开闭所SF6气压在线监测技术的研究与运用

朱建富，魏信伍

（国网浙江海盐县供电公司，浙江 海盐 314300）

开闭所SF6气压在线监测技术的研究与运用

朱建富，魏信伍

（国网浙江海盐县供电公司，浙江 海盐 314300）

在分析SF6开闭所（环网柜）在配电网发展中的应用及存在问题的基础上，结合海盐县供电公司开闭所（环网柜）的运行经验，提出了解决SF6开闭所（环网柜）气体压力问题的解决方案，供借鉴和参考。

开闭所（环网柜）；SF6；气体压力；在线监测

0 引言

开闭所（环网柜）是配电网变电所母线的延伸，有利于主干线接线的优化和提升安全供电可靠性，因此在城市配电网中大量推广应用。开闭所（环网柜）使配电网主干线形成手拉手环网，同时可作为配电网网格化供电树叉式支接的开关站，实现了城市配电网的可靠环形配电，即供电主干线以开闭所（环网柜）手拉手形成闭合的环形，实现环网中每个环网设备与每个配电支路始终能有双侧电源中某个电源供电的可能，从而真正意义上提高了供电的可靠性。

因此，所谓“开闭所（环网柜）”就是每个配电支路设1台开关柜（出线开关柜），这台开关柜的母线同时就是环形干线的一部分。因此，环形干线就是由每台出线开关柜的母线连接起来共同组成的，每台出线开关柜就叫“开闭所（环网柜）”。而单独的1台开闭所（环网柜）是看不出“环网”的含义的。

目前，对此类型开关柜，户内设置的大多称为开闭所，户外设置的称环网柜（也是国际通用叫法）。当然，在配电线路中也有未接入主干线环网的，称为终端型柜型，接入2个电源以上的则为双环网柜型。

SF6是硫在氟的气体中燃烧时所形成的气体，在通常状态下是一种无色、无味、无毒、不燃烧、化学性能稳定的气态物质，密度大约是空气的5倍。由于其分子的负电性，具有很强的吸附自由电子而形成负离子的能力，因而耐电强度高，具有优异的绝缘性能。它的离解温度低，且离解能量大，也是一种具有优异灭弧性能的气体。SF6气体以其优良的绝缘性能和灭弧性能以及不燃烧的特性，逐步成为新型绝缘介质而用于电气设备。

SF6开闭所（环网柜）是一种能够随意组合成多回路进出，具有切换、联络、保护电力系统功能，以负荷开关作为核心部件的气体绝缘中压电器组合设备。它的主回路核心部件是由SF6气体中的负荷开关及附加的断路器及其他一次辅助电器组成的。

随着国民经济的快速发展，电力系统对高压配电设备的安全性、可靠性提出了更高的要求，尤其是10 kV/20 kV环网供电、双辐射供电等。中压10 kV/20 kV SF6开闭所（环网柜）用于开断和绝缘的介质为SF6气体，具有优异的绝缘和灭弧性能，其产品的使用寿命及可靠性显著增强，因而倍受用户的青睐。下文将中压10 kV/20 kV SF6开闭所（环网柜）简称为SF6开闭所（环网柜）。

1 研发与运用开闭所（环网柜）SF6气体在线监测技术的目的

海盐县供电公司负责管辖全县485 km2范围内110 kV，35 kV，20 kV和10 kV线路设备日常运行维护和检修、抢修工作。目前辖区内共有110 kV电力线路22条，长225 km；35 kV电力线路21条，长173.384 km；20 kV/10 kV线路243条，长1 750.836 km；SF6开闭所（环网柜）197座（全部采用SF6柜型）；在装配电变压器5 457台，总容量1 480 673 kVA。

海盐县供电公司于2006年10月正式开工建设配电自动化，于2007年3月完成联调试验和现场验收，同年4月30日投入试运行。

到目前为止，投入配电自动化系统运行的范围包括海盐城区110 kV海盐、城北、富亭变电所和35 kV城南、白洋变电所共计39回出线线路，涉及SF6开闭所（环网柜）133台，10 kV杆上负荷隔离开关12组；农网中共计17回线路，10 kV杆上负荷隔离开关共63组。

