SF6氣體泄漏監(jiān)測裝置及智能排風(fēng)控制系統(tǒng)技術(shù)方案

SF6泄漏監(jiān)測及智能排風(fēng)控制系統(tǒng)技術(shù)方案

一、項目概況

秦山核電方家山500kV 變電站母線1號GIL廊道和方家山500kV 2號GIL廊道中的GIL采用西安西電開關(guān)電氣有限公司的管廊設(shè)備，內(nèi)部充有約0.62Mpa壓力的SF6氣體，并且廊道比較冗長，目前2個廊道中未裝設(shè)SF6氣體泄漏檢測裝置和排風(fēng)系統(tǒng)。不滿足《DL-408-1991 電業(yè)安全工作規(guī)程-發(fā)電廠和變電所電氣部分》第8章；《GBT 8905-2012 六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢測導(dǎo)則》第7.3條；以及《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》。若SF6氣體一經(jīng)發(fā)生泄漏，容易造成六氟化硫氣體集聚，因為六氟化硫氣體密度相比空氣密度約6倍，（其密度是空氣的5.11倍），主要表現(xiàn)為排氧氣，人員一經(jīng)進(jìn)入六氟化硫集聚低位區(qū)，容易造成人員窒息，發(fā)成人員人身安全事故。并且SF6氣體在GIL管道中遇高溫電弧發(fā)生作用時會產(chǎn)生分解，生成多種低氟硫化物，如H2S 、CO 、SO2SF2、S2F2、S2F10以及HF等，這些分解的氟化物都有不同程度的毒性。

根據(jù)《DL-408-1991 電業(yè)安全工作規(guī)程-發(fā)電廠和變電所電氣部分》第8章；《GBT 8905-2012 六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢測導(dǎo)則》第7.3條；以及《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》條文13.1.12:室內(nèi)或地下布置的GIS、六氟化硫開關(guān)設(shè)備室，應(yīng)配置相應(yīng)的六氟化硫泄漏檢測報警裝置、強(qiáng)力通風(fēng)及含氧量檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)可及時發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象和缺氧情況，并可將現(xiàn)場SF6和O2信息通過RS485網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳至DCS，供運行人員分析。當(dāng)六氟化硫和氧氣探測器檢測SF6含量高于設(shè)定的報警值或氧氣低于設(shè)定的報警值時，啟動聲光報警裝置并自動啟動排風(fēng)設(shè)備進(jìn)行通風(fēng)換氣，以保障工作人員健康及生命安全，同時可以對GIL中六氟化硫氣體的氣密性進(jìn)行監(jiān)測，做到早診斷早發(fā)現(xiàn)。因此在2個管廊中各加設(shè)一套SF6氣體泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)和通風(fēng)裝置有一定的必要性。

二、實施目標(biāo)

2.1 在方家山500kV 1號和2號GIL廊道各增設(shè)一套約泰電力設(shè)備（上海）有限公司研發(fā)生產(chǎn)的SF6氣體泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)（YTDL-R30），實現(xiàn)365*24小時全天候?qū)崟r監(jiān)測SF6氣體泄漏和環(huán)境中氧氣濃度，并在兩個廊道中各增設(shè)一套智能型自動排風(fēng)裝置以及排風(fēng)管道。當(dāng)SF6氣體泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)監(jiān)測到六氟化硫氣體泄漏或氧氣濃度超出系統(tǒng)設(shè)置報警閥值時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警提示，并自動啟動通風(fēng)裝置進(jìn)行排風(fēng)換氣。

2.2 將1號廊道和2號廊道中SF6和O2監(jiān)測及報警信息通過RS485網(wǎng)絡(luò)實時遠(yuǎn)傳至集控中心DCS（分布式控制管理系統(tǒng)），供運管人員分析現(xiàn)場狀態(tài)，做到早發(fā)現(xiàn)早診斷GIL氣體設(shè)備的氣密性。

