0 引言
SF6气体由于卓越的绝缘和灭弧性能，在电气设备中作为绝缘和灭弧介质得到广泛应用。目前，SF6电气设备大量应用在电力部门、工矿企业，促进了电力行业的快速发展。随着经济高速发展，我国电力系统容量急剧扩大，近年来，SF6电气设备用量进一步增多。SF6气体在电气设备中的作用是灭弧和绝缘，但是，高压电气设备内SF6气体的密度降低（如泄漏引起）将严重影响SF6高压设备的电气性能，对电网的安全运行造成严重隐患[1-8]。
SF6气体密度在线监测系统通过布置于气室的密度变送器，如图1所示，实时监测断路器、GIS等电气设备内部SF6气体的密度及其变化趋势，并具有远传通信接口，可将数据上传到后台系统，实现气室内SF6气体密度的实时在线监测。后台系统通过大数据分析SF6气体的密度及其变化趋势，从而判断设备漏气趋势及漏气率，提前发现设备出现异常情况，保障电气设备和变电站整套系统的连续可靠运行能力。
1 常规变电站实现SF6气体密度在线监测的必要性及其安装施工问题
1.1 改造的必要性
随着国内电网的建设，变电站以及站内设备数量逐渐增多，对运行人员的日常巡视工作提出了新的挑战。如国网安徽省电力有限公司500 kV楚城变电站位于安徽省芜湖县花桥镇九十殿村，于2010年开始投运，远景规模3台1 000 MVA主变压器，目前已投运共有500 kV场区12个间隔、220 kV场区5个间隔、35 kV场区4个间隔，总计超过100余只SF6密度继电器需要定期巡检，且有些安装位置较高，现场观察数据也很困难。通过系统的智能化改造可以将现场的SF6气体密度、压力、温度等数据信号上传到主控室的后台系统，运检人员不需要再到现场进行逐个密度继电器的数据抄录，从而减轻运检人员的工作量，提高运检工作效率。
SF6气体密度在线监测系统可通过布置于气室的密度变送器实时采样数据并上传到后台系统，后台系统通过大数据分析实时掌握SF6气体的密度及其变化趋势，提前发现设备出现异常情况并提醒运行人员采取应对措施，以避免发生重大事故。同时克服了传统机械式密度继电器的缺陷：即当SF6电气产品发生漏气时，只有当气体压力下降到报警值时，传统机械式密度继电器才发出报警信号，而此时SF6气体已经泄漏了很多，造成了环境破坏[9]。而应用SF6气体密度在线监测系统，可以及时发现漏气现象，尽可能地减少SF6气体泄漏到大气中，响应了国家电网公司关于提高效益，打造绿色低碳电网的发展理念，同时对倡导更经济节能的状态检修技术的推进具有促进作用。
SF6气体密度在线监测系统采用总线式分层分布式结构搭建，完全满足智能变电站的三层体系结构要求：过程层（传感器）、间隔层（数据采集与处理）、站控层（监测主机、数据库服务器），整体系统可采用IEC61850标准电力通信规约，接入一体化智能变电站后台[10-12]。
1.2 安装施工问题
以500 kV楚城变电站为例，由于没有安装三通或四通阀门，因此必须停电施工。如采取不停电施工方式，则相邻间隔带电，人员及吊车等施工机械作业时临近带电设备，施工人员及设备机械的安全风险相应增加，作业顺利进行难度较大[13]。
常规变电站在改造过程中，会增加电缆的敷设难度。为此要避开运行电缆，选择专门的走向进行敷设。电缆并固定在电缆支架上，分阶段挂标识牌。
常规变电站因场区内无智能汇控柜，因此需要单独布置一台SF6在线监测汇控柜给密度变送器供电，同时采集并汇总区域内的密度、压力、温度等远传信号。安装户外柜前需按要求进行基础土建施工。
常规变电站如采不停电施工方式，则母线带电，人员及吊车等施工机械作业时临近带电设备，同样存在施工人员及设备机械的安全风险极大、作业无法进行的问题。
2 常规变电站实现SF6气体密度在线监测安装施工的方法
2.1 改造概述及施工基本内容