由此可见，海盐县供电公司在配电线路、配电自动化系统中已大量应用SF6开闭所（环网柜），而随着运行年份的增加，SF6气体难免有泄漏情况发生。一旦SF6气体泄漏，将造成电气设备绝缘性能大幅下降，严重影响电网的安全稳定运行。目前，海盐县供电公司辖区内有133座SF6开闭所（环网柜）已经实现了配电自动化，这部分SF6开闭所（环网柜）的倒闸可实现遥控操作，每月仅有1次周期性巡视，因此很难在第一时间掌握SF6气压及开闭所（环网柜）的环境情况。如果操作前不掌握SF6气压的实时状况是相当危险的，2009年海盐县供电公司就曾发生过2起因环网柜SF6气体泄漏、绝缘下降而引起的遥控操作短路跳闸事故。

因此，在实现配电自动化、实行配电网远程遥控操作后，确保SF6开闭所（环网柜）安全运行的一个重要因素就是开闭所（环网柜）气柜的SF6压力必须确保正常，否则就会发生设备短路损坏，并引起整条线路、甚至系统跳闸的安全事故，严重时还会引起人身伤害事故发生。

因此，如果不能实现开闭所（环网柜）气柜SF6压力的遥测和遥信功能，将对配电网的安全运行构成重大安全隐患。随着配电自动化系统的完善和配调一体化的推行，进行SF6气压在线监测技术的研究与运用已刻不容缓。

2 实现开闭所（环网柜）SF6气压在线监测要解决的关键问题

DL/T 814-2002《配电自动化系统功能规范》关于配电主站实时功能数据采集的规定中，对SF6开关压力信号的采集定义为选配功能而非基本功能。由此，海盐县供电公司在2006年开始实施配电自动化时，对在运的所有SF6开闭所（环网柜）都未要求具有SF6压力信号遥测和遥信的功能。

因而，海盐县供电公司配电自动化系统的现状是：主站系统未纳入开闭所（环网柜）SF6气压的遥测和遥信量；且现场各DTU（数据传输单元）终端均未具备对开闭所（环网柜）SF6气压的遥测和遥信量的采集功能；同时，海盐县供电公司早期投运的SF6开闭所（环网柜）中，其气压表也不具备遥测和遥信量的采集接点。

海盐县供电公司配电自动化主站系统是国网南瑞科技公司开发的，投运的SF6开闭所（环网柜）有3家生产商：ABB（北京ABB）、ARST（惠程ARST）、DLSR（杭州国电DLSR）；配电自动化开闭所（环网柜）终端DTU有4家生产商：国网南瑞科技、山东科汇、南京华瑞杰、山东积成电子。

因此，要实现配电自动化系统开闭所（环网柜）SF6气压在线监测，可基于配电自动化系统的网络通道上传（海盐县供电公司配电自动化系统已全部实行光缆通信），关键是要解决主站系统的功能欠缺，以及DTU终端增加气压遥测和遥信量，开闭所（环网柜）SF6气压表增加接点及模拟量转换等问题。

海盐县供电公司于2011年确定主站系统功能增设由公司与原研发单位——国网南瑞科技联合研究开发；对配电自动化开闭所（环网柜）终端DTU则确定联合山东积成电子进行升级，实现对开闭所（环网柜）SF6气压的遥测和遥信量采集与上传功能。

针对早期投运的SF6开闭所（环网柜），其气压表不具备遥测和遥信量的采集接点问题，采取先对有气压表采集接点的柜型实施在线监测技术（ABB柜型均具备）的方式；未具备条件的，待SF6气压在线监测技术研究成功后，再对气压表或气体柜进行改造，以全面实现SF6气压的在线监测。

3 开闭所（环网柜）SF6气体在线监测系统原理

SF6气体在线监测系统带有远程通信接口，可直接或间接接入局域网和配电自动化系统，运行人员可在主站通过网络实现对开闭所（环网柜）SF6气压的实时监测。

利用监测到的SF6气压，结合配电自动化软件系统，实现监控台低气压告警，从而可在气压安全临界值以下时自动闭锁遥控操作。

用开关本体提供的遥信硬接点信号，启动DTU面板上增设的SF6气体压力低状态显示指示灯。在气体压力低于正常值时，该遥信位置为1，一方面可通过规约远传至配电自动化系统主站，同时在本地面板点亮显示灯提示操作人员。利用该位置信号，可以实现就地遥控闭锁功能。