三、技術(shù)方案

3.1 方案概要

此次方家山500kV 1號和2號GIL管廊全部位于地面以下巷道，充有SF6氣體設(shè)備大部分安裝在地面下的比較狹小巷道中，目前空氣不流通或者速度極慢，而SF6氣體卻因不同的設(shè)備制造工藝自投運開始那天，就無時無刻不在發(fā)生不同程度的泄漏，從而在室內(nèi)容易沉積不易散發(fā)，SF6氣體本身又是無色無味的，泄漏后不易被發(fā)覺。另外由于SF6氣體的比重遠(yuǎn)大于空氣和氧氣，通常在室內(nèi)低層空間積聚，造成局部缺氧和帶毒，很容易使人窒息。這樣就會對現(xiàn)場工作人員造成極大的人身健康和安全危害。同時，SF6開關(guān)中氣體的泄漏也直接影響到開關(guān)的運行安全。

3.1 SF6氣體泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)功能介紹

SF6氣體泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)（YTDL-R30）是專門針對電力系統(tǒng)中各種電壓等級的SF6開關(guān)站而設(shè)計，系統(tǒng)的監(jiān)測精度高。是一款集開關(guān)站室內(nèi)環(huán)境SF6濃度和氧氣含量監(jiān)控功能于一身的綜合監(jiān)控報警系統(tǒng)，系統(tǒng)有溫、濕度在線監(jiān)測以及風(fēng)機(jī)聯(lián)動控制功能。既可現(xiàn)場就地監(jiān)控，又可在主控室計算機(jī)上同步動態(tài)監(jiān)控；也支持與現(xiàn)場遠(yuǎn)動裝置以硬接點的形式實現(xiàn)調(diào)度中心的遠(yuǎn)程告警。

系統(tǒng)功能

1. 狀態(tài)監(jiān)視

SF6濃度和氧氣含量監(jiān)測：365天24小時實時監(jiān)測開關(guān)站環(huán)境SF6濃度和氧氣含量，系統(tǒng)主機(jī)和監(jiān)控室計算機(jī)同步顯示監(jiān)測結(jié)果。

溫、濕度在線監(jiān)測：365天24小時實時監(jiān)測并動態(tài)顯示當(dāng)前開關(guān)站環(huán)境溫度和濕度數(shù)值。

系統(tǒng)運行狀態(tài)實時監(jiān)測：實時監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)各監(jiān)測單元的通訊狀態(tài)，系統(tǒng)主機(jī)和監(jiān)控站界面同步顯示監(jiān)測結(jié)果。

自動語音提示：工作人員靠近開關(guān)站入口時系統(tǒng)自動以普通話方式提示環(huán)境安全狀況，提醒工作人員是否可以安全進(jìn)入開關(guān)室，語音音量大小可調(diào)。

聲、光告警：監(jiān)測到SF6濃度超標(biāo)或缺氧時，系統(tǒng)以高頻笛音以及告警燈報警提示現(xiàn)場人員及時處理。

風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)指示：顯示當(dāng)前風(fēng)機(jī)的運行狀態(tài)，如處于停止?fàn)顟B(tài)，則顯示最近一次風(fēng)機(jī)啟/停時間，便于判斷進(jìn)入開關(guān)室前是否需要強(qiáng)制通風(fēng)。

2. 安全控制

風(fēng)機(jī)聯(lián)動控制：實時檢測到SF6濃度超標(biāo)≥1000ppm或缺氧低于19.6%時，自動控制風(fēng)機(jī)通風(fēng)，直到SF6和氧氣濃度恢復(fù)正常，再持續(xù)通風(fēng)10分鐘后將自動關(guān)閉風(fēng)機(jī)。

風(fēng)機(jī)定時控制：自定義時段通風(fēng)（多達(dá)24個時段），保證開關(guān)室每天都能按時通風(fēng)。通風(fēng)啟/停時間可靈活設(shè)置。能滿足用戶的各種排風(fēng)需求。

遠(yuǎn)動告警：提供硬接點的形式支持與遠(yuǎn)動裝置連接，實現(xiàn)主控室或調(diào)度中心的遠(yuǎn)程告警。

3. 數(shù)據(jù)處理

監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲：環(huán)境狀態(tài)異常數(shù)據(jù)存儲，監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)海量存儲能力滿足10年以上運行要求。

歷史數(shù)據(jù)查詢：可分別在主機(jī)菜單或主控室計算機(jī)中對任意時間段的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和管理。

系統(tǒng)自愈、自恢復(fù)：獨立、專用的故障自檢、自愈模塊在系統(tǒng)程序出錯時能夠進(jìn)行自引導(dǎo)，自恢復(fù)。

全觸控操作功能：全觸控操作模式，系統(tǒng)可根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入，縮短了系統(tǒng)的反應(yīng)時間，節(jié)省了用戶等待時間；同時系統(tǒng)操作更加便利，外觀簡潔、美觀。

