CN102661834A - 高灵敏度多路sf6在线检漏仪及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪,包含:洗气室,其出气口连接有洗气用电磁阀;集气室,其进气口连接洗气用电磁阀;该集气室的进气口还连接有若干路试样,每路试样与集气室之间的气路上设有气路电磁阀;抽气泵,其进气口连接集气室的出气口;传感器气室,其进气口和出气口各连接有传感器用电磁阀,进气口处的传感器用电磁阀连接抽气泵的出气口;废气室,其进气口连接传感器气室出气口处的传感器用电磁阀;以及,控制电路;传感器气室内设有传感器。本发明能实时检测SF6的含量,显示检测结果;在无需开关设备断电的情况下,同时检测多路气体试样,自由切换所需进行测试的气路;对检漏仪的气路进行清洗,不同气路的测试过程间没有相互干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力工程技术领域的检测***,具体是一种对于高压变电站内泄漏SF6的在线检测仪器及其检测方法。
背景技术
SF6气体因其优异的灭弧和良好的绝缘能力被广泛地应用在电力设备中,比如SF6高压断路器和SF6封闭组合开关等。常温下纯净的SF6是一种无毒、无味、透明的气体,但随着SF6的泄漏以及外部潮气向开关柜内的渗透,导致设备内部水分含量的增加,在大功率电弧,火花放电和电晕放电的作用下,SF6和H2O产生水解反应会分解出多种有毒有害的腐蚀性物质,比如HF,SOF2等。因此在使用SF6的电力设备中,SF6的泄漏不仅对开关设备的运行性能有影响,其衍生物更会危害人体健康及污染环境,所以检测SF6的泄漏含量至关重要。
目前应用较多的检测SF6气体含量的方法有电子捕获探测(ECD)和局部真空负离子捕获探测(NIC)等,但这两种方法都有一定的缺点,前者的缺点在于需内置辐射源,并且需内置高纯氩气,后者的缺点在于需要配置高真空度的真空泵,并要与流量传感器完美配合,使得仪器成本升高,结构复杂。
发明内容
本发明提供一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪及其检测方法,基于SF6分子对于特定波长的红外光的吸收原理,解决了电子捕获探测法(ECD)需要内置辐射源和高纯氩气的缺陷以及局部真空负离子捕获探测法(NIC)需要高真空环境的问题,在无需开关设备断电的情况下,能检测多路来自不同方向的气体样本,检测灵敏度达到1ppm,同时具备自动检测模式和手动检测模式,实时显示检测结果,并在气体含量超过允许值时自动报警。
为实现上述目的,本发明提供了一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪,其特点是,该检漏仪包含:
洗气室,其出气口连接有洗气用电磁阀;
集气室,其进气口连接洗气用电磁阀;该集气室的进气口还连接有若干路试样,每路试样与集气室之间的气路上设有气路电磁阀;
抽气泵,其进气口连接集气室的出气口;
传感器气室,其进气口和出气口各连接有传感器用电磁阀,进气口处的传感器用电磁阀连接抽气泵的出气口;
废气室,其进气口连接传感器气室出气口处的传感器用电磁阀;以及,
控制电路;
上述的传感器气室内设有传感器。
上述的控制电路包含:
控制模块;
传感器电平转换电路,其分别与控制模块和传感器双向电路连接;
显示模块,其与控制模块双向电路连接;
输入模块,其与控制模块双向电路连接;
若干电磁阀驱动电路,其分别电路连接控制模块的输出端;该电磁阀驱动电路分别电路连接并设置在传感器用电磁阀、洗气用电磁阀和各个气路电磁阀上;
抽气阀驱动电路,其电路连接控制模块的输出端;该抽气阀驱动电路电路连接并设置在抽气泵上;以及,
数码管显示模块,其电路连接所述控制模块的输出端。
上述的传感器采用红外SF6传感器。
上述的传感器气室中设有三芯航空接头,其电路连接传感器的电源线、地线和数据线。
上述的洗气室中充有氮气。
一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪的检测方法,其特点是,该方法包含以下步骤:
步骤1、传感器进行初始化,控制模块读取传感器中各个寄存器的值;
步骤2、控制模块设置抽气气路的长度,用来控制抽气泵的抽气时间;
步骤3、控制模块选择检测试样的工作模式,若选择自动模式,则跳转到步骤4,若选择手动模式,则跳转到步骤5;
