SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）是一種能夠隨意組合成多回路進(jìn)出，具有切換、聯(lián)絡(luò)、保護(hù)電力系統(tǒng)功能，以負(fù)荷開(kāi)關(guān)作為核心部件的氣體絕緣中壓電器組合設(shè)備。它的主回路核心部件是由SF6氣體中的負(fù)荷開(kāi)關(guān)及附加的斷路器及其他一次輔助電器組成的。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)對(duì)高壓配電設(shè)備的安全性、可靠性提出了更高的要求，尤其是10 kV/20 kV環(huán)網(wǎng)供電、雙輻射供電等。中壓10 kV/20 kV SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）用于開(kāi)斷和絕緣的介質(zhì)為SF6氣體，具有優(yōu)異的絕緣和滅弧性能，其產(chǎn)品的使用壽命及可靠性顯著增強(qiáng)，因而倍受用戶(hù)的青睞。下文將中壓10 kV/20 kV SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）簡(jiǎn)稱(chēng)為SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）。

1 研發(fā)與運(yùn)用開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）SF6氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的目的

海鹽縣供電公司負(fù)責(zé)管轄全縣485 km2范圍內(nèi)110 kV，35 kV，20 kV和10 kV線路設(shè)備日常運(yùn)行維護(hù)和檢修、搶修工作。目前轄區(qū)內(nèi)共有110 kV電力線路22條，長(zhǎng)225 km；35 kV電力線路21條，長(zhǎng)173.384 km；20 kV/10 kV線路243條，長(zhǎng)1 750.836 km；SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）197座（全部采用SF6柜型）；在裝配電變壓器5 457臺(tái)，總?cè)萘? 480 673 kVA。

海鹽縣供電公司于2006年10月正式開(kāi)工建設(shè)配電自動(dòng)化，于2007年3月完成聯(lián)調(diào)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，同年4月30日投入試運(yùn)行。

到目前為止，投入配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的范圍包括海鹽城區(qū)110 kV海鹽、城北、富亭變電所和35 kV城南、白洋變電所共計(jì)39回出線線路，涉及SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）133臺(tái)，10 kV桿上負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)12組；農(nóng)網(wǎng)中共計(jì)17回線路，10 kV桿上負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)共63組。

由此可見(jiàn)，海鹽縣供電公司在配電線路、配電自動(dòng)化系統(tǒng)中已大量應(yīng)用SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜），而隨著運(yùn)行年份的增加，SF6氣體難免有泄漏情況發(fā)生。一旦SF6氣體泄漏，將造成電氣設(shè)備絕緣性能大幅下降，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，海鹽縣供電公司轄區(qū)內(nèi)有133座SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了配電自動(dòng)化，這部分SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）的倒閘可實(shí)現(xiàn)遙控操作，每月僅有1次周期性巡視，因此很難在第一時(shí)間掌握SF6氣壓及開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）的環(huán)境情況。如果操作前不掌握SF6氣壓的實(shí)時(shí)狀況是相當(dāng)危險(xiǎn)的，2009年海鹽縣供電公司就曾發(fā)生過(guò)2起因環(huán)網(wǎng)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(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化、實(shí)行配電網(wǎng)遠(yuǎn)程遙控操作后，確保SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）安全運(yùn)行的一個(gè)重要因素就是開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）氣柜的SF6壓力必須確保正常，否則就會(huì)發(fā)生設(shè)備短路損壞，并引起整條線路、甚至系統(tǒng)跳閘的安全事故，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起人身傷害事故發(fā)生。

因此，如果不能實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）氣柜SF6壓力的遙測(cè)和遙信功能，將對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成重大安全隱患。隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)的完善和配調(diào)一體化的推行，進(jìn)行SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與運(yùn)用已刻不容緩。

