地鐵變電所設(shè)置SF6氣體監(jiān)測裝置的應(yīng)用分析

李 晴

(武漢新業(yè)人力資源服務(wù)有限公司，湖北武漢 430063)

1 問題提出

地鐵工程變電所一般設(shè)置于地下車站主體內(nèi)部，而地下車站投資成本巨大，減小變電所生產(chǎn)房屋的面積可以節(jié)約建設(shè)投資和運(yùn)營費(fèi)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(yīng)合理選用小型化設(shè)備。就35 kV開關(guān)柜而言，尺寸較大的有(長×寬)2 000mm×800 mm(氣體絕緣開關(guān)柜)，尺寸較小的有1 760 mm×600 mm(SF6氣體絕緣開關(guān)柜)，一座標(biāo)準(zhǔn)混合所，若選用35 kV GIS開關(guān)柜可直接節(jié)省設(shè)備用房面積約10 m2;目前地鐵工程35 kV交流開關(guān)柜均采用為戶內(nèi)型、SF6氣體絕緣、金屬鎧裝封閉式結(jié)構(gòu)開關(guān)柜。

SF6氣體因其具有優(yōu)異的滅弧性能及良好的電氣絕緣性能，被作為絕緣介質(zhì)廣泛的應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備中。但當(dāng)高壓電氣設(shè)備內(nèi)SF6氣體中的微水含量超標(biāo)及密度降低時(shí)將嚴(yán)重影響SF6高壓設(shè)備的電氣性能。目前，地鐵工程變電所并未采用專業(yè)裝置來進(jìn)行SF6氣體的監(jiān)測;一般都是通過35 kV開關(guān)柜內(nèi)SF6氣體壓力監(jiān)視的密度表/壓力表及密度繼電器起到監(jiān)控的功能，即當(dāng)35 kV開關(guān)柜發(fā)生SF6氣體泄漏時(shí)，柜內(nèi)SF6氣體壓力及密度變化繼電器動作從而實(shí)現(xiàn)報(bào)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(fā)生大量SF6氣體泄漏情況下才產(chǎn)生作用，存在以下缺陷及安全隱患:1)35 kV開關(guān)柜發(fā)生SF6氣體泄漏時(shí)，只有SF6氣體壓力下降至設(shè)定值時(shí)，才會報(bào)警，但此時(shí)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(diǎn)在受到氧化或積灰塵時(shí)，其觸點(diǎn)容易接觸不良或不通，造成失效，發(fā)生嚴(yán)重后果。3)SF6氣體本為無毒、無害氣體，但在高溫電弧發(fā)生作用時(shí)或設(shè)備內(nèi)的SF6氣體分解物與其內(nèi)的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會生成某些有毒物質(zhì)，對人身有極大的危害。如上所述為了保證35 kV開關(guān)柜的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電系統(tǒng)連續(xù)可靠運(yùn)行能力，對SF6氣體實(shí)現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)測，已經(jīng)成為影響35 kV開關(guān)柜安全運(yùn)行的重要因素。

2 規(guī)范要求

目前，地鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范尚無明確要求在地鐵變電所35 kV開關(guān)柜室設(shè)置SF6氣體監(jiān)測裝置，但是電力部門的相關(guān)規(guī)程及反措均明確提出了在SF6配電裝置室需設(shè)置SF6氣體監(jiān)測裝置。其中《國家電網(wǎng)安監(jiān)(2005)83號文》8.5條明確規(guī)定了，在SF6配電裝置房間低位區(qū)應(yīng)設(shè)置能報(bào)警氧量儀或SF6氣體泄漏報(bào)警儀，在工作人員入口處也要設(shè)置顯示器。這些儀器應(yīng)定期試驗(yàn)，保證完好。《國家電網(wǎng)十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》也明確規(guī)范了需要在SF6配電裝置房間設(shè)置SF6氣體監(jiān)測裝置。機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10893—2008高壓組合電器配電室六氟化硫環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)明確規(guī)定了SF6氣體監(jiān)測裝置設(shè)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(yán)格的運(yùn)行檢修規(guī)程:1)工作人員進(jìn)入SF6配電裝置室時(shí)，入口處若未設(shè)置SF6氣體監(jiān)測顯示屏，必須先通風(fēng)15 min，并用SF6氣體泄漏報(bào)警儀測量SF6氣體含量，確證室內(nèi)空氣新鮮無問題。2)嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程和規(guī)定，必須兩人進(jìn)入室內(nèi)巡視，以便發(fā)生危險(xiǎn)情況時(shí)能互相幫助。嚴(yán)禁一人進(jìn)入SF6配電裝置室從事檢修工作。3)SF6氣體易聚集在地面、設(shè)備低位區(qū)等底層空間，當(dāng)工作人員進(jìn)入35 kV開關(guān)柜室低位區(qū)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，應(yīng)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(dāng)35 kV開關(guān)柜室發(fā)生SF6氣體大量泄漏時(shí)，現(xiàn)場人員應(yīng)迅速撤離，并打開所有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行室外排風(fēng)，防止人員中毒及觀察壓力情況。未穿戴安全防護(hù)用具等人員禁止入內(nèi)。從以上分析可以看出，電力部門已經(jīng)意識到實(shí)現(xiàn)對SF6氣體泄露在線監(jiān)測及故障預(yù)測，對SF6配電裝置安全運(yùn)行非常重要，并采取了相關(guān)措施。