3.1.4 顯示界面

10.4英寸液晶顯示器、中文界面；

直觀動態(tài)地反映監(jiān)視結(jié)果；

操作使用只需掌握兩個步驟，簡單、方便；

各監(jiān)測單元監(jiān)測結(jié)果可曲線化；

功能界面如右圖所示。

3.1.5 分布式監(jiān)控

開關(guān)站就地監(jiān)控

現(xiàn)場壁掛式主機(jī)安裝在開關(guān)站入口處，因系統(tǒng)在監(jiān)測到開關(guān)站內(nèi)任何間隔位置SF6濃度或氧氣含量異常時將以聲、光方式同步告警。便于工作人員在進(jìn)入開關(guān)站前十分容易的了解當(dāng)前的安全狀態(tài)。

集控中心監(jiān)控

提供遠(yuǎn)動通信硬接點的方式與遠(yuǎn)動裝置通信，實現(xiàn)調(diào)度中心的遠(yuǎn)程告警，功能實現(xiàn)方便實用。

3.1.6 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 軸流通風(fēng)控制系統(tǒng)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，且全部為SF6氣體絕緣介質(zhì)的充氣母線，根據(jù)《火力發(fā)電廠采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》設(shè)計要求，此次設(shè)計方案按照機(jī)械通風(fēng)、事故通風(fēng)和平時排風(fēng)兼容為原則。所有排風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)源通過位于GIL管廊中間位置的檢修通道實現(xiàn)自然進(jìn)風(fēng)，不單獨設(shè)置送風(fēng)風(fēng)機(jī)。

因為SF6氣體是酸性氣體，會腐蝕GIL管廊內(nèi)電氣設(shè)備，所以應(yīng)單獨設(shè)計SF6氣體排風(fēng)系統(tǒng)，并且室內(nèi)排出的氣體不能循環(huán)利用，因而排風(fēng)口需選擇兩端不涉及人員進(jìn)出的兩處孔洞，因孔洞口徑較小且位于室外，排風(fēng)軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計在管廊內(nèi)部，考慮到不方便開展土建工作，通過風(fēng)管變徑關(guān)節(jié)來匹配大排量軸流風(fēng)機(jī)大口徑和出風(fēng)口小口徑的不同。

SF6氣體的比重是空氣的6倍，泄漏氣體容易沉積在GIL管廊低位區(qū)地面，因管廊低位區(qū)域分布有GIL管道，無足夠的空間架設(shè)排風(fēng)管道，所以本設(shè)計除特別注明外，所有的排風(fēng)管優(yōu)先考慮設(shè)置在管廊的中間位置（離管廊內(nèi)部地面約1.5米高度，可以使得排風(fēng)管道在同一水平線上，減少增加彎管帶來不必要的風(fēng)阻，并且可在人員主通道附近預(yù)留進(jìn)風(fēng)口法蘭，便于后續(xù)打開設(shè)置高位排風(fēng)口以便將管廊內(nèi)過熱上升熱氣流迅速排出，但上位風(fēng)口設(shè)計時不宜超過總排風(fēng)量的1/3）。分段設(shè)置向下分支管道，下支口的下部進(jìn)風(fēng)口接近地面30cm左右（過低會帶來風(fēng)阻，過高對于低位沉積SF6氣體排出效果變差），下支進(jìn)風(fēng)口設(shè)置有效通過率不低于95%的過濾柵格，避免塑料布等雜物進(jìn)入排風(fēng)管道引起堵塞（遇到人員活動較頻繁的位置設(shè)置可拆卸粗效過濾器，避免人員活動帶入雜物）。兩端的出風(fēng)口應(yīng)設(shè)置有效通過率不低于95%的過濾柵格或微負(fù)壓即可自動開啟型百葉窗，避免人員、小動物等誤入。

3.2.2 軸流風(fēng)機(jī)選型設(shè)計

500kV GIL 1號管廊軸流風(fēng)機(jī)選型：

管廊總的長度為：10.46+3.4（轉(zhuǎn)角重疊區(qū)域）+76.65+23.52+22.8=136.83米。

1. 風(fēng)機(jī)風(fēng)量選型設(shè)計原則：（長*寬*高*換氣次數(shù)）/風(fēng)機(jī)數(shù)量=管廊長137m*寬3.4m*高2.6m*12次=14532立方米，按兩端各設(shè)置1臺風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場條件，則風(fēng)量應(yīng)≥7266立方米/小時。

