高壓開關配電室SF6環境監測系統的設計

文章更新時間：2023-11-13　點擊量：728

摘要：介紹了高壓開關配電室SF6環境監測系統的構成、主要功能、工作原理和設計思路。該系統采用電化學SF6濃度傳感器，利用熱裂解-電化學復合檢測技術實時監測高壓開關配電室環境中的SF6濃度，監測氧氣含量、溫度、濕度等參數。當配電室環境中的SF6濃度和氧氣含量超過標準時，現場排氣扇會自動啟動排氣，以確保進入現場的工人的人身安全。該系統具有穩定的性能、準確的測量、可靠的數據、方便的安裝、廣泛的結構和抗力。

關鍵字：高壓開關配電室；SF6;電化傳感器；環境監測系統；復合檢測技術

引言

開關室是電廠、變電站等設備集中的地方，尤其是裝有SF6設備的開關室。通常，進入開關室進行檢查和維護的工人的健康甚至生命都受到嚴重威脅，因為通風不良可能會因設備中的SF6氣體泄漏而受到室內環境的污染。因此，國內《電力安全工作規程》特別規定，氧氣和SF6檢測報警裝置安裝在相關場所，必要的通風裝置安裝在必要的通風裝置上。同時，從環保的角度來看，在電廠、變電站、高壓開關廠等相關場所安裝必要的排氣設備。

1系統組成和功能

1.1SF6氣體濃度檢測方法的比較

空氣中微量SF6氣體濃度難以檢測。以前采用的方法主要有:紅外吸收法、放射源電子捕捉檢定法、電火花電離法和半導體傳感器。紅外吸收法和放射源電子捕捉檢定器反應速度快，靈敏度高，但價格昂貴，設備體積大；電火花電離法是一種簡單的放射源電子捕捉檢定器方法，即利用高頻電壓放電火花代替放射源，形成離子流(基流)。當這種基流接觸到SF6等強負電材料時，它會降低它的基流，從而檢測出SF6氣體的濃度。這種方法靈敏度高，非線性，容易受到空氣中其他物質(如水)和溫度的影響，尤其是放電電極的腐蝕，使其基流極度不穩定。因此，這種方法常用于檢漏便攜式鹵族元素及其化合物。半導體傳感器靈敏度低，對溫度、濕度等環境影響很大，穩定性差，應用較少。以上幾種方法都是物理方法，而且這些方法都有一些缺點，因此以上幾種方法并未得到廣泛應用。

近年來，發展起來的電化學傳感器檢測技術逐漸成熟。由于電化學傳感器具有靈敏度高、線性范圍廣、穩定性好、使用壽命長、價格低的優點，廣泛應用于氣體檢測。然而，由于SF6氣體的分子結構極其穩定，無法直接用電化學傳感器進行測量，因此系統采用熱裂解-電化學復合檢測技術。SF6氣體被儀器內置的吸氣泵吸入儀器，通過熱裂解器產生裂解反應，其分解產物與空氣中的氧氣和水化合后可以產生二次感應。

1.2系統組成

該系統由監控主機、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

監控主機具有TFT64位真彩LCD液晶顯示屏、鍵盤操作面板、RS485總線接口等功能，主要完成數據采集、數據顯示、報警數據存儲、發送控制指令、報警指示、數據上傳、軟硬復位等功能。

SF6采集器中的氣泵和電磁閥由多功能控制器控制，每個通道的SF6氣體分時從現場抽到SF6采集器的氣室，然后SF6濃度電化學傳感器的內置泵從氣室吸入SF6氣體。采用熱裂解-電化學復合檢測技術分析采集的SF6氣體濃度，將結果轉化為4?！?0mA的標準信號發送到多功能控制器，通過RS485總線，多功能控制器將測量結果發送到監控主機進行顯示、報警和存儲。

由于RS485總線已經采用了氧氣傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器的通信方式，通過RS485總線直接將配電室環境中的氧氣含量、溫度信號和濕度信號與監控主機連接，監控主機將分析、判斷、顯示、報警和存儲接收到的信號。

2工作原理

2.1監控主機的工作原理

監控主機是系統的重要組成部分，采用嵌入式操作系統，大屏幕LCD液晶顯示屏，鍵盤操作面板，圖形界面友好，其控制過程如圖2所示。

監控主機與多功能控制器、氧氣探測器、溫度變送器和濕度變送器依次通信，讀取各通道SF6濃度、氧氣含量、溫度和濕度的值。當監控主機檢測到配電室某通道SF6氣體濃度超過10-3，或氧氣含量低于18%時，系統會自動啟動排氣扇進行排氣，并發出SF6氣體濃度超標或氧氣含量過低的聲音報警，通過RS485總線或網絡維修，將SF6氣體濃度值、氧氣含量值、通道位置等報警信息傳遞給相關人員進行維修。

同時，為了保持SF6配電室的空氣暢通，還專門設計了定期自動啟動排氣扇的功能，即工作人員可以根據自己的需要設置幾個時間點。當設定時間到達時，系統會自動啟動排氣扇進行排氣，每次排氣的時間也可以根據需要設置。為了在很大程度上保護工作人員的健康，還設置了手動開關和停止排氣扇，工作人員可以根據需要隨時打開和停止排氣扇。此外，系統采用紅外傳感器，只要工作人員在任何時候進入SF6配電室，都可以自動啟動排氣扇。