GIS SF6气体密度在线监测系统开发研究与应用探讨

摘要：本文介绍了GIS SF6气体密度在线监测系统的功能及组成，及在电厂500kV GIS设备上的应用情况，并对GIS SF6气体密度在线监测系统发展前景进行了展望。供500kV GIS设备的设计、制造、安装及运行维护等相关技术人员参考。

关键词：GIS，在线监测，应用

1　引 言
　　GIS是气体绝缘全封闭组合电器的英文缩写，为近几十年发展起来的高、精、尖输变电设备，该设备技术先进，维护工作量小，运行可靠性高。GIS设备发展速度非常快，从开始的几千伏等级已发展至220kV、500kV、750kV等级，有些国家正在发展1000kV等级的GIS。目前，在我国GIS设备正在向高电压设备的主流方向发展。

　　由于GIS设备采用具有一定压力的SF6气体作为绝缘、灭弧介质，因此监测GIS设备的SF6气体密度是监视GIS设备、运行状态的必须手段。现有的GIS设备普遍采用密度继电器在设备就地监视SF6压力，依靠密度继电器上的压力接点向远方发出SF6压力低报警、压力低闭锁信号。由于没有在线监测系统，不能及时发现SF6气体漏泄及其发展趋势，容易出现由于SF6严重漏泄，危及主设备安全，造成主设备损坏及影响系统稳定运行的事故。

　　随着计算机技术的飞速进步，在线监测系统在电力系统得到了广泛的应用。2002年开始，我公司开发了GIS SF6气体密度在线监测系统。

2　系统功能及组成
2.1系统功能

　　GIS气体密度在线监测系统对GIS系统中各气室的SF6气体进行密度数据检测，直接指示密度参数，并进行超限报警。从而实现在生产过程中对SF6气体密度进行实时、远程监测以及历史数据分析，加强监测手段，更好地保证设备安全、稳定运行。

　　系统投入运行后，在控制室内即可通过显示器的动态画面，直观、准确的观察到每个间隔内SF6气体的密度参数。多个下限的报警值可在计算机中全量程设定。当超过下、下下限报警值时，可在计算机上完成声光报警。

　　计算机中具备动态数据库，具有数据存储和历史数据检索等功能。软件还提供在线修改多个下限报警值、打印报表、动画显示、操作显示、成组显示、趋势图显示等功能。

　　通过气体密度在线监测装置系统，可对GIS装置中各气室内的SF6气体密度进行实时监测。由此提高工作效率、减轻劳动强度，使GIS装置稳定可靠运行得到有效的保证。

2.2 系统组成

　　整套GIS气体密度在线监测系统主要由气体密度计、可编程序控制器、现场监控计算机、管理计算机构成。

　　德国WIKA电子式气体密度变送继电器（GMT+233.52.100+821.2.2）实时检测GIS设备各气室SF6气体的密度，将密度信号转化为4—20mA DC的标准信号，输出给可编程序控制器（PLC）的模入模块，再由可编程序控制器完成数据处理，数据上传给现场监控计算机，直接显示密度值，供现场监控和调试使用。现场监控计算机将数据上传到主控室管理计算机及电厂局域网中，完成存贮、制表、超限报警等功能。系统构成如附图1所示。


附图1 气体密度在线监测系统示意图

2.2.1德国WIKA电子式气体密度变送继电器（GMT+233.52.100+821.2.2）

　　德国WIKA电子式气体密度变送继电器（GMT+233.52.100+821.2.2）作为直接安装于GIS设备上的测量元件，直接关系到GIS设备运行安全、整套系统的可靠性和测量精度。

德国WIKA电子式气体密度变送继电器（GMT+233.52.100+821.2.2）由密度变送器输出4～20mA DC标准信号和两个报警继电器输出信号组成，送到控制柜中的可编程控制器，继电器信号直接送往原系统以实现报警和控制

　　

