SF6气体泄漏监测装置及智能排风控制系统技术方案

SF6泄漏监测及智能排风控制系统技术方案

一、项目概况

秦山核电方家山500kV 变电站母线1号GIL廊道和方家山500kV 2号GIL廊道中的GIL采用西安西电开关电气有限公司的管廊设备，内部充有约0.62Mpa压力的SF6气体，并且廊道比较冗长，目前2个廊道中未装设SF6气体泄漏检测装置和排风系统。不满足《DL-408-1991 电业安全工作规程-发电厂和变电所电气部分》第8章；《GBT 8905-2012 六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》第7.3条；以及《防止电力生产事故的二十五项重点要求》。若SF6气体一经发生泄漏，容易造成六氟化硫气体集聚，因为六氟化硫气体密度相比空气密度约6倍，（其密度是空气的5.11倍），主要表现为排氧气，人员一经进入六氟化硫集聚低位区，容易造成人员窒息，发成人员人身安全事故。并且SF6气体在GIL管道中遇高温电弧发生作用时会产生分解，生成多种低氟硫化物，如H2S 、CO 、SO2SF2、S2F2、S2F10以及HF等，这些分解的氟化物都有不同程度的毒性。

根据《DL-408-1991 电业安全工作规程-发电厂和变电所电气部分》第8章；《GBT 8905-2012 六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》第7.3条；以及《防止电力生产事故的二十五项重点要求》条文13.1.12:室内或地下布置的GIS、六氟化硫开关设备室，应配置相应的六氟化硫泄漏检测报警装置、强力通风及含氧量检测系统。系统可及时发现泄漏现象和缺氧情况，并可将现场SF6和O2信息通过RS485网络远传至DCS，供运行人员分析。当六氟化硫和氧气探测器检测SF6含量高于设定的报警值或氧气低于设定的报警值时，启动声光报警装置并自动启动排风设备进行通风换气，以保障工作人员健康及生命安全，同时可以对GIL中六氟化硫气体的气密性进行监测，做到早诊断早发现。因此在2个管廊中各加设一套SF6气体泄漏监测报警系统和通风装置有一定的必要性。

二、实施目标

2.1 在方家山500kV 1号和2号GIL廊道各增设一套约泰电力设备（上海）有限公司研发生产的SF6气体泄漏监测报警系统（YTDL-R30），实现365*24小时全天候实时监测SF6气体泄漏和环境中氧气浓度，并在两个廊道中各增设一套智能型自动排风装置以及排风管道。当SF6气体泄漏监测报警系统监测到六氟化硫气体泄漏或氧气浓度超出系统设置报警阀值时，系统发出声光报警提示，并自动启动通风装置进行排风换气。

2.2 将1号廊道和2号廊道中SF6和O2监测及报警信息通过RS485网络实时远传至集控中心DCS（分布式控制管理系统），供运管人员分析现场状态，做到早发现早诊断GIL气体设备的气密性。

三、技术方案

3.1 方案概要

此次方家山500kV 1号和2号GIL管廊全部位于地面以下巷道，充有SF6气体设备大部分安装在地面下的比较狭小巷道中，目前空气不流通或者速度极慢，而SF6气体却因不同的设备制造工艺自投运开始那天，就无时无刻不在发生不同程度的泄漏，从而在室内容易沉积不易散发，SF6气体本身又是无色无味的，泄漏后不易被发觉。另外由于SF6气体的比重远大于空气和氧气，通常在室内低层空间积聚，造成局部缺氧和带毒，很容易使人窒息。这样就会对现场工作人员造成极大的人身健康和安全危害。同时，SF6开关中气体的泄漏也直接影响到开关的运行安全。

3.1 SF6气体泄漏监测报警系统功能介绍

SF6气体泄漏监测报警系统（YTDL-R30）是专门针对电力系统中各种电压等级的SF6开关站而设计，系统的监测精度高。是一款集开关站室内环境SF6浓度和氧气含量监控功能于一身的综合监控报警系统，系统有温、湿度在线监测以及风机联动控制功能。既可现场就地监控，又可在主控室计算机上同步动态监控；也支持与现场远动装置以硬接点的形式实现调度中心的远程告警。

系统功能

1. 状态监视

SF6浓度和氧气含量监测：365天24小时实时监测开关站环境SF6浓度和氧气含量，系统主机和监控室计算机同步显示监测结果。

温、湿度在线监测：365天24小时实时监测并动态显示当前开关站环境温度和湿度数值。

系统运行状态实时监测：实时监测系统内各监测单元的通讯状态，系统主机和监控站界面同步显示监测结果。

自动语音提示：工作人员靠近开关站入口时系统自动以普通话方式提示环境安全状况，提醒工作人员是否可以安全进入开关室，语音音量大小可调。

声、光告警：监测到SF6浓度超标或缺氧时，系统以高频笛音以及告警灯报警提示现场人员及时处理。

风机运行状态指示：显示当前风机的运行状态，如处于停止状态，则显示最近一次风机启/停时间，便于判断进入开关室前是否需要强制通风。

2. 安全控制

风机联动控制：实时检测到SF6浓度超标≥1000ppm或缺氧低于19.6%时，自动控制风机通风，直到SF6和氧气浓度恢复正常，再持续通风10分钟后将自动关闭风机。