DTU支持双点遥信闭锁，遥信闭锁0对应双点的分位，遥信闭锁1对应双点的合位。当闭锁遥信为单点时，遥信闭锁1设置为255，遥信闭锁0对应闭锁遥信序号（接线板遥信输入点号）。

当主站发遥控命令时，遥信闭锁的状态必须为分时遥控操作才能执行。

由于SF6低气压信号已远传至配电自动化系统主站，因此在主站也能进行闭锁，从而实现远方、本地双重闭锁，确保开关操作的安全性。

在配电自动化系统主站的运行界面上，增加了SF6低气压报警信号，使监控人员可以及时发现SF6气体压力的异常情况，以便迅速采取相应的措施。

常规的开关本体一般只提供SF6气体压力低报警遥信，但在设备运行过程中，有时会出现合闸电阻过流导致的设备过热故障，将间接导致SF6气体压力升高，危及设备安全。而DTU利用实时采集的SF6压力传感器信号，通过设置高气压门槛值，可以生成压力高报警遥信，及时将开关的异常状态上报配电自动化系统主站，提示检修，从而消除可能的事故隐患。

DTU内部设计有大容量的FLASH存储器，数据可保存10年以上。通过设定存储间隔，可实现SF6气体实时压力以及当前状态的历史数据存储，满足设备综合分析的需要。DTU存储的数据通过扩展规约可远程传输至配电自动化系统主站，用于生成SF6的压力变化曲线，根据曲线的变化趋势实时监测气体压力的变化情况，一旦发生SF6泄漏，便能及时发现。

4 智能SF6气压在线监测系统研发成功的意义

2011年11月，海盐县供电公司通过与国网南瑞科技、山东积成电子的联合研发，在公司配电自动化系统中实现了SF6气压在线监测技术的应用，并已通过嘉兴市电力局2011年群众性科技创新项目的验收。

目前，配电自动化系统中已有3座SF6开闭所（环网柜）完成改造，实现了SF6气压在线监测的遥测和遥信以及高/低气压告警、遥控操作自动闭锁功能，另有6座新建的SF6开闭所（环网柜）全部实现了此功能。

智能SF6气压在线监测系统的成功研发和应用，实现了在集中控制中心对SF6开闭所（环网柜）运行状况的实时监测，减少了配电网设备现场运行管理的工作量，提高了配电网运行管理的能力与效率。

智能SF6气压在线监测系统的上线运行，使集中控制中心不但能对运行开闭所（环网柜）的SF6气压状态进行实时监测，而且还可实现自动高/低气压告警，在SF6气压低于设定的安全临界值以下时自动闭锁控制操作，对异常状态下的开闭所（环网柜）实现了自动干预，对确保设备的安全运行发挥了积极作用；同时能够有效防止各类误操作事故的发生，确保电网的安全可靠运行和现场人员的人身安全。

5 结语

SF6气压在线监测技术实现了真正意义上的智能远程监控，提高了配电自动化系统的管理水平，有效保障了配电网设备的安全运行与可靠供电，为实现配电网管理自动化、综合化、集中化、智能化，为电网安全生产经营与管理做出了积极的贡献。

[1]隋振有．中低压电控实用技术[M]．北京：机械工业出版社，2003.

[2]盛寿麟.电力系统远程监控原理 第二版[M].北京：中国电力出版社，1998.

[3]毛传洲，周英树．城市配电系统自动化的规划[J].电网技术，2001，25（7）:72-76.

[4]李建基．高压开关设备应用技术[M]．北京：中国电力出版社，2005.

[5]李正明，王振华，赵岚.提高SF6充气设备带电检测效率的方法及实施[J].浙江电力，2014，33（10）:21-22.

（本文编辑：龚 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，助理工程师，长期从事配电线路运行维护管理工作。