经过多次现场勘察，对施工方案的讨论、设计与修改，最终形成：保留现有密度继电器及二次回路不变，增加一个四通阀，其中接口1连接开关本体；接口2连接原有密度继电器，用于报警、闭锁机械接点信号输出；接口3连接密度变送器用于实时监测SF6气体密度并将数据上传至后台；接口4用于补气、校验（参见图1）。500 kV场地、220 kV场地及35 kV场地分别布置一台户外SF6密度在线监测汇控柜，安装汇控柜前需进行基础施工。汇控柜内置电源模块用于给密度变送器供电，内置通信集线器汇总此区域内所有密度变送器的远传信号。敷设四芯屏蔽电缆将每只密度变送器信号接入汇控柜。最终信号统一汇总到35 kV区域的汇控柜后，敷设一根光缆接入到控制室内智能控制屏终端。后台系统实时刷新显示现场数据，并记录存储。
按此方案，自2017年9月~2017年11月，最终安全顺利地完成了技改项目工作并验收合格。至今，改造后的SF6气体密度在线监测系统安全稳定运行。
2.2 改造中安装施工的方法
为便于清楚阐述情况，现以楚城500 kV变电站改造项目为例，阐述SF6气体密度在线监测系统在常规变电站改造中安装施工的解决方法。
楚城改造项目针对500 kV设备区需要改造的间隔为：1#主变5012断路器、2#主变5013断路器、楚当线5031断路器、楚当线/团楚线5032断路器、团楚线5033断路器、城涂线5041断路器、城涂线/团城线5042断路器、团城线5043断路器、芜城线5051断路器、芜城线5052断路器、芜楚线5061断路器、芜楚线5062断路器。
针对220 kV场区需要改造的间隔为：楚清线4D48断路器、1#主变4801断路器、母联4600断路器、分段4200断路器、分段4100断路器。
针对35 kV场区需要改造的间隔为：1#站用变310断路器、1#主变2号电抗器312断路器、1#主变1号电抗器311断路器、1#主变3510断路器。
总施工期为2017年9月19日~11月20日，分为4个阶段，采用间隔停电的方式进行施工。期间500 kV设备区、220 kV设备区、35 kV设备区累计停电35天。
2.2.1 第一阶段
2017年9月19日~2017年10月12日，期间主要完成500 kV设备区的远传式密度变送器、四通阀的安装（参见图1），电缆敷设（参见图2），在线监测汇控柜的安装（参见图3）及系统接线与调试。
（1）首先需要断开断路器的一次及二次回路的电源，卸下原先的密度继电器（断路器本体接口自封，因此会自动断开气源，保证密封）；然后将四通阀安装到断路器本体接口处；将原先的密度继电器及新增的密度变送器安装到四通阀的对应接口；最后必须采用专用检漏仪器对所有器件及气路进行密封性测试，如图2，确保密封后恢复一次及二次回路的电源。
（2）敷设四芯屏蔽电缆用于密度变送器与汇控柜的数据通信。电缆按走向在电缆沟支架上进行依次排列并做好标识，保证有序的同时用扎丝采用8字固定方式将电缆依次排列紧固。过防火墙时，需要打洞施工。敷设完毕，需用专用防火泥进行封堵。防火墙两边的电缆线两边需各刷1 m的防火漆。电缆敷设按区域进行阶段性作业，一个区域完成布线工作后，确认布线工艺、布线防护等满足要求后，最后进行盖板复原，如图3。
（3）区域内布置一台在线监测户外智能汇控柜，如图4，汇控柜内安装24 V直流电源模块及通信集线器，用于给密度变送器供电，及汇总区域内所有密度变送器数据并上传给后台系统。布置汇控柜前需土建施工，施工完成后，周边要有遮挡，上方要由遮盖，自然晾晒5日后方可进行汇控柜的安装。汇控柜两侧安装接地排并保证良好接地。
（4）根据电气系统图进行系统接线，采用万用表测试保证每一路密度变送器的供电及通信正确，如图5。确认无误后，在相应的线路上附上包含其间隔及回路等相关信息的线路标记。
2.2.2 第二阶段
2017年10月14日~2017年10月25日，期间主要完成35 kV设备区的远传式密度变送器、四通阀的安装，电缆敷设，汇控柜的安装及系统接线与调试，具体施工内容及流程参考2.2.1。
2.2.3 第三阶段