2. 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓選型設(shè)計原則：以單一軸流風(fēng)機(jī)出口零阻力條件下風(fēng)壓50Pa為基準(zhǔn)，每增加一米不足一米按一米計算，增加風(fēng)壓5-8Pa，每增加一個彎管增加50pa為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。全長137米，分段設(shè)計2臺風(fēng)機(jī)，平均覆蓋69米/臺。每臺風(fēng)機(jī)設(shè)置彎管5個。每臺風(fēng)機(jī)風(fēng)壓：50Pa+69米*6Pa+5個*50Pa=714Pa。

即50Pa風(fēng)壓的軸流風(fēng)機(jī)只適合直流通路，不適合加裝任何具有阻力的風(fēng)管。風(fēng)管通徑必須大于等于風(fēng)機(jī)口徑。增加進(jìn)氣口彎管則需相應(yīng)增加風(fēng)壓為原則。

3. 風(fēng)機(jī)功率的選型原則：以單一軸流風(fēng)機(jī)所負(fù)荷通風(fēng)段所設(shè)計的風(fēng)量和風(fēng)壓參數(shù)為基準(zhǔn)，即：【（風(fēng)量*風(fēng)壓）/（3600秒*1000功率系數(shù)*0.7效率系數(shù)）】*1.25余度系數(shù)。即：（7266*714）/（3600*1000*0.7）*1.25=2.57kW

綜上，1號廊道設(shè)置3臺風(fēng)機(jī)，兩側(cè)采用軸流排風(fēng)方式，較長一段管廊的中間段采用抽方式（因考慮到六氟化硫氣體密度大，六氟化硫泄漏后容易沉積于廊道低位區(qū)域）。

風(fēng)機(jī)設(shè)計選型如下：

主通風(fēng)機(jī)選型

500kV GIL 1號廊道空間容積約1210立方米，考慮到GIL屬于地埋式管廊，結(jié)合六氟化硫氣體遠(yuǎn)大于空氣密度的特征，設(shè)計采用BSYDFZ-HTF-550-4KW型防爆式消防排煙專用軸流風(fēng)機(jī) ，風(fēng)機(jī)外觀呈圓柱形，風(fēng)機(jī)設(shè)計機(jī)號5.5，功率4kW，2極電機(jī)（轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)/分鐘）、**排風(fēng)量12693立方米/小時，全壓756pa，靜壓536pa，噪聲84dB，防護(hù)等級IP55，通風(fēng)口直徑565mm，安裝**外徑635mm（不含底座），整機(jī)重量137kG。

次通風(fēng)機(jī)選型

2.1 該通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式為抽風(fēng)機(jī)（在廊道中間段布置），由于廊道兩端的長度不同，且一側(cè)是另外一側(cè)接近2倍，為了達(dá)到更好的排風(fēng)效能，較長一段的廊道靠出風(fēng)口廊道中約10米處位置安裝一臺抽風(fēng)機(jī)混流式消防排煙風(fēng)機(jī)，型號為HL3-2A/2.2-4，風(fēng)機(jī)功率為2.2kW，4極轉(zhuǎn)速1440轉(zhuǎn)/分鐘，排風(fēng)量5361-9091立方米/小時，風(fēng)壓402-554Pa，噪聲≤ 68分貝，風(fēng)機(jī)法蘭邊**直徑660毫米。

2.2 在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)加接風(fēng)管到中間孔口入廊道**道拐彎處出來約40米處，即從人員進(jìn)入孔下去的右側(cè)進(jìn)去約15米處器布置風(fēng)管，在風(fēng)管下部接近地面30cm左右下部設(shè)置下支口，設(shè)置有效通過率不低于95%的過濾柵格，下支口與下支口間距約5米左右。抽風(fēng)機(jī)出風(fēng)口側(cè)可加接一段約5米風(fēng)道，以免抽過來的六氟化硫氣體迂回。

2.3 廊道抽風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)道優(yōu)先采用方形風(fēng)管（因考慮到空間狹小，圓形風(fēng)機(jī)占地比較大），優(yōu)先考慮布置在靠廊道墻壁側(cè)布置，風(fēng)道尺寸為320毫米*400毫米（寬320毫米，高400毫米），下支口風(fēng)道尺寸為250*250，長度300毫米。

