SF6即时监测系统在智能电网中的应用-北极星电力软件网

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0.引言

2007年10月，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目，中国开始进入智能电网领域。

2009年2月28日，华北公司智能化电网控制系统——稳态、动态、暂态三位一体的安全防御及全过程发电控制系统在京通过专家组的验收。

2010年1月12日，国家电网公司制定了《关于加快推进坚强智能电网建设的意见》，确定了建设坚强智能电网的基本原则和总体目标。

所谓智能电网是指通过使用传感器、计量表、数字控件和分析工具，自动监控电网，优化电网性能、防止断电、更快地恢复供电等功能。其中对电力设备运行工况的即时、精确监测是智能电网的建设基础。在传统的输变电监测系统中，SF6等工作及绝缘介质的压力监测大都采用节点报警的方式。不能准确反映设备的即时信息，已成为输变电监测系统中薄弱环节，是智能电网建设中须改进的重点之一。

1、SF6密度继电器与数字变送传感器

1.1、在电力系统中SF6已经成为了主要绝缘介质，广泛应用于断路器、电流互感器等一次设备中，其重要性及作用也愈发显著。例如SF6断路器的绝缘和灭弧性能，在很大程度上取决于SF6气体的纯度和密度，所以，对SF6气体纯度的检测和密度的监视显得特别重要。目前普遍采用的SF6密度继电器对SF6设备进行工况检测、控制和保护。其主要结构如下图：

1— 弹性金属曲管;2—齿轮机构和指针;3—双层金属带;4—压力增大时的运动方向;5—压力减小时的运动方向。

密度继电器通过弹性金属曲管采集运行设备的SF6气体压力值，曲管在压力作用下弯曲，带动双层金属带与齿轮转动。指针及电触点在齿轮的带动下的指示气体压力值。而将机械信号转换为电信号的机构称为变送器，它是实现SF6设备检测、控制和保护功能的主要部件。传统密度继电器采用电触点使变送器，电触点与齿轮联动，当压力达到设定值时电触点触发，输出4~20mA电流模拟信号。此种密度继电器具有结构简单、更换方便、造价低的特点。但是只能发出报警、闭锁等特定电信号，不能反映在运设备的即时压力，无法进行精确的数据分析和工况预判，已经满足不了智能电网建设的要求。

1.2、为了提高运行设备的监控与预判能力，满足智能电网建设需要，华北电网公司对高压及超高压设备逐步实现SF6数字信号传感器改造工作。数字信号传感器在原有密度继电器的基础上，加入来SF6气体纯度、湿度、温度及成分分析模块。并将原有电触点结构的变送器改进位两线制V/I变换器。在将传感器输出的微弱或非线性的电信号进行放大、调理、转化为线性的电压输出的同时，根据信号调理电路的输出控制总体耗电电流，并从环路上获得电压并稳压，供调理电路和传感器使用。其工作原理如下：

图中OP1、Q1、R1、R2、Rs构成了V/I变换器。分析负反馈过程：若A点因为某种原因高于0V，则运放OP1输出升高，Re两端电压升高，通过Re的电流变大。相当于整体耗电变大，通过采样电阻Rs的电流也变大，B点电压变低(负更多)。结果是通过R2将A点电压拉下来。反之，若A点因某种原因低于0V，也会被负反馈抬高回0V。

通过电阻应变片、单片机等微电元件的使用，使传感器在拥有传统报警、闭锁信号输出功能的同时，具备了数字信号传输功能。且气体压力与温度经单片机进行补偿计算，使传输数据更为精确。数据采集后通过RS485接口实现数字远传，输出数字信号，按照数字总线通讯规约进行信号交互，数据传输速度可达9600bps，其数字端口如下：

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