步骤4、依次检测若干路试样,每路试样的检测流程为,控制模块打开试样相对应的气路电磁阀、抽气泵和传感器气室进气口处的传感器用电磁阀,将被测气体抽取至传感器气室,然后关闭该气路电磁阀及抽气泵,控制模块读取传感器数据,获得被测试样中SF6的含量;
打开抽气泵、洗气用电磁阀和传感器气室出气口处的传感器用电磁阀,洗气室中的气体通过传感器气室进入废气室,完成对传感器气室的清洗;
依次按上述同样的检测顺序各个试样进行检测,完成后跳转到步骤6;
步骤5、控制模块选择所要测试的试样的气路号,打开相应试样的气路相对应的气路电磁阀、抽气泵和传感器气室进气口处的传感器用电磁阀,将该试样中的被测气体抽取至传感器气室,然后关闭该试样气路的气路电磁阀及抽气泵,控制模块读取传感器数据,获得被测气路中SF6的含量;
打开抽气泵、洗气用电磁阀和传感器气室出气口处的传感器用电磁阀,洗气室中的气体通过传感器气室进入废气室,完成对传感器气室的清洗,并跳转到步骤6;
步骤6、控制模块将检测结果传输至显示模块显示所检测得的SF6气体含量;
步骤7、控制模块判断气体含量是否超出阈值,若是,则控制数码管显示模块点亮相应的发光二极管,若否,则跳转到步骤3,继续测试。
本发明高灵敏度多路SF6在线检漏仪及其检测方法和现有技术相比,其优点在于,基于SF6分子对于特定波长的红外光的吸收原理,工作在一个大气压的正常环境下,能实时检测SF6的含量,实时显示检测结果,并在气体含量超过允许值时自动报警;
本发明同时具备自动检测模式和手动检测模式,在无需开关设备断电的情况下,能同时检测多路气体试样,自由切换所需进行测试的气路,并且通过多路检测能判断SF6比较严重的泄漏位置;
本发明人机交互界面友好,整个装置体积小,可靠性强,便于携带,检测周期短;
本发明还包含了洗气室和废气室,及时对检漏仪的气路进行清洗,不同气路的测试过程间没有相互干扰;
本发明采用的红外SF6传感器灵敏度高,检测灵敏度达到1ppm,直接读取寄存器就能获得所测气体的含量并具有温度校正功能。
附图说明
图1为本发明高灵敏度多路SF6在线检漏仪的***结构示意图;
图2为本发明高灵敏度多路SF6在线检漏仪的控制电路的电路模块图;
图3为本发明一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪的检测方法的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图,具体说明本发明的实施例。
如图1所示,一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪的实施例,该检漏仪包含洗气室1、集气室16、抽气泵11、传感器气室13、红外SF6传感器、废气室15、八个气路电磁阀、二个传感器用电磁阀和一个洗气用电磁阀。
本实施例中,八个气路电磁阀、二个传感器用电磁阀和一个洗气用电磁阀6都采用型号为SMC-VQ20的电磁阀。八个气路电磁阀分别为:第一气路电磁阀2、第二气路电磁阀3、第三气路电磁阀4、第四气路电磁阀5、第五气路电磁阀7、第六气路电磁阀8、第七气路电磁阀9,以及第八气路电磁阀10。二个传感器用电磁阀分别为第一传感器用电磁阀12和第二传感器用电磁阀14。
废气室15采用的加工材料为铝,内部设有一个圆柱形腔体,其容积为500ml。废气室15的输入部分设有一个孔,该孔上连接有快速接头,形成废气室15的进气口。
集气室16采用的加工材料为铝,其内部中间设有一个圆柱形的腔体,该腔体的左右两侧各设有四个孔,该八个孔上分别都设有一个快速接头,形成为八个试样进气口,该每个试样进气口上通过快速接头连接有一个气路电磁阀。腔体的首尾两端也各设有一个孔,该两个孔上分别都设有一个快速接头,分别设为一个洗气进气口和一个出气口。
集气室16的八个试样进气口分别为:第一试样进气口、第二试样进气口、第三试样进气口、第四试样进气口、第五试样进气口、第六试样进气口、第七试样进气口,以及第八试样进气口。
该八个试样进气口分别与上述的八个气路电磁阀一一对应。其中,第一气路电磁阀2的出气口通过快速接头连接第一试样进气口,第二气路电磁阀3的出气口通过快速接头连接第二试样进气口,第三气路电磁阀4的出气口通过快速接头连接第三试样进气口,第四气路电磁阀5的出气口通过快速接头连接第四试样进气口,第五气路电磁阀7的出气口通过快速接头连接第五试样进气口,第六气路电磁阀8的出气口通过快速接头连接第六试样进气口,第七气路电磁阀9的出气口通过快速接头连接第七试样进气口,第八气路电磁阀10的出气口通过快速接头连接第八试样进气口。
