淺析高壓開關配電室SF6環境監測係統的設計

摘要:介紹了高壓開關(guan) 配電室SF6環境監測係統的組成、主要功能、工作原理及設計思想。係統應用電化學SF6濃度傳(chuan) 感器,采用熱裂解-電化學複合檢測技術對高壓開關(guan) 配電室環境中SF6濃度實時進行監測,同時監測氧氣含量、溫度、濕度等參數,並且當配電室環境中SF6濃度、氧氣含量超過標準時,自動啟動現場排風扇進行排風,確保進入現場的工作人員的人身安全。係統具有性能穩定、測量準確、數據可靠、安裝方便、結構緊湊、抗幹擾能力強等特點,可廣泛應用於(yu) 電廠、變電站及高壓開關(guan) 生產(chan) 廠家。

關(guan) 鍵詞:高壓開關(guan) 配電室;SF6;電化學傳(chuan) 感器;環境監測係統;複合檢測技術

0引言

開關(guan) 室是電廠、變電站等設備集中的地方,尤其是裝有SF6設備的開關(guan) 室,平時因為(wei) 通風不良可能會(hui) 缺氧或因設備中SF6氣體(ti) 泄漏而汙染室內(nei) 環境,使進入開關(guan) 室進行巡視、檢修的工作人員的健康甚至生命受到嚴(yan) 重威脅,給電力安全運行帶來隱患。因此,國內(nei) 《電業(ye) 安全工作規程》特別規定,在相關(guan) 場所安裝氧氣和SF6檢測報警裝置,並安裝必要的通風換氣裝置。同時,從(cong) 環保的角度來考慮,在電廠、變電站、高壓開關(guan) 廠等相關(guan) 場所也有必要安裝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(wei) 一體(ti) ,同時具備自動控製現場排風扇進行排風功能的SF6環境監測係統是十分必要的。

1係統組成及功能

1.1幾種SF6氣體(ti) 濃度檢測方法的比較

空氣中微量的SF6氣體(ti) 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(ti) 傳(chuan) 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(jia) 格昂貴,設備體(ti) 積大;電火花電離法是放射源型電子捕獲檢定器法的簡易型,即利用高頻電壓放電火花的方法取代放射源,而形成一個(ge) 了離子流(基流),而此基流在接觸到SF6等強電負性的物資時會(hui) 使其基流下降,從(cong) 而檢測出SF6氣體(ti) 的濃度。此種方法靈敏度高、非線性,容易受空氣中其他物質(如水分)及溫度的影響,尤其是放電電極的熔蝕現象,使其產(chan) 生的基流極不穩定。因此,此方法常用於(yu) 便攜式鹵族元素及其化合物的檢漏使用,半導體(ti) 傳(chuan) 感器的方法靈敏度較低,溫度、濕度等環境的影響非常大,穩定性差,因此應用較少。上述的幾種方法都是物理方法,並且這幾種方法都有一定的缺點,所以上述幾種方法都沒有被廣泛應用。

近幾年發展起來的電化學傳(chuan) 感器檢測技術逐漸成熟,並且由於(yu) 電化學傳(chuan) 感器具有靈敏度高、線性範圍寬、穩定性好、使用壽命長、價(jia) 格低等優(you) 點,使其在氣體(ti) 檢測方麵得到了廣泛的應用。但是,由於(yu) SF6氣體(ti) 的分子結構極其穩定,無法使用電化學傳(chuan) 感器直接對其進行測量,因此,係統采用熱裂解-電化學複合檢測技術。由儀(yi) 器內(nei) 置的吸氣泵使SF6氣體(ti) 吸入儀(yi) 器並通過熱裂解器使其發生裂解反應,其分解產(chan) 物與(yu) 空氣中的氧氣、水等化合後生成二次產(chan) 物,利用電化學傳(chuan) 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(ti) 的目的。SF6濃度的檢測就是采用電化學傳(chuan) 感器進行設計的。

1.2係統組成

係統由監控主機、多功能控製器、SF6氣體(ti) 采集器、SF6濃度電化學傳(chuan) 感器、氧氣探測器、溫度變送器、濕度變送器、紅外傳(chuan) 感器等組成。

1.3係統功能

監控主機主要完成數據采集、數據顯示、報警數據存儲(chu) 、發送控製指令、報警指示、數據上傳(chuan) 、軟硬複位等功能,配備TFT64位真彩LCD液晶顯示屏、鍵盤操作麵板、RS485總線接口,具有靈活的人機交流功能。

多功能控製器控製SF6采集器中的氣泵及電磁閥,分時將各個(ge) 通道的SF6氣體(ti) 從(cong) 現場抽到SF6采集器的氣室內(nei) ,再由SF6濃度電化學傳(chuan) 感器的內(nei) 置泵從(cong) 氣室內(nei) 吸入SF6氣體(ti) ,采用熱裂解-電化學複合檢測技術對采集到的SF6氣體(ti) 濃度進行分析,並將結果轉換為(wei) 4～20mA的標準信號送到多功能控製器,多功能控製器通過RS485總線,將測量結果送到監控主機進行顯示、報警、存儲(chu) 。

