CN101363893B

CN101363893B - 手持式gis气室故障检测仪

Info

Publication number: CN101363893B
Application number: CN2008102236206A
Authority: CN
Inventors: 胡晓光; 宁鑫; 杨正华; 王惠敏
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2008-09-28
Filing date: 2008-09-28
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2028-09-28
Also published as: CN101363893A

Abstract

一种手持式GIS气室故障检测仪，它是由硬件结构和软件结构两大部分构成；硬件结构由数据采集模块、数据处理单元、数据存储单元、液晶显示单元、、电磁阀控制单元、报警指示单元、按键操作***、电源***部分组成，软件结构由数据采集，数据滤波、数据存储、数据显示和历史数据的查询组成。该检测仪采用高速、高精度采样技术和优化气路机构，结构新颖、便携轻巧、使用方便，广泛用于电器工程的GIS故障检测。

Description

手持式GIS气室故障检测仪

(一)技术领域：

本发明提供一种手持式GIS(Gas Insulated Switchgear气体绝缘组合电器设备)气室故障检测仪，它涉及到高精度数据采集，最优化软件算法的设计及自动化检测控制单元的设计，属于故障诊断与检测装置。

(二)背景技术：

现今，采用六氟化硫(SF6)作为绝缘介质的电气设备主要有断路器、变压器、电缆、GIS站等。220V电压等级的设备约有一半以上采用SF6气体绝缘；330V电压等级的设备将近100％采用SF6气体绝缘；550V电压等级的设备及GIS全部采用SF6气体绝缘；在110KV及以上新建输变电设备与城网改造中，SF6设备成为首选；因此，及时测定SF6纯度、湿度、泄露，分析SF6气体分解物的含量并做出故障判断与对故障部位的查找日益显得重要。

纯净的SF6在常温常压下为无色、无臭、无毒、不可燃的气体，它不仅具有稳定的化学性能，而且具有优异的绝缘性能和灭弧性能，是一种理想的绝缘介质。SF₆气体优异的绝缘和灭弧性能使SF₆开关设备得到广泛的应用，在我国GIS的使用量也在逐年增加，SF₆电气设备的广泛应用，为电力生产的安全经济运行发挥积极的作用。但近十几年来，也暴露出一些由于设备内部的固体绝缘材料的设计、质量以及安装工艺存在的一些问题，使得设备内部存在缺陷，乃至发生事故，严重地威胁到电力生产的安全。因此，如何尽早检测出设备内部隐患，尽量避免事故的发生，长期以来一直是电力工作者非常关注的问题。

工作中的SF6气体当温度超过500℃后，才会开始分解。对于正常运行的SF6电气设备，其非电弧室中一般没有分解产物，即使在有电弧的断路器室、也因其分合速度快，又有良好的灭弧功能，再加上SF6的高复合性(复合率达99.8％以上)，所以，不会有明显的分解产物；对于有故障的SF6电气设备，则会因故障区域的高电弧放电及高温产生大量的分解物，因此SF6分解物含量的测量对于预防可能产生的GIS故障及快速判断GIS故障部位有很大的帮助。

目前，国内外采用的电气试验，一般都要在停电状态下进行，且对内部故障的检出率很低；部分单位使用SO₂、H₂S和HF比色管测试，其灵敏度低，只能作定性或半定量检测，难以早期检出内部故障，更不能进行综合分析判断。而市场上现有的一些检测仪普遍存在体积、质量巨大，携带不便，操作复杂等问题。

针对以上问题，经过多方调研和实验，提出了一种手持式基于SF6气体分解物的GIS气室故障检测仪检测***的设计方案。该仪器为手持式配以简单的外接附件，便能实现对SF6断路器的气室故障检测。并且此检测仪轻巧，携带方便，操作简单，从而为繁琐的检修测试工作带来便利，减少工作量的同时也节省了不少开支。因而对于断路器本身的安全运行和状态检测具有重要意义。

(三)发明内容：

本发明的目的是提供一种手持式GIS气室故障检测仪，它能克服现有技术的不足，其结构新颖、便携轻巧、使用方便。

本发明一种手持式GIS气室故障检测仪，它是由硬件结构和软件结构两大部分构成，其技术方案如下：

(1)硬件结构：

手持式GIS气室故障检测仪的硬件结构方框示意图，如图1。

检测仪硬件结构主要由数据采集模块、数据处理单元、数据存储单元、液晶显示单元、电磁阀控制单元、报警指示单元、按键操作***、电源***等部分组成。

其中，该数据采集模块采用英国City公司生产的二氧化硫传感器(型号4S)，采样精度为0.1ppm；

其中，该数据处理单元采用ATMEL公司ATmega128系列AVR单片机，数据存储使用单片机内部的EEPROM，保证了掉电后数据保存的特点，便于检测后随时的查询；其中，报警指示单元采用蜂鸣器。其数据由采集模块采集经校正后，输出到数据处理单元，采集得到的数据经数据处理单元处理后，进单片机内部的EEPROM数据存储单元，液晶显示单元直接从存储数据的EEPROM读取数据。当数据处理结果大于阈值时，报警指示单元中的蜂鸣器报警，发出声音。当按下相应的按键时作对应的操作，使得整个仪器的使用易学，操作简单方便。图2为检测仪的操作流程示意图。采用电磁阀控制气路，防止不必要的六氟化硫等气体外泄到大气中，造成大气污染。图3为电磁阀控制单元结构示意图。

