地铁变电所设置SF6气体监测装置的应用分析

李 晴

(武汉新业人力资源服务有限公司，湖北武汉 430063)

1 问题提出

地铁工程变电所一般设置于地下车站主体内部，而地下车站投资成本巨大，减小变电所生产房屋的面积可以节约建设投资和运营费用，尤其对于地下车站变电所效果更加明显。

因此在投资合理的前提下，应合理选用小型化设备。就35 kV开关柜而言，尺寸较大的有(长×宽)2 000mm×800 mm(气体绝缘开关柜)，尺寸较小的有1 760 mm×600 mm(SF6气体绝缘开关柜)，一座标准混合所，若选用35 kV GIS开关柜可直接节省设备用房面积约10 m2;目前地铁工程35 kV交流开关柜均采用为户内型、SF6气体绝缘、金属铠装封闭式结构开关柜。

SF6气体因其具有优异的灭弧性能及良好的电气绝缘性能，被作为绝缘介质广泛的应用于高压电气设备中。但当高压电气设备内SF6气体中的微水含量超标及密度降低时将严重影响SF6高压设备的电气性能。目前，地铁工程变电所并未采用专业装置来进行SF6气体的监测;一般都是通过35 kV开关柜内SF6气体压力监视的密度表/压力表及密度继电器起到监控的功能，即当35 kV开关柜发生SF6气体泄漏时，柜内SF6气体压力及密度变化继电器动作从而实现报警及闭锁功能。

地铁变电所均为无人值班变电所，密度继电器仅在发生大量SF6气体泄漏情况下才产生作用，存在以下缺陷及安全隐患:1)35 kV开关柜发生SF6气体泄漏时，只有SF6气体压力下降至设定值时，才会报警，但此时SF6气体已泄露很多，气体纯度及密度大大降低，影响SF6断路器的绝缘及灭弧性能。2)气体密度继电器触点在受到氧化或积灰尘时，其触点容易接触不良或不通，造成失效，发生严重后果。3)SF6气体本为无毒、无害气体，但在高温电弧发生作用时或设备内的SF6气体分解物与其内的水分发生化学反应会生成某些有毒物质，对人身有极大的危害。如上所述为了保证35 kV开关柜的可靠稳定运行，提高供电系统连续可靠运行能力，对SF6气体实现在线状态监测与故障预测，已经成为影响35 kV开关柜安全运行的重要因素。

2 规范要求

目前，地铁工程设计规范尚无明确要求在地铁变电所35 kV开关柜室设置SF6气体监测装置，但是电力部门的相关规程及反措均明确提出了在SF6配电装置室需设置SF6气体监测装置。其中《国家电网安监(2005)83号文》8.5条明确规定了，在SF6配电装置房间低位区应设置能报警氧量仪或SF6气体泄漏报警仪，在工作人员入口处也要设置显示器。这些仪器应定期试验，保证完好。《国家电网十八项电网重大反事故措施》也明确规范了需要在SF6配电装置房间设置SF6气体监测装置。机械行业标准JB/T 10893—2008高压组合电器配电室六氟化硫环境监测系统明确规定了SF6气体监测装置设置的组成、取样等要求。

除此之外，电力部门针对SF6配电装置制定了严格的运行检修规程:1)工作人员进入SF6配电装置室时，入口处若未设置SF6气体监测显示屏，必须先通风15 min，并用SF6气体泄漏报警仪测量SF6气体含量，确证室内空气新鲜无问题。2)严格执行现场运行规程和规定，必须两人进入室内巡视，以便发生危险情况时能互相帮助。严禁一人进入SF6配电装置室从事检修工作。3)SF6气体易聚集在地面、设备低位区等底层空间，当工作人员进入35 kV开关柜室低位区进行作业时，应先检测空气中含氧量(不低于18%)和SF6气体含量是否合格。4)当35 kV开关柜室发生SF6气体大量泄漏时，现场人员应迅速撤离，并打开所有通风系统进行室外排风，防止人员中毒及观察压力情况。未穿戴安全防护用具等人员禁止入内。从以上分析可以看出，电力部门已经意识到实现对SF6气体泄露在线监测及故障预测，对SF6配电装置安全运行非常重要，并采取了相关措施。

因此建议在新建地铁线路变电所35 kV开关柜室配置SF6气体监测装置，该装置不仅含密度表/压力表及密度继电器的功能，同时还含有温湿度、含氧量及故障监测功能，并与通风换气装置进行联动。不仅可以使运营部门更全面的掌握35 kV开关柜的运行工况，为判断设备故障提供了强有力的手段，符合对电气设备实行状态检修的要求;同时也可保障运营检修人员的人身安全。

3 SF6气体监测装置组成

SF6气体监测装置集现场SF6浓度、氧气含量及温湿度等模拟量、开关量输入、协议转换、通信接口转换、传输和开关量输出控制等功能于一体。系统由监控主机、气体探头(含氧气探头、电晕放电探头、半导体气体检测探头)，温湿度变送器，风机控制器等组成。可在线监测SF6气体浓度、氧气含量、环境温湿度等，可以联动风机。系统可与变电所综合自动化系统进行通信，将相关信号传送至OCC后台。

系统自动记录各种报警数据，记录风机每次的动作情况，按照设定的定时时间控制风机定时工作;泄漏超标自动启动风机排风等。SF6气体监测装置构成示意图如图1所示。

图1 SF6气体监测装置构成示意图

4 SF6气体监测装置基本功能

1)具有检测SF6气体浓度过高时超标报警功能。2)具有氧气浓度检测的功能。3)具有氧气浓度过低时缺氧报警功能。4)具有对环境温湿度的检测功能。5)具有自动定时排风及泄漏超标联动排风功能。6)强制和手动排风按键设置，风机控制功能灵活而完善。7)具有对历史数据及报警数据存储、查询功能。8)可以将相关信息量接入变电所综合自动化系统统一管理。9)具有语音提示功能及播报当前开关柜室的SF6气体的含量状况及氧气浓度的功能，以便提醒工作人员能否安全进入开关柜室。

5 应用实例

目前在某地铁工程中35 kV开关柜室内设置了SF6气体监测装置，其中监控主机按照每所一套配置，气体探头(含氧气探头、电晕放电探头、半导体气体检测探头等)一般为2～3面35 kV开关柜配置一套，考虑到电缆夹层同样为SF6气体泄漏的低位区，因此变电所用房及电缆夹层均配置了气体探头(见图2，图3)。温湿度变送器，风机控制器等均按照每所一套配置。典型地铁工程变电所设备配置如表1所示。

图2 监控主机现场图

图3 气体探头现场图

表1 典型地铁变电所SF6气体监测装置主要设备配置表

该地铁工程目前已经开通运行，且SF6气体监测装置投入运行以来，运行良好，按照该工程实例，典型变电所SF6气体监测装置投资约为20万元/所，对于变电所概算整体影响不大。

6 结语

35 kV GIS开关柜是地铁供电系统中最重要的设备之一，对整个地铁供电系统的安全可靠具有决定性的作用，一旦出现问题可能使整个供电系统陷于瘫痪。35 kV GIS开关柜室如果发生SF6气体泄漏，SF6气体会聚集在地面附近，不易稀释和扩散，是一种窒息性物质容易造成进入该房间操作、巡视、检修的工作人员缺氧，中毒窒息。因此建议在新建地铁线路变电所35 kV GIS开关柜室配置SF6气体监测装置，并编制严格的检修运行规程，确保供电系统运行安全及检修人员人身安全。