因此建議在新建地鐵線路變電所35 kV開關(guān)柜室配置SF6氣體監(jiān)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(shí)還含有溫濕度、含氧量及故障監(jiān)測功能，并與通風(fēng)換氣裝置進(jìn)行聯(lián)動。不僅可以使運(yùn)營部門更全面的掌握35 kV開關(guān)柜的運(yùn)行工況，為判斷設(shè)備故障提供了強(qiáng)有力的手段，符合對電氣設(shè)備實(shí)行狀態(tài)檢修的要求;同時(shí)也可保障運(yùn)營檢修人員的人身安全。

3 SF6氣體監(jiān)測裝置組成

SF6氣體監(jiān)測裝置集現(xiàn)場SF6濃度、氧氣含量及溫濕度等模擬量、開關(guān)量輸入、協(xié)議轉(zhuǎn)換、通信接口轉(zhuǎn)換、傳輸和開關(guān)量輸出控制等功能于一體。系統(tǒng)由監(jiān)控主機(jī)、氣體探頭(含氧氣探頭、電暈放電探頭、半導(dǎo)體氣體檢測探頭)，溫濕度變送器，風(fēng)機(jī)控制器等組成?？稍诰€監(jiān)測SF6氣體濃度、氧氣含量、環(huán)境溫濕度等，可以聯(lián)動風(fēng)機(jī)。系統(tǒng)可與變電所綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行通信，將相關(guān)信號傳送至OCC后臺。

系統(tǒng)自動記錄各種報(bào)警數(shù)據(jù)，記錄風(fēng)機(jī)每次的動作情況，按照設(shè)定的定時(shí)時(shí)間控制風(fēng)機(jī)定時(shí)工作;泄漏超標(biāo)自動啟動風(fēng)機(jī)排風(fēng)等。SF6氣體監(jiān)測裝置構(gòu)成示意圖如圖1所示。

圖1 SF6氣體監(jiān)測裝置構(gòu)成示意圖

4 SF6氣體監(jiān)測裝置基本功能

1)具有檢測SF6氣體濃度過高時(shí)超標(biāo)報(bào)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(shí)缺氧報(bào)警功能。4)具有對環(huán)境溫濕度的檢測功能。5)具有自動定時(shí)排風(fēng)及泄漏超標(biāo)聯(lián)動排風(fēng)功能。6)強(qiáng)制和手動排風(fēng)按鍵設(shè)置，風(fēng)機(jī)控制功能靈活而完善。7)具有對歷史數(shù)據(jù)及報(bào)警數(shù)據(jù)存儲、查詢功能。8)可以將相關(guān)信息量接入變電所綜合自動化系統(tǒng)統(tǒng)一管理。9)具有語音提示功能及播報(bào)當(dāng)前開關(guān)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(jìn)入開關(guān)柜室。

5 應(yīng)用實(shí)例

目前在某地鐵工程中35 kV開關(guān)柜室內(nèi)設(shè)置了SF6氣體監(jiān)測裝置，其中監(jiān)控主機(jī)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(dǎo)體氣體檢測探頭等)一般為2～3面35 kV開關(guān)柜配置一套，考慮到電纜夾層同樣為SF6氣體泄漏的低位區(qū)，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(fēng)機(jī)控制器等均按照每所一套配置。典型地鐵工程變電所設(shè)備配置如表1所示。

圖2 監(jiān)控主機(jī)現(xiàn)場圖

圖3 氣體探頭現(xiàn)場圖

表1 典型地鐵變電所SF6氣體監(jiān)測裝置主要設(shè)備配置表

該地鐵工程目前已經(jīng)開通運(yùn)行，且SF6氣體監(jiān)測裝置投入運(yùn)行以來，運(yùn)行良好，按照該工程實(shí)例，典型變電所SF6氣體監(jiān)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(jié)語

35 kV GIS開關(guān)柜是地鐵供電系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，對整個(gè)地鐵供電系統(tǒng)的安全可靠具有決定性的作用，一旦出現(xiàn)問題可能使整個(gè)供電系統(tǒng)陷于癱瘓。35 kV GIS開關(guān)柜室如果發(fā)生SF6氣體泄漏，SF6氣體會聚集在地面附近，不易稀釋和擴(kuò)散，是一種窒息性物質(zhì)容易造成進(jìn)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(guān)柜室配置SF6氣體監(jiān)測裝置，并編制嚴(yán)格的檢修運(yùn)行規(guī)程，確保供電系統(tǒng)運(yùn)行安全及檢修人員人身安全。