MSM装置在550kV GIS中的应用

摘要：SF6气体状态直接反映了GIS设备的绝缘状态，监测SF6气体压力是否正常是保障GIS安全运行的基础。为此，介绍了一种能有效实时监测GIS设备的SF6气体状态，并对SF6气体压力进行趋势分析、预测报警的MSM装置，能为GIS设备现场状态分析及运维工作提供重要的数据参考。

关键词：GIS;SF6;MSM装置

0 引言

GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）是采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的封闭式开关设备。GIS因具备占地面积小、安全可靠等特点而被广泛运用于变电站及发电厂中。根据相关统计发现，40%～50%的GIS故障是SF6泄漏导致的，90%以上的GIS运行维护工作与SF6有关。因此，监测GIS运行中SF6气体的压力状态具有重要意义。

传统GIS的SF6气体压力值通过观测设备本体上的机械式密度继电器表盘所得，需要运维人员定期抄表，受到GIS产品高度及产品设计的限制，550 kV GIS密度计安装在5 m以上位置，不能保证其安装角度处于最佳观测位置，造成运维人员现场观察密度计数值不便，抄表困难。因此，在550 kV GIS上配置SF6在线监测装置尤为必要。

1 MSM装置在工程项目中的应用

1.1    工程项目概况

项目名称：山东特高压1 000 kV菏泽变电站550 kV GIS。

项目地理位置：山东省菏泽市牡丹区。

该变电站采用3/2接线形式，共有7串21个断路器间隔，分多期扩建完成。本项目涉及首期的2个断路器间隔（含2台断路器、9台隔离开关、13台检修接地、3个套管）及母线管道建设，共计45个独立气室。技术协议中要求所有气室设有SF6气体密度在线监测系统一套。

1.2    MSM装置的应用优势

本项目技术协议并未对SF6在线监测提出具体要求，结合项目布置情况及GIS运行特点，选用了ABB公司自有的SF6监测设备——模块监测设备（MSM）。对比市场上大量其他在线监测设备，其优势如下：

（1）MSM集成了数据处理、数据分析、数据显示功能于一体，不需要额外的后台监测系统，对客户的控制、保护系统不会造成干扰。

（2）MSM提供多种接入方式，SF6气体状态可在就地显示屏上实时显示，可利用网络接入电脑，可建立局域网用于智能设备远程网页读取数据，为客户在现场观测SF6气体状态提供极大便利。

（3）MSM采用标准的导轨安装方式，对比采用其他标准设计的装置，其在线监测IED体积小，接入信号多，能与GIS就地控制柜的标准导轨式安装方式实现友好兼容。

2 工程设计

2.1    硬件组成

MSM装置的SF6气体监测系统由控制和通信模块（CCM）、信号输入模块（AIM）、电源模块、传感器組成。1个控制和通信模块可连接最多10个信号输入模块。MSM装置配置示意图如图1所示，24 V直流电源直接连接在控制和通信模块（CCM）上，所有其他模块在外壳上集成了通信总线，模块拼接到一起后，自动实现电源与通信的连接。

（1）电源模块，选用菲尼克斯的mini-Ps，它的电源输入为AC85～264 V或DC90～350 V，向MSM装置提供24 V直流电源，输出功率为36 W。

（2）控制和通信模块（CCM）包括主CPU、数据存储单元以及以太网、二进制输出、CANBUS（HMI人机交互就地显示单元）的通信和用户接口。控制和通信模块（CCM）通过模块内部总线收集处理信号输入模块（AIM）的信号。

（3）信号输入模块（AIM），1个信号输入模块可以最多接入8路模拟传感器。AIM支持4～20 mA的信号输入，再通过模块上的总线传输到控制与通信模块。每个模拟信号输入口可对传感器提供12 V的直流驱动电源。

（4）就地显示单元（HMI）由2个组件组成，通信模块（MFD-CP4-CO）和就地显示操作单元（MFD-80-B）。HMI可显示SF6气体的实时状态及历史数据，其安装在柜体的前面板上。

（5）Trafag SF6混合密度继电器在机械式触点的基础上，增设了带6～20 mA的远传信号，不用单独再增设密度计，减少了现场工作量，同时避免了部分模块气室口不足的问题。Trafag密度计自动带温度补偿装置，测量范围为0～1 100 kPa（20 ℃），测量精度为±1.8%。

（6）传感器与安装在控制柜的MSM装置采用电缆连接，电缆芯线选用1.5 mm2，外带屏蔽层，屏蔽层在控制柜侧通过接地线与柜体外壳连接，在传感器侧与格兰头压接后再与GIS壳体连接接地，以屏蔽现场干扰，符合EMC测试的原则。

（7）本项目采用的Trafag SF6混合密度继电器的最大输入电压为10 V，1.5 mm2电缆最长能达到250 m。经验算，本项目最长气室电缆长度为191 m，满足设计要求。

2.2    系统网络

传感器通过电缆连接到MSM装置上，整个变电站的MSM装置通过总线连接到在线监测网络中，与变电站的控制网络独立设置，不影响断路器的控制及保护操作。SF6气体监测网络布置如图2所示，用网线接入MSM装置，在浏览器中输入网址“172.16.0.13”进入配置界面，根据GIS配置相应的气室图。

2.3    操作应用

用户用浏览器登录系统界面后，实时显示：（1）气体压力密度和泄漏量;（2）SF6气体报警状态;（3）SF6气体趋势图;（4）报警预测;（5）装置及传感器的自检状态。气室状态实时监测图如图3所示。

3 结语

本文介绍的MSM装置利用智能气体在线监测技术，为电气绝缘开关设备的实时状态监测提供了强有力的技术支撑，可及时发现并预警GIS存在的缺陷，极大地便利了运维人员的运维检修工作。

[参考文献]

[1] 石光.智能变电站试验与调试[M].北京：中国电力出版社，2015.

[2] 张锐，付兴芳，刘旭，等.GIS中SF6气体压力的监视[J].黑龙江科技信息，2013（7）：83.

[3] 马辉.数字化变电站技术丛书[M].北京：中国电力出版社，2010.

收稿日期：2020-08-02

作者简介：祝耸（1984—），女，山西运城人，硕士，工程师，研究方向：电力与电气。