另,第一气路电磁阀2的进气口连接被检测SF6的第一路试样,第二气路电磁阀3的进气口连接被检测SF6的第二路试样,第三气路电磁阀4的进气口连接被检测SF6的第三路试样,第四气路电磁阀5的进气口连接被检测SF6的第四路试样,第五气路电磁阀7的进气口连接被检测SF6的第五路试样,第六气路电磁阀8的进气口连接被检测SF6的第六路试样,第七气路电磁阀9的进气口连接被检测SF6的第七路试样,第八气路电磁阀10的进气口连接被检测SF6的第八路试样。
传感器气室13设置在一个密封结构的传感器本体内部,该传感器气室13设为长方体形,传感器气室13外部设有两个螺孔,其通过该两个螺孔固定在传感器本体的内部底板上,以保持其自身的稳定,传感器本体上设有两个开口,供传感器气室13进气和出气的气管与传感器本体外部的设备连接,该气管与传感器本体的开口之间密封设置,另传感器本体上还设有插件,供传感器的信号线路通过。红外SF6传感器设有在该传感器气室13的内部,同样传感器气室13的内部设有两个螺孔,红外SF6传感器通过传感器气室13内的该两个螺孔稳定地固定在传感器气室13中。在传感器气室13的内部还设有一个三芯航空接头,用于连接红外SF6传感器的电源线、地线和数据线。传感器气室13上设有一个连通传感器气室13内部和外部的进气口,以及一个连通传感器气室13内部和外部的出气口。
本实施例中,红外SF6传感器采用smartGAS系列smartMODUL-SF6红外传感器。该红外SF6传感器包含两路红外光路,其中一路为参考光路,不照射被检测的SF6气体,另一路对被检测的SF6试样进行照射,气体试样浓度越高,可吸收的光能就越多,通过光电转换电路检测两路红外光的光强的差值来计算被检测SF6气体的浓度,差值越大,气体含量就越高,传感器通过温度校正来确定最终的含量值,最后通过红外SF6传感器的uart接口将结果传出。该红外SF6传感器内部集成了光电转换电路,数据采集处理电路和温度校正电路。
洗气室1采用的加工材料为铝,其内部设为一个圆柱形腔体,该圆柱形腔体的容积为500ml,检测前需在洗气室1内部的圆柱形腔体中注入氮气。在洗气室1的输出部分设有一个孔,该孔上设有快速接头,形成洗气室1的出气口。洗气室1用于每次检测完一个试样后由抽气泵11抽出洗气室1中的氮气注入传感器气室13,清洗传感器气室13内的SF6气体。
抽气泵11包含一个气泵及其驱动电路,该气泵采用T2-03微型隔膜泵。
如图1所示,高灵敏度多路SF6在线检漏仪中各部件的连接关系为:洗气室1的输出口通过其快速接头连接于洗气用电磁阀6的进气口,该洗气用电磁阀6的出气口通过快速接头连接集气室16的洗气进气口。集气室16的出气口通过快速接头连接抽气泵11的进气口,该抽气泵11出气口连接于第一传感器用电磁阀12的进气口,第一传感器用电磁阀12的出气口连接传感器气室13的进气口,传感器气室13出气口连接第二传感器用电磁阀14的进气口,该第二传感器用电磁阀14的出气口连接废气室15的进气口。
本实施例中,高灵敏度多路SF6在线检漏仪还包含一个外方形金属盒,上述的集气室16、内部设有传感器气室13的传感器本体,以及抽气泵11分别固定在该外方形金属盒的内部,该外方形金属盒上加外盖板密封。该外方形金属盒上设有若干开口,集气室16、内部设有传感器气室13的传感器本体,以及抽气泵11上所连接的气管通过该若干开口,穿过外方形金属盒与盒外的部件连接,各个气管与开口之间密封设置。同时外方形金属盒上设有若干插件,用于传感器、抽气泵11与外界的电路连接,供传感器与抽气泵11的信号线路通过。
如图2所示,本实施例的高灵敏度多路SF6在线检漏仪还包含有其控制电路,该控制电路包含控制模块17,分别与该控制模块17双向电路连接的传感器电平转换电路18,显示模块19和输入模块20,以及分别控制模块17的输出端电路连接的数码管显示模块21、抽气阀驱动电路22和11个电磁阀驱动电路23。传感器电平转换电路18还电路连接红外SF6传感器24。
控制模块17采用C8051F020单片机,它负责处理与传感器的通信,通过驱动电路对电磁阀和抽气泵的控制,以及完成对人机交互模块进行控制。