风机定时控制：自定义时段通风（多达24个时段），保证开关室每天都能按时通风。通风启/停时间可灵活设置。能满足用户的各种排风需求。

远动告警：提供硬接点的形式支持与远动装置连接，实现主控室或调度中心的远程告警。

3. 数据处理

监测数据存储：环境状态异常数据存储，监测历史数据海量存储能力满足10年以上运行要求。

历史数据查询：可分别在主机菜单或主控室计算机中对任意时间段的历史数据进行查询和管理。

系统自愈、自恢复：独立、专用的故障自检、自愈模块在系统程序出错时能够进行自引导，自恢复。

全触控操作功能：全触控操作模式，系统可根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入，缩短了系统的反应时间，节省了用户等待时间；同时系统操作更加便利，外观简洁、美观。

3.1.4 显示界面

10.4英寸液晶显示器、中文界面；

直观动态地反映监视结果；

操作使用只需掌握两个步骤，简单、方便；

各监测单元监测结果可曲线化；

功能界面如右图所示。

3.1.5 分布式监控

开关站就地监控

现场壁挂式主机安装在开关站入口处，因系统在监测到开关站内任何间隔位置SF6浓度或氧气含量异常时将以声、光方式同步告警。便于工作人员在进入开关站前十分容易的了解当前的安全状态。

集控中心监控

提供远动通信硬接点的方式与远动装置通信，实现调度中心的远程告警，功能实现方便实用。

3.1.6 系统架构图

3.2 轴流通风控制系统方案

3.2.1 方案概要

此次方家山500kV GIL管廊全部位于地面以下，且全部为SF6气体绝缘介质的充气母线，根据《火力发电厂采暖通风与空气调节设计技术规程》设计要求，此次设计方案按照机械通风、事故通风和平时排风兼容为原则。所有排风系统的风源通过位于GIL管廊中间位置的检修通道实现自然进风，不单独设置送风风机。

因为SF6气体是酸性气体，会腐蚀GIL管廊内电气设备，所以应单独设计SF6气体排风系统，并且室内排出的气体不能循环利用，因而排风口需选择两端不涉及人员进出的两处孔洞，因孔洞口径较小且位于室外，排风轴流风机设计在管廊内部，考虑到不方便开展土建工作，通过风管变径关节来匹配大排量轴流风机大口径和出风口小口径的不同。

SF6气体的比重是空气的6倍，泄漏气体容易沉积在GIL管廊低位区地面，因管廊低位区域分布有GIL管道，无足够的空间架设排风管道，所以本设计除特别注明外，所有的排风管优先考虑设置在管廊的中间位置（离管廊内部地面约1.5米高度，可以使得排风管道在同一水平线上，减少增加弯管带来不必要的风阻，并且可在人员主通道附近预留进风口法兰，便于后续打开设置高位排风口以便将管廊内过热上升热气流迅速排出，但上位风口设计时不宜超过总排风量的1/3）。分段设置向下分支管道，下支口的下部进风口接近地面30cm左右（过低会带来风阻，过高对于低位沉积SF6气体排出效果变差），下支进风口设置有效通过率不低于95%的过滤栅格，避免塑料布等杂物进入排风管道引起堵塞（遇到人员活动较频繁的位置设置可拆卸粗效过滤器，避免人员活动带入杂物）。两端的出风口应设置有效通过率不低于95%的过滤栅格或微负压即可自动开启型百叶窗，避免人员、小动物等误入。

3.2.2 轴流风机选型设计

500kV GIL 1号管廊轴流风机选型：

管廊总的长度为：10.46+3.4（转角重叠区域）+76.65+23.52+22.8=136.83米。

1. 风机风量选型设计原则：（长*宽*高*换气次数）/风机数量=管廊长137m*宽3.4m*高2.6m*12次=14532立方米，按两端各设置1台风机的现场条件，则风量应≥7266立方米/小时。

2. 风机风压选型设计原则：以单一轴流风机出口零阻力条件下风压50Pa为基准，每增加一米不足一米按一米计算，增加风压5-8Pa，每增加一个弯管增加50pa为设计标准。全长137米，分段设计2台风机，平均覆盖69米/台。每台风机设置弯管5个。每台风机风压：50Pa+69米*6Pa+5个*50Pa=714Pa。

即50Pa风压的轴流风机只适合直流通路，不适合加装任何具有阻力的风管。风管通径必须大于等于风机口径。增加进气口弯管则需相应增加风压为原则。

3. 风机功率的选型原则：以单一轴流风机所负荷通风段所设计的风量和风压参数为基准，即：【（风量*风压）/（3600秒*1000功率系数*0.7效率系数）】*1.25余度系数。即：（7266*714）/（3600*1000*0.7）*1.25=2.57kW