2 實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

DL/T 814-2002《配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范》關(guān)于配電主站實(shí)時(shí)功能數(shù)據(jù)采集的規(guī)定中，對(duì)SF6開(kāi)關(guān)壓力信號(hào)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(kāi)始實(shí)施配電自動(dòng)化時(shí)，對(duì)在運(yùn)的所有SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）都未要求具有SF6壓力信號(hào)遙測(cè)和遙信的功能。

因而，海鹽縣供電公司配電自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀是：主站系統(tǒng)未納入開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）SF6氣壓的遙測(cè)和遙信量；且現(xiàn)場(chǎng)各DTU（數(shù)據(jù)傳輸單元）終端均未具備對(duì)開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）SF6氣壓的遙測(cè)和遙信量的采集功能；同時(shí)，海鹽縣供電公司早期投運(yùn)的SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）中，其氣壓表也不具備遙測(cè)和遙信量的采集接點(diǎn)。

海鹽縣供電公司配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)是國(guó)網(wǎng)南瑞科技公司開(kāi)發(fā)的，投運(yùn)的SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）有3家生產(chǎn)商：ABB（北京ABB）、ARST（惠程ARST）、DLSR（杭州國(guó)電DLSR）；配電自動(dòng)化開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）終端DTU有4家生產(chǎn)商：國(guó)網(wǎng)南瑞科技、山東科匯、南京華瑞杰、山東積成電子。

因此，要實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)，可基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通道上傳（海鹽縣供電公司配電自動(dòng)化系統(tǒng)已全部實(shí)行光纜通信），關(guān)鍵是要解決主站系統(tǒng)的功能欠缺，以及DTU終端增加氣壓遙測(cè)和遙信量，開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）SF6氣壓表增加接點(diǎn)及模擬量轉(zhuǎn)換等問(wèn)題。

海鹽縣供電公司于2011年確定主站系統(tǒng)功能增設(shè)由公司與原研發(fā)單位——國(guó)網(wǎng)南瑞科技聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)；對(duì)配電自動(dòng)化開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）終端DTU則確定聯(lián)合山東積成電子進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）SF6氣壓的遙測(cè)和遙信量采集與上傳功能。

針對(duì)早期投運(yùn)的SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜），其氣壓表不具備遙測(cè)和遙信量的采集接點(diǎn)問(wèn)題，采取先對(duì)有氣壓表采集接點(diǎn)的柜型實(shí)施在線監(jiān)測(cè)技術(shù)（ABB柜型均具備）的方式；未具備條件的，待SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究成功后，再對(duì)氣壓表或氣體柜進(jìn)行改造，以全面實(shí)現(xiàn)SF6氣壓的在線監(jiān)測(cè)。

3 開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）SF6氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

SF6氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)帶有遠(yuǎn)程通信接口，可直接或間接接入局域網(wǎng)和配電自動(dòng)化系統(tǒng)，運(yùn)行人員可在主站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）SF6氣壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

利用監(jiān)測(cè)到的SF6氣壓，結(jié)合配電自動(dòng)化軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控臺(tái)低氣壓告警，從而可在氣壓安全臨界值以下時(shí)自動(dòng)閉鎖遙控操作。

用開(kāi)關(guān)本體提供的遙信硬接點(diǎn)信號(hào)，啟動(dòng)DTU面板上增設(shè)的SF6氣體壓力低狀態(tài)顯示指示燈。在氣體壓力低于正常值時(shí)，該遙信位置為1，一方面可通過(guò)規(guī)約遠(yuǎn)傳至配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站，同時(shí)在本地面板點(diǎn)亮顯示燈提示操作人員。利用該位置信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)就地遙控閉鎖功能。

DTU支持雙點(diǎn)遙信閉鎖，遙信閉鎖0對(duì)應(yīng)雙點(diǎn)的分位，遙信閉鎖1對(duì)應(yīng)雙點(diǎn)的合位。當(dāng)閉鎖遙信為單點(diǎn)時(shí)，遙信閉鎖1設(shè)置為255，遙信閉鎖0對(duì)應(yīng)閉鎖遙信序號(hào)（接線板遙信輸入點(diǎn)號(hào)）。