2.2.2 微机测量系统

　　微机测量系统是在吸收国内外先进技术和经验的基础上，结合多年开发微机自动控制系统的经验，设计出了气体密度微机自动测量系统。

　　整套系统的工作原理就是现场的被测量参数，通过德国WIKA电子式气体密度变送继电器（GMT+233.52.100+821.2.2）直接转换成4～20mA.DC标准模拟密度信号，经2芯双层屏蔽电缆接至数据采集单元，可编程控制器将采集的数据传至现场监控计算机数据处理后，以实际工程量值显示在屏幕上，并将数据上传到主控室管理计算机或电厂局域网中。

　　计算机采用台湾研华（ADVANTECH）公司的一体化工作站作为现场监控计算机，主控室管理计算机采用工业控制计算机。数据采集系统采用西门子的S7-200系列可编程控制器。现场监控计算机负责气体密度数据的显示与管理，从而生成实时图表与动画显示，并可形成历史数据库供用户查询。并将该数据通过MPI网或局域网，准确快速地传送给主控室管理计算机，这些信号用来实时显示、打印制表、数据储存、经济量累积核算等。与远程的管理终端相连，将数据传给管理层。

2.2.2.1 数据采集单元

　　数据采集单元采用SIEMENS可编程序控制器S7-200系列。包括CPU模块、电源模块、A/D采集模块、内存卡、开关量输入模块，以及各种适配电缆等种配件。

　　为保证系统的可靠运行，A/D模块采用6ES7 331—1KF00—0AB0、开关量采用6ES7 321—1BH02—0AA0 隔离型采集模块。

2.2.2.2 主控室管理和现场测控计算机

　　主控室管理计算机和现场测控计算机采用目前国内使用较为广泛，性能价格比高的是研华工控系列。所以本方案中主控室的主机采用PCA-600LV（PⅣ 2.4G）工控机。机箱采用IPC-610P4型工控专用机箱，全部采用钢材料并符合EIA—310C19”矿机框架结构标准，可容纳12槽供PC机总线兼容的功能板使用，还携有GX率的开关电源（带冷却风扇），机箱正方还另配有两个过滤型推拉式冷却风扇及保护驱动器与电源开关的可锁门等特殊装置。符合UL/CB标准，EMI满足FCC/FTZA级标准，能经受强撞击、防震防尘并能在极端温度等恶劣的工业环境下正常运行。现场监测计算机采用ADVANTECH公司的一体化工作站。

2.2.2.3 软件

软件底层采用MICROSOFT公司WINDOWS2000操作系统。检测系统采用专用的密度监视系统组态512点监控软件进行编程。

SF6检测系统软件主要特点：

①画面系统美观、操作简便、人机交互界面友好

每幅画面能显示过程变量（压力、密度）的实时数据和运行设备的状态。这些数据和状态在不断更新。显示的颜色或图形将随过程状态而变化。棒状图和趋势图可随时调出。

②报警和事件系统

报警系统具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。一旦发生任何异常工况，及时并适当的向操作人员发出报警，以便操作人员及时进行处理，以提高系统的可靠性。

③报表系统

包括定期纪录、报警纪录、事故追忆纪录、事故顺序纪录、跳闸一览纪录、操作记录等。可由用户随时调出和打印。

④OPC

全面支持OPC标准（即可作为OPC服务器，又可以作为OPC客户端），可以从任何一个OPC服务器直接获取动态数据，并集成到应用系统中；同时作为OPC服务器，可向其他符合OPC规范的厂商的控制系统提供数据。

⑤通讯系统

利用通讯系统能够实时显示现场设备运行状况，随时打印，报警和历史数据自动上传等功能。

⑥安全系统

采用分级和分区保护的双重保护策略。新增用户组和安全区管理，999个不同级别的权限和64个安全区形成双重保护，另外能记录程序运行中操作员的所有操作。

⑦网络功能

检测程序完全基于网络的概念，是一种真正的客户-服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统

⑧冗余系统

提供全面的冗余功能，能够有效的减少数据丢失的可能，增加了系统的可靠性，方便了系统维护

3　系统应用情况及前景
　　SF6压力监测是GIS设备不可或却的运行监视手段，随着GIS设备在电力系统的广泛应用， GIS SF6气体密度在线监测系统也将不断得到推广应用。用GIS SF6气体密度在线监测系统取代机械式指针密度传感器将成为必然的发展趋势， GIS SF6气体密度在线监测系统必将成为GIS设备的附属标准配置之一。