综上，1号廊道设置3台风机，两侧采用轴流排风方式，较长一段管廊的中间段采用抽方式（因考虑到六氟化硫气体密度大，六氟化硫泄漏后容易沉积于廊道低位区域）。

风机设计选型如下：

主通风机选型

500kV GIL 1号廊道空间容积约1210立方米，考虑到GIL属于地埋式管廊，结合六氟化硫气体远大于空气密度的特征，设计采用BSYDFZ-HTF-550-4KW型防爆式消防排烟专用轴流风机 ，风机外观呈圆柱形，风机设计机号5.5，功率4kW，2极电机（转速2900转/分钟）、**排风量12693立方米/小时，全压756pa，静压536pa，噪声84dB，防护等级IP55，通风口直径565mm，安装**外径635mm（不含底座），整机重量137kG。

次通风机选型

2.1 该通风机通风方式为抽风机（在廊道中间段布置），由于廊道两端的长度不同，且一侧是另外一侧接近2倍，为了达到更好的排风效能，较长一段的廊道靠出风口廊道中约10米处位置安装一台抽风机混流式消防排烟风机，型号为HL3-2A/2.2-4，风机功率为2.2kW，4极转速1440转/分钟，排风量5361-9091立方米/小时，风压402-554Pa，噪声≤ 68分贝，风机法兰边**直径660毫米。

2.2 在风机进风侧加接风管到中间孔口入廊道**道拐弯处出来约40米处，即从人员进入孔下去的右侧进去约15米处器布置风管，在风管下部接近地面30cm左右下部设置下支口，设置有效通过率不低于95%的过滤栅格，下支口与下支口间距约5米左右。抽风机出风口侧可加接一段约5米风道，以免抽过来的六氟化硫气体迂回。

2.3 廊道抽风机进风侧风道优先采用方形风管（因考虑到空间狭小，圆形风机占地比较大），优先考虑布置在靠廊道墙壁侧布置，风道尺寸为320毫米*400毫米（宽320毫米，高400毫米），下支口风道尺寸为250*250，长度300毫米。

500kV GIL 2号管廊轴流风机选型：

管廊总长度为：10.46+3.4（转角重叠区域）+32.85+23.52+21.8=92米。

1. 风机风量选型设计原则：（长*宽*高*换气次数）/风机数量=管廊长92m*宽3.4m*高2.6m*12次=9759立方米，按两端各设置1台风机的现场条件，则风量应≥4880立方米/小时。

2. 风机风压选型设计原则：以单一轴流风机出口零阻力条件下风压50Pa为基准，每增加一米不足一米按一米计算，增加风压5-8Pa，每增加一个弯管增加50pa为设计标准。全长92米，分段设计2台风机，平均覆盖46米/台。每台风机设置弯管5个。每台风机风压：50Pa+46米*6Pa+5个*50Pa=576Pa。

3. 风机功率的选型原则：以单一轴流风机所负荷通风段所设计的风量和风压参数为基准，即：【（风量*风压）/（3600秒*1000功率系数*0.7效率系数）】*1.25余度系数。即：（7266*714）/（3600*1000*0.7）*1.25=1.40kW

综上，设计选型如下：

1. 500kV GIL 2号廊道空间容积约813立方米，考虑到GIL属于地埋式管廊，结合六氟化硫气体远大于空气密度的特征，设计采用BSYDFZ-HTF-550-4KW型防爆式消防排烟专用轴流风机 ，风机外观呈圆柱形，风机设计机号5.5，功率4kW，2极电机（转速2900转/分钟）、**排风量12693立方米/小时，全压756pa，静压536pa，噪声84dB，防护等级IP55，通风口直径565mm，安装**外径635mm（不含底座），整机重量137kG。

次通风机选型

2.1 该通风机通风方式为抽风机（在廊道中间段布置），由于廊道两端的长度不同，且一侧是另外一侧接近2倍，为了达到更好的排风效能，较长一段的廊道靠出风口廊道中约10米处位置安装一台抽风机混流式消防排烟风机，型号为HL3-2A/2.2-4，风机功率为2.2kW，4极转速1440转/分钟，排风量5361-9091立方米/小时，风压402-554Pa，噪声≤ 68分贝，风机法兰边**直径660毫米。

2.2 在风机进风侧加接风管到中间孔口入廊道**道拐弯处出来约40米处，即从人员进入孔下去的右侧进去约15米处器布置风管，在风管下部接近地面30cm左右下部设置下支口，设置有效通过率不低于95%的过滤栅格，下支口与下支口间距约5米左右。抽风机出风口侧可加接一段约5米风道，以免抽过来的六氟化硫气体迂回。

2.3 廊道抽风机进风侧风道优先采用方形风管（因考虑到空间狭小，圆形风机占地比较大），优先考虑布置在靠廊道墙壁侧布置，风道尺寸为320毫米*400毫米（宽320毫米，高400毫米），下支口风道尺寸为250*250，长度300毫米。

3.2.3 通风机电气控制系统（待完善）