韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要:介紹了高壓開(kāi)關(guān)配電室SF6環(huán)境監測系統的組成、主要功能、工作原理及設計思想。系統應用電化學(xué)SF6濃度傳感器,采用熱裂解-電化學(xué)復合檢測技術(shù)對高壓開(kāi)關(guān)配電室環(huán)境中SF6濃度實(shí)時(shí)進(jìn)行監測,同時(shí)監測氧氣含量、溫度、濕度等參數,并且當配電室環(huán)境中SF6濃度、氧氣含量超過(guò)標準時(shí),自動(dòng)啟動(dòng)現場(chǎng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng),確保進(jìn)入現場(chǎng)的工作人員的人身安全。系統具有性能穩定、測量準確、數據可靠、安裝方便、結構緊湊、抗干擾能力強等特點(diǎn),可廣泛應用于電廠(chǎng)、變電站及高壓開(kāi)關(guān)生產(chǎn)廠(chǎng)家。

關(guān)鍵詞:高壓開(kāi)關(guān)配電室;SF6;電化學(xué)傳感器;環(huán)境監測系統;復合檢測技術(shù)

0引言

開(kāi)關(guān)室是電廠(chǎng)、變電站等設備集中的地方,尤其是裝有SF6設備的開(kāi)關(guān)室,平時(shí)因為通風(fēng)不良可能會(huì )缺氧或因設備中SF6氣體泄漏而污染室內環(huán)境,使進(jìn)入開(kāi)關(guān)室進(jìn)行巡視、檢修的工作人員的健康甚至生命受到嚴重威脅,給電力安全運行帶來(lái)隱患。因此,國內《電業(yè)安全工作規程》特別規定,在相關(guān)場(chǎng)所安裝氧氣和SF6檢測報警裝置,并安裝必要的通風(fēng)換氣裝置。同時(shí),從環(huán)保的角度來(lái)考慮,在電廠(chǎng)、變電站、高壓開(kāi)關(guān)廠(chǎng)等相關(guān)場(chǎng)所也有必要安裝SF6檢測報警裝置。因此,設計一套集SF6濃度、氧氣含量、溫度、濕度等參數為一體,同時(shí)具備自動(dòng)控制現場(chǎng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)功能的SF6環(huán)境監測系統是十分必要的。

1系統組成及功能

1.1幾種SF6氣體濃度檢測方法的比較

空氣中微量的SF6氣體濃度的檢測是比較困難的,以前所采用的方法主要有:紅外吸收法、放射源型電子捕獲檢定器法、電火花電離法及半導體傳感器等方法。紅外吸收法和放射源型電子捕獲檢定器法反應速度快、靈敏度較高,但價(jià)格昂貴,設備體積大;電火花電離法是放射源型電子捕獲檢定器法的簡(jiǎn)易型,即利用高頻電壓放電火花的方法取代放射源,而形成一個(gè)了離子流(基流),而此基流在接觸到SF6等強電負性的物資時(shí)會(huì )使其基流下降,從而檢測出SF6氣體的濃度。此種方法靈敏度高、非線(xiàn)性,容易受空氣中其他物質(zhì)(如水分)及溫度的影響,尤其是放電電極的熔蝕現象,使其產(chǎn)生的基流極不穩定。因此,此方法常用于便攜式鹵族元素及其化合物的檢漏使用,半導體傳感器的方法靈敏度較低,溫度、濕度等環(huán)境的影響非常大,穩定性差,因此應用較少。上述的幾種方法都是物理方法,并且這幾種方法都有一定的缺點(diǎn),所以上述幾種方法都沒(méi)有被廣泛應用。

近幾年發(fā)展起來(lái)的電化學(xué)傳感器檢測技術(shù)逐漸成熟,并且由于電化學(xué)傳感器具有靈敏度高、線(xiàn)性范圍寬、穩定性好、使用壽命長(cháng)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),使其在氣體檢測方面得到了廣泛的應用。但是,由于SF6氣體的分子結構極其穩定,無(wú)法使用電化學(xué)傳感器直接對其進(jìn)行測量,因此,系統采用熱裂解-電化學(xué)復合檢測技術(shù)。由儀器內置的吸氣泵使SF6氣體吸入儀器并通過(guò)熱裂解器使其發(fā)生裂解反應,其分解產(chǎn)物與空氣中的氧氣、水等化合后生成二次產(chǎn)物,利用電化學(xué)傳感器檢測其二次反應的生成物就可以達到間接測量SF6氣體的目的。SF6濃度的檢測就是采用電化學(xué)傳感器進(jìn)行設計的。

1.2系統組成

系統由監控主機、多功能控制器、SF6氣體采集器、SF6濃度電化學(xué)傳感器、氧氣探測器、溫度變送器、濕度變送器、紅外傳感器等組成。

1.3系統功能

監控主機主要完成數據采集、數據顯示、報警數據存儲、發(fā)送控制指令、報警指示、數據上傳、軟硬復位等功能,配備TFT64位真彩LCD液晶顯示屏、鍵盤(pán)操作面板、RS485總線(xiàn)接口,具有靈活的人機交流功能。

多功能控制器控制SF6采集器中的氣泵及電磁閥,分時(shí)將各個(gè)通道的SF6氣體從現場(chǎng)抽到SF6采集器的氣室內,再由SF6濃度電化學(xué)傳感器的內置泵從氣室內吸入SF6氣體,采用熱裂解-電化學(xué)復合檢測技術(shù)對采集到的SF6氣體濃度進(jìn)行分析,并將結果轉換為4～20mA的標準信號送到多功能控制器,多功能控制器通過(guò)RS485總線(xiàn),將測量結果送到監控主機進(jìn)行顯示、報警、存儲。