500kV GIL 2號管廊軸流風(fēng)機(jī)選型：

管廊總長度為：10.46+3.4（轉(zhuǎn)角重疊區(qū)域）+32.85+23.52+21.8=92米。

1. 風(fēng)機(jī)風(fēng)量選型設(shè)計原則：（長*寬*高*換氣次數(shù)）/風(fēng)機(jī)數(shù)量=管廊長92m*寬3.4m*高2.6m*12次=9759立方米，按兩端各設(shè)置1臺風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場條件，則風(fēng)量應(yīng)≥4880立方米/小時。

2. 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓選型設(shè)計原則：以單一軸流風(fēng)機(jī)出口零阻力條件下風(fēng)壓50Pa為基準(zhǔn)，每增加一米不足一米按一米計算，增加風(fēng)壓5-8Pa，每增加一個彎管增加50pa為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。全長92米，分段設(shè)計2臺風(fēng)機(jī)，平均覆蓋46米/臺。每臺風(fēng)機(jī)設(shè)置彎管5個。每臺風(fēng)機(jī)風(fēng)壓：50Pa+46米*6Pa+5個*50Pa=576Pa。

3. 風(fēng)機(jī)功率的選型原則：以單一軸流風(fēng)機(jī)所負(fù)荷通風(fēng)段所設(shè)計的風(fēng)量和風(fēng)壓參數(shù)為基準(zhǔn)，即：【（風(fēng)量*風(fēng)壓）/（3600秒*1000功率系數(shù)*0.7效率系數(shù)）】*1.25余度系數(shù)。即：（7266*714）/（3600*1000*0.7）*1.25=1.40kW

綜上，設(shè)計選型如下：

1. 500kV GIL 2號廊道空間容積約813立方米，考慮到GIL屬于地埋式管廊，結(jié)合六氟化硫氣體遠(yuǎn)大于空氣密度的特征，設(shè)計采用BSYDFZ-HTF-550-4KW型防爆式消防排煙專用軸流風(fēng)機(jī) ，風(fēng)機(jī)外觀呈圓柱形，風(fēng)機(jī)設(shè)計機(jī)號5.5，功率4kW，2極電機(jī)（轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)/分鐘）、**排風(fēng)量12693立方米/小時，全壓756pa，靜壓536pa，噪聲84dB，防護(hù)等級IP55，通風(fēng)口直徑565mm，安裝**外徑635mm（不含底座），整機(jī)重量137kG。

次通風(fēng)機(jī)選型

2.1 該通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式為抽風(fēng)機(jī)（在廊道中間段布置），由于廊道兩端的長度不同，且一側(cè)是另外一側(cè)接近2倍，為了達(dá)到更好的排風(fēng)效能，較長一段的廊道靠出風(fēng)口廊道中約10米處位置安裝一臺抽風(fēng)機(jī)混流式消防排煙風(fēng)機(jī)，型號為HL3-2A/2.2-4，風(fēng)機(jī)功率為2.2kW，4極轉(zhuǎn)速1440轉(zhuǎn)/分鐘，排風(fēng)量5361-9091立方米/小時，風(fēng)壓402-554Pa，噪聲≤ 68分貝，風(fēng)機(jī)法蘭邊**直徑660毫米。

2.2 在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)加接風(fēng)管到中間孔口入廊道**道拐彎處出來約40米處，即從人員進(jìn)入孔下去的右側(cè)進(jìn)去約15米處器布置風(fēng)管，在風(fēng)管下部接近地面30cm左右下部設(shè)置下支口，設(shè)置有效通過率不低于95%的過濾柵格，下支口與下支口間距約5米左右。抽風(fēng)機(jī)出風(fēng)口側(cè)可加接一段約5米風(fēng)道，以免抽過來的六氟化硫氣體迂回。

2.3 廊道抽風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)道優(yōu)先采用方形風(fēng)管（因考慮到空間狹小，圓形風(fēng)機(jī)占地比較大），優(yōu)先考慮布置在靠廊道墻壁側(cè)布置，風(fēng)道尺寸為320毫米*400毫米（寬320毫米，高400毫米），下支口風(fēng)道尺寸為250*250，長度300毫米。

3.2.3 通風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)（待完善）