传感器电平转换电路18采用MAX232ECPE芯片及其所需的***电路器件,其用于将红外SF6传感器24输出的TTL电平转换为控制模块17单片机串口通信所支持的RS-232电平。红外SF6传感器24通过三芯航空接头将其电源线、地线、信号线电路连接传感器电平转换电路18的输入端,电平转换电路18的输入为电平转换电路18的信号输出,传感器电平转换电路18的输出连到控制模块17单片机的串行通信接口。
显示模块19采用12864液晶屏,其连接控制模块17单片机的I/O口,实时显示红外SF6传感器24所测得的SF6气体含量。
输入模块20采用4*4薄膜键盘,其连接控制模块17单片机的I/O口,用于输入所需测试样品的气路号(第一路试样、第二路试样、第三路试样、第四路试样、第五路试样、第六路试样、第七路试样、第八路试样),以及选择手动和自动测试模式。
数码管显示模块21由8路发光二极管构成,其连接控制模块17单片机的I/O口,用于在所测试的样品含量超过警戒值时进行报警。
本实施例中,抽气阀驱动电路22包含了光电耦合器4n-35、继电器DS2Y-S-DC12V、二极管1N4007、三极管9013以及若干电阻电容。抽气阀驱动电路22电路连接抽气泵11,由控制模块17单片机控制抽气阀驱动电路22的三极管导通信号驱动其光电耦合器,传输开关信号至继电器,从而驱动抽气泵11进行抽气运作。
本实施例中,11个电磁阀驱动电路23都包含了光电耦合器4n-35、继电器DS2Y-S-DC12V、二极管1N4007、三极管9013以及若干电阻电容。该11个电磁阀驱动电路23分别电路连接上述的洗气用电磁阀6、第一气路电磁阀2、第二气路电磁阀3、第三气路电磁阀4、第四气路电磁阀5、第五气路电磁阀7、第六气路电磁阀8、第七气路电磁阀9、第八气路电磁阀10、第一传感器用电磁阀12和第二传感器用电磁阀14。电磁阀驱动电路23的工作原理,是由控制模块17单片机控制各个电磁阀驱动电路23的三极管导通信号驱动其光电耦合器,传输开关信号至继电器,从而驱动其所对应的电磁阀。
该11个电磁阀驱动电路23中,八个电磁阀驱动电路23与八个气路电磁阀一一对应电路连接。由控制模块17分别控制该八个电磁阀驱动电路23驱动第一气路电磁阀2、第二气路电磁阀3、第三气路电磁阀4、第四气路电磁阀5、第五气路电磁阀7、第六气路电磁阀8、第七气路电磁阀9、第八气路电磁阀10控制集气室16上八路试样进气口气路的通断。
该11个电磁阀驱动电路23中,两个电磁阀驱动电路23与第一传感器用电磁阀12和第二传感器用电磁阀14对应电路连接。由控制模块17分别控制该两个电磁阀驱动电路23驱动第一传感器用电磁阀12和第二传感器用电磁阀14分别控制传感器气室13两端气路的通断。
该11个电磁阀驱动电路23中,一个电磁阀驱动电路23与洗气用电磁阀6电路连接,由控制模块17控制该电磁阀驱动电路23驱动洗气用电磁阀6控制洗气气路的通断。
如图3所示,一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪的检测方法,该方法包含以下步骤:
步骤1、红外SF6传感器24进行初始化工作,红外SF6传感器24将其寄存器的值传输至传感器电平转换电路18,传感器电平转换电路18将红外SF6传感器24输出的TTL电平转换为控制模块17单片机串口通信所支持的RS-232电平,并传输至控制模块17。控制模块17读取红外SF6传感器24中各个寄存器的值,其中包括T-module、MOD、Status flags、Concentration、Warn_Level、Alarm_Level、IR_4tagneu、Device_Type寄存器。
步骤2、控制模块17通过输入模块20设置抽气气路的长度,用来控制抽气泵的抽气时间。该抽气时间的意义为:高灵敏度多路SF6在线检漏仪气路中管路的管内径乘以其气路长度,再除以抽气量,即等于抽气时间。该抽气时间和检漏仪检测气体的测量时间共同组成检测周期。
步骤3、控制模块17通过输入模块20选择检测试样的工作模式,若选择自动模式,则跳转到步骤4,若选择手动模式,则跳转到步骤5。
步骤4、若控制模块17选择了自动模式,则先从第一路试样开始检测,控制模块17通过打开第一路试样的进气口相对应的第一气路电磁阀2,并打开抽气泵(11),开始将被测气体抽取至传感器气室13,然后关闭第一气路电磁阀2及抽气泵11,控制模块17的单片机读取红外SF6传感器24的Concentration寄存器,获得被测气体中SF6的含量。接着控制模块17驱动打开抽气泵11、洗气室1的洗气用电磁阀6以及废气室15的第二传感器用电磁阀14,洗气室1中的氮气依次通过集气室16、抽气泵11、传感器气室13,最后通入废气室15,完成对传感器气室13的清洗。