由于氧氣傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器已經(jīng)采用了RS485總線(xiàn)的通訊方式,因此配電室環(huán)境中的氧氣含量、溫度信號、濕度信號通過(guò)RS485總線(xiàn)直接與監控主機連接,監控主機將對接收到的信號進(jìn)行分析判斷、顯示、報警、存儲。

2工作原理

2.1監控主機的工作原理

監控主機是系統中一個(gè)重要組成部分,采用嵌入式操作系統,大屏幕LCD液晶顯示屏,鍵盤(pán)操作面板,圖形界面友好,其控制流程如圖2所示。

監控主機依次與多功能控制器、氧氣探測器、溫度變送器、濕度變送器進(jìn)行通訊,讀取各個(gè)通道SF6濃度、氧氣含量、溫度、濕度的數值,當監控主機檢測到配電室中某通道SF6氣體的濃度超過(guò)10-3時(shí),或者氧氣的含量低于18%時(shí),系統將自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng),并發(fā)出SF6氣體濃度超標或氧氣含量過(guò)低的聲響報警,將SF6氣體濃度數值、氧氣含量數值、通道位置等報警信息通過(guò)RS485總線(xiàn)或網(wǎng)絡(luò )傳輸的方式,傳送到有關(guān)負責人及維修人員的辦公室,提示工作人員進(jìn)行及時(shí)的維修,避免產(chǎn)生重大的生產(chǎn)事故,同時(shí)提示進(jìn)入配電室工作的工作人員作好防護措施。

同時(shí),為了保持SF6配電室中的空氣暢通,還專(zhuān)門(mén)設計了定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)扇的功能,即工作人員可以根據需要,自行設定幾個(gè)時(shí)間點(diǎn),當設定的時(shí)間到時(shí),系統將自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)扇排風(fēng),并且每次排風(fēng)的時(shí)間也可以根據需要設定。為了*大程度地保護工作人員的身體健康,還設定了手動(dòng)開(kāi)啟和停止排風(fēng)扇的手動(dòng)開(kāi)關(guān),工作人員可以根據需要隨時(shí)開(kāi)啟和停止排風(fēng)扇。另外,系統采用紅外傳感器,無(wú)論什么時(shí)間,只要有工作人員進(jìn)入SF6配電室,紅外傳感器都能夠感知到,并且自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng),保護進(jìn)入現場(chǎng)的工作人員生命安全。

2.2多功能控制器的工作原理

2.2.1多功能控制器的硬件設計

多功能控制器是系統中另一個(gè)重要的組成部分,采用P89V51RD2單片機作為檢測、控制的核心,采用AD7705模數轉換器進(jìn)行數據采集,采用繼電器、電磁閥控制采集通道的切換,采用485總線(xiàn)方式進(jìn)行通訊。其硬件結構框圖如圖3所示。

2.2.2多功能控制器的軟件設計

多功能控制器循環(huán)檢測SF6的濃度,進(jìn)行A/D轉換,將數值轉換為數字量,保存在P89V51RD2單片機的RAM中,并且P89V51RD2單片機的串行口工作在中斷的工作方式下,采用MAX485芯片與監控主機進(jìn)行485通訊。當監控主機向其發(fā)送讀取數據的命令時(shí),多功能控制器就將SF6濃度的數值、通道的信息、報警信息發(fā)送到監控主機;當設定的通道采集時(shí)間到時(shí),多功能控制器通過(guò)控制繼電器、電磁閥、吸氣泵等設備,完成通道的切換和SF6氣體的采集。

3安科瑞配電室環(huán)境監控系統

3.1概述

配電室綜合監控系統包括智能監控系統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子系統（云臺球機、槍機）、環(huán)境監測子系統（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統（燈光、空調、除濕機、風(fēng)機、水泵）、門(mén)禁監控子系統（讀卡器、開(kāi)門(mén)按鈕、磁力鎖）、安防監控子系統（雙鑒檢測器）。

3.2應用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶(hù)端供配電自動(dòng)化系統工程設計、施工和運行維護。

3.3系統結構

3.4系統功能

3.4.1實(shí)時(shí)監測

能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測配電室環(huán)境參數信息，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

3.4.2數據查詢(xún)

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個(gè)設備的運行數據。

3.4.3曲線(xiàn)查詢(xún)

可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

3.4.4運行報表

查詢(xún)配電室內設備的運行數據報表。

3.4.5實(shí)時(shí)告警

具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

3.4.6歷史事件查詢(xún)

能夠對產(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢(xún)統計、事故分析。 

3.4.7用戶(hù)權限管理

設置了用戶(hù)權限管理功能，可以定義不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限。

3.4.8網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

支持實(shí)時(shí)監視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構。

3.4.9遙控功能

可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

3.5系統硬件配置

4結束語(yǔ)

實(shí)現高壓開(kāi)關(guān)配電室環(huán)境中SF6氣體的監測,對電力行業(yè)、高壓開(kāi)關(guān)生產(chǎn)廠(chǎng)家的安全生產(chǎn),保障現場(chǎng)工作人員的身體健康,都有著(zhù)重要的意義。隨著(zhù)國內工業(yè)的不斷發(fā)展,電力的需求也必將迅速增加,必然會(huì )新建更多的電廠(chǎng)、變電站,高壓開(kāi)關(guān)配電室SF6環(huán)境監測系統必然有廣泛的應用前景。

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作者簡(jiǎn)介:

韓歡慶，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室在線(xiàn)監控系統相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應用。