由於(yu) 氧氣傳(chuan) 感器、溫度傳(chuan) 感器、濕度傳(chuan) 感器已經采用了RS485總線的通訊方式,因此配電室環境中的氧氣含量、溫度信號、濕度信號通過RS485總線直接與(yu) 監控主機連接,監控主機將對接收到的信號進行分析判斷、顯示、報警、存儲(chu) 。

2工作原理

2.1監控主機的工作原理

監控主機是係統中一個(ge) 重要組成部分,采用嵌入式操作係統,大屏幕LCD液晶顯示屏,鍵盤操作麵板,圖形界麵友好,其控製流程如圖2所示。

監控主機依次與(yu) 多功能控製器、氧氣探測器、溫度變送器、濕度變送器進行通訊,讀取各個(ge) 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(ti) 的濃度超過10-3時,或者氧氣的含量低於(yu) 18%時,係統將自動啟動排風扇進行排風,並發出SF6氣體(ti) 濃度超標或氧氣含量過低的聲響報警,將SF6氣體(ti) 濃度數值、氧氣含量數值、通道位置等報警信息通過RS485總線或網絡傳(chuan) 輸的方式,傳(chuan) 送到有關(guan) 負責人及維修人員的辦公室,提示工作人員進行及時的維修,避免產(chan) 生重大的生產(chan) 事故,同時提示進入配電室工作的工作人員作好防護措施。

同時,為(wei) 了保持SF6配電室中的空氣暢通,還專(zhuan) 門設計了定時自動啟動排風扇的功能,即工作人員可以根據需要,自行設定幾個(ge) 時間點,當設定的時間到時,係統將自動啟動排風扇排風,並且每次排風的時間也可以根據需要設定。為(wei) 了*大程度地保護工作人員的身體(ti) 健康,還設定了手動開啟和停止排風扇的手動開關(guan) ,工作人員可以根據需要隨時開啟和停止排風扇。另外,係統采用紅外傳(chuan) 感器,無論什麽(me) 時間,隻要有工作人員進入SF6配電室,紅外傳(chuan) 感器都能夠感知到,並且自動啟動排風扇進行排風,保護進入現場的工作人員生命安全。

2.2多功能控製器的工作原理

2.2.1多功能控製器的硬件設計

多功能控製器是係統中另一個(ge) 重要的組成部分,采用P89V51RD2單片機作為(wei) 檢測、控製的核心,采用AD7705模數轉換器進行數據采集,采用繼電器、電磁閥控製采集通道的切換,采用485總線方式進行通訊。其硬件結構框圖如圖3所示。

2.2.2多功能控製器的軟件設計

多功能控製器循環檢測SF6的濃度,進行A/D轉換,將數值轉換為(wei) 數字量,保存在P89V51RD2單片機的RAM中,並且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(yu) 監控主機進行485通訊。當監控主機向其發送讀取數據的命令時,多功能控製器就將SF6濃度的數值、通道的信息、報警信息發送到監控主機;當設定的通道采集時間到時,多功能控製器通過控製繼電器、電磁閥、吸氣泵等設備,完成通道的切換和SF6氣體(ti) 的采集。

3安科瑞配電室環境監控係統

3.1概述

配電室綜合監控係統包括智能監控係統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子係統（雲(yun) 台球機、槍機）、環境監測子係統（溫度、濕度、水浸、煙感）、控製子係統（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監控子係統（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監控子係統（雙鑒檢測器）。

3.2應用場所

適用於(yu) 軌道交通，工業(ye) ，建築，學校，商業(ye) 綜合體(ti) 等35kV及以下用戶端供配電自動化係統工程設計、施工和運行維護。

3.3係統結構

3.4係統功能

3.4.1實時監測

能夠顯示配電室設備的運行狀態，實時監測配電室環境參數信息，實時顯示有關(guan) 故障、告警等信息。

3.4.2數據查詢

在人機界麵中，可以直接查看配電室中各個(ge) 設備的運行數據。

3.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

3.4.4運行報表

查詢配電室內(nei) 設備的運行數據報表。

3.4.5實時告警

具有實時告警功能，係統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體(ti) 、設備故障或通信故障等事件發出告警。

3.4.6曆史事件查詢

能夠對產(chan) 生的所有事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和進行曆史追溯、查詢統計、事故分析。 

3.4.7用戶權限管理

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

3.4.8網絡拓撲圖

支持實時監視並診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構。

3.4.9遙控功能

可以對整個(ge) 配電係統範圍內(nei) 的設備進行遠程遙控操作。

3.5係統硬件配置

4結束語

實現高壓開關(guan) 配電室環境中SF6氣體(ti) 的監測,對電力行業(ye) 、高壓開關(guan) 生產(chan) 廠家的安全生產(chan) ,保障現場工作人員的身體(ti) 健康,都有著重要的意義(yi) 。隨著國內(nei) 工業(ye) 的不斷發展,電力的需求也必將迅速增加,必然會(hui) 新建更多的電廠、變電站,高壓開關(guan) 配電室SF6環境監測係統必然有廣泛的應用前景。

安科瑞侯文莉