(2)软件结构：

手持式GIS气室故障检测仪的软件结构流程示意图，如图4。

本检测仪软件结构主要由数据采集，数据滤波、数据存储、数据显示和历史数据的查询组成。

其中，数据采集采用单片机的A/D转换端口来实现，考虑到本实验要求在很短的时间内完成采样，所以采用延时较短的均值滤波处理，数据的存储采用单片机内部EEPROM，保证数据的快速性存储与掉电保持，数据显示直接从单片机内部EEPROM读取，历史数据的查询功能可以使检测工作连续进行，在检测结束后仍可以读取相关检测数据。

软件执行过程说明：上电后，首先检查是“开始”按钮按下，还是“查询”按钮按下，若为“开始”按钮按下，则开始一次的检测，单片机对传感器采样数据的读取，然后再由单片机A/D转化，采样数据经数据滤波处理后，进入数据存储，再进入数据显示和历史数据的查询；若按下“查询”按钮，则液晶显示最近一次测量的数据，按上、下键选择显示不同时间存储的检测数据。

当检测仪工作时，首先由主控器(AVR单片机)发出信号给电磁阀，由电磁阀控制打开气路，然后由数据采集模块(二氧化硫传感器)采集数据，并把采集到的数据传送给AVR单片机，经AVR单片机滤波处理后进行阈值比较；由AVR单片机连接控制报警指示单元，以便由AVR单片机判断和控制报警指示单元的蜂鸣器是否鸣响报警，并把数据处理结果存储在AVR单片机的内部EEPROM中，并由AVR单片机控制与之连接的液晶模块来显示；该检测仪还设置有按键操作单元，当按键操作单元的各个按键按下时，控制AVR单片机给出不同的指令对应实现上述“软件执行过程说明”所述的各种不同的功能；检测过程中设定最大检测时间，以便防止过多不必要的六氟化硫等气体外泄到大气中，造成大气污染，一旦到了所设定的检测时间，单片机控制电磁阀关闭，关闭检测气路，检测工作停止。上述各个步骤的执行都由软件控制来实现。该检测仪设置有电源***专门供电。

本发明提供一种手持式GIS气室故障检测仪，其优点和有益效果如下：

1，设备主要电子模块单元设计采用较好的抗电磁干扰电路，排除电磁干扰的影响；

2，采用高速，高精度采样技术，最优化气路结构，以获得高精度稳定的采样结果；

3，在程序设计中，通过软件算法准确求得测量到的含量值，并对其实现存储，显示，查询和报警分析等多种功能；

4，整个检测设备体积较小，携带方便，可以取代常见的体积较大，质量巨大的箱(盒)式检测设备。整个检测***采用常用的干电池供电，更换比较容易；

(四)附图说明：

图1.手持式GIS气室故障检测仪的硬件结构方框示意图

图2.检测仪的操作流程示意图

图3.电磁阀控制单元结构示意图

图4.检测仪软件结构流程示意图

(五)具体实施方式

本手持式GIS气室故障检测仪的具体实施方式，见图1和图3所示的硬件结构及电磁阀控制单元结构示意图。

其中硬件为以ATMEL公司ATmega128系列AVR单片机为核心，外扩展的数据采集模块，检测结果的数据显示单元，按键查询功能单元，电磁阀控制单元和报警单元等。

数据采集模块采用最先进的英国City公司的二氧化硫传感器(型号4S)，采样精度为0.1ppm。检测结果显示使用液晶模块，按键查询单元使用普通按键，电磁阀控制单元使用微型电磁阀实现，报警单元采用蜂鸣器。

当检测仪工作时，首先由主控器(AVR单片机)发出信号给电磁阀，由电磁阀控制打开气路，然后由数据采集模块(二氧化硫传感器)采集数据，并把采集到的数据传送给AVR单片机，经AVR单片机滤波处理后进行阈值比较，以便由AVR单片机判断和控制报警指示单元的蜂鸣器是否鸣响报警，并把数据处理结果存储在AVR单片机的内部EEPROM中，并由AVR单片机控制液晶来显示；按键操作功能单元的各个按键按下，控制AVR单片机给出不同的指令对应实现上述“软件执行过程说明”所述的各种不同的功能；检测过程中设定最大检测时间，以便防止过多不必要的六氟化硫等气体外泄到大气中，造成大气污染，一旦到了所设定的检测时间，单片机控制电磁阀关闭，关闭检测气路，检测工作停止。上述各个步骤的执行都由软件控制来实现。该检测仪设置有电源***专门供电。

Claims

1.一种手持式GIS气室故障检测仪，其特征在于：该检测仪由AVR单片机、数据采集模块、数据存储单元、液晶显示单元、电磁阀控制单元、报警指示单元、按键操作***和电源***组成；

当检测仪工作时，首先由AVR单片机发出信号给电磁阀控制单元，由电磁阀控制单元控制打开气路，然后由数据采集模块采集数据，并把采集到的数据传送给AVR单片机，经AVR单片机滤波处理后进行阈值比较；由AVR单片机连接控制报警指示单元，以便由AVR单片机判断和控制报警指示单元的蜂鸣器是否鸣响报警，并把数据处理结果存储在AVR单片机的内部数据存储单元中，并由AVR单片机控制与之连接的液晶显示单元来显示；该检测仪还设置有按键操作***，当按键操作***的按键按下时，控制AVR单片机给出不同的指令对应实现各种不同的功能；检测过程中设定最大检测时间，以便防止过多不必要的六氟化硫气体外泄到大气中，造成大气污染，一旦到了所设定的检测时间，AVR单片机控制电磁阀控制单元关闭，关闭检测气路，检测工作停止；该检测仪设置有电源***专门供电。

2.根据权利要求1所述的手持式GIS气室故障检测仪，其特征在于：该数据采集模块采用采样精度为0.1ppm的二氧化硫传感器。

3.根据权利要求1所述的手持式GIS气室故障检测仪，其特征在于：滤波采用均值滤波处理。