當(dāng)主站發(fā)遙控命令時(shí)，遙信閉鎖的狀態(tài)必須為分時(shí)遙控操作才能執(zhí)行。

由于SF6低氣壓信號(hào)已遠(yuǎn)傳至配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站，因此在主站也能進(jìn)行閉鎖，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方、本地雙重閉鎖，確保開(kāi)關(guān)操作的安全性。

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站的運(yùn)行界面上，增加了SF6低氣壓報(bào)警信號(hào)，使監(jiān)控人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)SF6氣體壓力的異常情況，以便迅速采取相應(yīng)的措施。

常規(guī)的開(kāi)關(guān)本體一般只提供SF6氣體壓力低報(bào)警遙信，但在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)合閘電阻過(guò)流導(dǎo)致的設(shè)備過(guò)熱故障，將間接導(dǎo)致SF6氣體壓力升高，危及設(shè)備安全。而DTU利用實(shí)時(shí)采集的SF6壓力傳感器信號(hào)，通過(guò)設(shè)置高氣壓門(mén)檻值，可以生成壓力高報(bào)警遙信，及時(shí)將開(kāi)關(guān)的異常狀態(tài)上報(bào)配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站，提示檢修，從而消除可能的事故隱患。

DTU內(nèi)部設(shè)計(jì)有大容量的FLASH存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)可保存10年以上。通過(guò)設(shè)定存儲(chǔ)間隔，可實(shí)現(xiàn)SF6氣體實(shí)時(shí)壓力以及當(dāng)前狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，滿(mǎn)足設(shè)備綜合分析的需要。DTU存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過(guò)擴(kuò)展規(guī)約可遠(yuǎn)程傳輸至配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站，用于生成SF6的壓力變化曲線，根據(jù)曲線的變化趨勢(shì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體壓力的變化情況，一旦發(fā)生SF6泄漏，便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

4 智能SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)成功的意義

2011年11月，海鹽縣供電公司通過(guò)與國(guó)網(wǎng)南瑞科技、山東積成電子的聯(lián)合研發(fā)，在公司配電自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，并已通過(guò)嘉興市電力局2011年群眾性科技創(chuàng)新項(xiàng)目的驗(yàn)收。

目前，配電自動(dòng)化系統(tǒng)中已有3座SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）完成改造，實(shí)現(xiàn)了SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)的遙測(cè)和遙信以及高/低氣壓告警、遙控操作自動(dòng)閉鎖功能，另有6座新建的SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）全部實(shí)現(xiàn)了此功能。

智能SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成功研發(fā)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了在集中控制中心對(duì)SF6開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少了配電網(wǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理的工作量，提高了配電網(wǎng)運(yùn)行管理的能力與效率。

智能SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的上線運(yùn)行，使集中控制中心不但能對(duì)運(yùn)行開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）的SF6氣壓狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)高/低氣壓告警，在SF6氣壓低于設(shè)定的安全臨界值以下時(shí)自動(dòng)閉鎖控制操作，對(duì)異常狀態(tài)下的開(kāi)閉所（環(huán)網(wǎng)柜）實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)干預(yù)，對(duì)確保設(shè)備的安全運(yùn)行發(fā)揮了積極作用；同時(shí)能夠有效防止各類(lèi)誤操作事故的發(fā)生，確保電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行和現(xiàn)場(chǎng)人員的人身安全。

5 結(jié)語(yǔ)

SF6氣壓在線監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的智能遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的管理水平，有效保障了配電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行與可靠供電，為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)管理自動(dòng)化、綜合化、集中化、智能化，為電網(wǎng)安全生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)與管理做出了積極的貢獻(xiàn)。

[1]隋振有．中低壓電控實(shí)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]盛壽麟.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控原理 第二版[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

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（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(zhǎng)期從事配電線路運(yùn)行維護(hù)管理工作。