2017年10月26日~2017年11月12日，期间主要完成500 kV设备区的远传式密度变送器、四通阀的安装，电缆敷设，户外柜的安装及系统接线与调试。具体施工内容及流程参考2.2.1。
2.2.4 第四阶段
2017年11月13日~2017年11月18日，期间完成其他两个设备区的汇控柜内的信号汇总到35 kV的汇控柜上，最终由35kV设备区的汇控柜敷设一根光缆接入到控制室内智能控制屏柜终端，如图6所示，用于现场数据的显示、存储及历史数据的查询，可通过趋势曲线判断现场设备的状态及漏气率。
2.3 改造后系统达到的技术指标及数据
改造后系统可实现所有断路器气室的密度在线监测，通过主控室的系统后台就可直观、方便地查看实时数据、历史数据、趋势曲线，并可设定报警、闭锁值等功能。通过在线监测IED可实现IEC 61850规约转换，直接接入一体化后台系统，将数据上传至国网省调及国调中心。部分后台数据截屏如图7所示。
使用高精度密度继电器校验仪现场检测[14]，改造后现场测量结果部分对比数据见表1，从表1知道：密度变送器与高精度校验仪检测值比较，其实际误差均小于1%；与原先密度继电器机械指针读数值对比，其偏差也在2%以内。通过性能测试，表明密度在线监测系统其密度检测精度均在允许误差范围内。
3 改造施工注意事项
3.1 安全注意要点
本改造施工方法停电方式运行人员操作母线及间隔次数较多，要防止运行人员处于的长期疲惫工作状态。施工中存在相邻间隔带电，吊车转臂时临近带电设备，相应增加施工人员及设备机械的安全风险。连续施工周期长，防止现场施工人员处于长期疲惫工作状态。工作负责人在每日工作前应核对工作区域及工作地点，工作前对施工人员进行交底、安全注意事项及危险点分析进行交代。严禁发生错走间隔及超范围施工等情况[13-15]。
3.2 土建施工
现场汇控柜土建施工，现场工作区域需隔离，现场隔离区挂牌“在此工作”标识牌。由现场安全监督负责人进行安全防护视查后，进行安全作业沟通，方可在现场工作负责人的指挥下进行土建、汇控柜安装操作。如四周是草坪，还要对草坪区域采取保护措施。土建按要求施工完成后，周边要有遮挡，上方要由遮盖，自然晾晒5日后方可进行户外柜的安装[16]。
4 结语
本文以500 kV楚城变电站改造安装施工为实例，介绍了SF6气体密度在线监测系统在常规变电站改造中如何进行安装施工的方法，有效地解决了常规变电站实现智能化在线监测在安装改造施工过程中存在的停电时间长、电网运行风险大、负荷损失严重、安装难度大、施工安全风险高等问题，整体施工作业圆满实现了安全风险可控，没有发生一起不安全现象或问题，确保了项目工程的安全顺利完成，利用在线监测系统其技术的先进性确保电网安全稳定运行。同时，这次成功实践对今后相关类似的常规变电站及老站智能化改造具有重要的借鉴、指导意义。
本文所介绍的改造施工方法降低了建设投资，缩短了建设周期。因采用间隔停电方式，且只有安装四通阀门及原有二次回路接线时需要停电，电缆敷设及系统联调均无需停电，因此有效地缩短了停电时间，电量负荷损失已基本降到最低。同时降低了后期运维的工作量[17]，为电网企业创造了良好的经济效益和社会效益。
SF6气体密度在线监测系统在常规变电站改造成功，就可以实现无需到现场即可对高压电气设备的SF6气体密度进行在线监测，可以通过专家分析软件进行趋势分析，为SF6电气设备的状态检修提供坚实的依据，满足电网自动化和设备状态检修的需要，对提高电网系统的安全运行和运行管理水平、开展预期诊断和趋势分析、减少无计划停电检修起到重要作用。
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作者信息:
吴 胜1，贾凤鸣1，廖 军1，高 燃1，蒋晶晶1，景 瑶1，夏铁新2，郭正操2，金海勇2
（1．国网安徽省电力有限公司检修分公司，安徽 合肥 230601；
2．上海乐研电气有限公司，上海 201802）