接着依次按上述同样的检测顺序对第二路试样、第三路试样、第四路试样、第五路试样、第六路试样、第七路试样、第八路试样进行检测。
所有试样检测完成后跳转到步骤6。
步骤5、若控制模块17择了手动模式,则通过输入模块20向控制模块17发送所要测试的试样的气路号,打开相应试样的气路所相对应的气路电磁阀,开始将该试样中的被测气体抽取至传感器气室13,然后关闭该试样气路的气路电磁阀及抽气泵11,控制模块17的单片机读取红外SF6传感器24的Concentration寄存器,获得被测气路中SF6的含量。接着打开抽气泵11,洗气室1的洗气用电磁阀6以及废气室15的第二传感器用电磁阀14,洗气用电磁阀6以及废气室15的第二传感器用电磁阀14,完成对传感器气室13的清洗。
检测完成后条转到步骤6。
步骤6、控制模块17将检测结果传输至显示模块19,显示上述步骤中所检测得的SF6气体含量。
步骤7、控制模块17判断气体含量是否超出阈值,该阈值为100ppm,若是,则控制模块17控制数码管显示模块21点亮相应的发光二极管进行告警,若否,则跳转到步骤3,继续开始新一轮测试。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪,其特征在于,该检漏仪包含:
洗气室(1),其出气口连接有洗气用电磁阀(6);
集气室(16),其进气口连接洗气用电磁阀(6);该集气室(16)的进气口还连接有若干路试样,每路试样与集气室(16)之间的气路上设有气路电磁阀;
抽气泵(11),其进气口连接集气室(16)的出气口;
传感器气室(13),其进气口和出气口各连接有传感器用电磁阀,进气口处的传感器用电磁阀连接抽气泵(11)的出气口;
废气室(15),其进气口连接传感器气室(13)出气口处的传感器用电磁阀;以及,
控制电路;
所述的传感器气室(13)内设有传感器(24)。
2.如权利要求1所述的高灵敏度多路SF6在线检漏仪,其特征在于,所述的控制电路包含:
控制模块(17);
传感器电平转换电路(18),其分别与所述控制模块(17)和传感器(24)双向电路连接;
显示模块(19),其与所述控制模块(17)双向电路连接;
输入模块(20),其与所述控制模块(17)双向电路连接;
若干电磁阀驱动电路(23),其分别电路连接所述控制模块(17)的输出端;该电磁阀驱动电路23分别电路连接并设置在传感器用电磁阀、洗气用电磁阀(6)和各个气路电磁阀上;
抽气阀驱动电路(22),其电路连接所述控制模块(17)的输出端;该抽气阀驱动电路(22)电路连接并设置在抽气泵(11)上;以及,
数码管显示模块(21),其电路连接所述控制模块(17)的输出端。
3.如权利要求2所述的高灵敏度多路SF6在线检漏仪,其特征在于,所述的传感器(24)采用红外SF6传感器。
4.如权利要求1所述的高灵敏度多路SF6在线检漏仪,其特征在于,所述的传感器气室(13)中设有三芯航空接头,其电路连接传感器的电源线、地线和数据线。
5.如权利要求1所述的高灵敏度多路SF6在线检漏仪,其特征在于,所述的洗气室(1)中充有氮气。
6.一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪的检测方法,其特征在于,该方法包含以下步骤:
步骤1、传感器(24)进行初始化,控制模块(17)读取传感器(24)中各个寄存器的值;
步骤2、控制模块(17)设置抽气气路的长度,用来控制抽气泵的抽气时间;
步骤3、控制模块(17)选择检测试样的工作模式,若选择自动模式,则跳转到步骤4,若选择手动模式,则跳转到步骤5;
步骤4、依次检测若干路试样,每路试样的检测流程为,控制模块(17)打开试样相对应的气路电磁阀、抽气泵(11)和传感器气室(13)进气口处的传感器用电磁阀,将被测气体抽取至传感器气室(13),然后关闭该气路电磁阀及抽气泵(11),控制模块17读取传感器(24)数据,获得被测试样中SF6的含量;
打开抽气泵(11)、洗气用电磁阀(6)和传感器气室(13)出气口处的传感器用电磁阀,洗气室(1)中的气体通过传感器气室(13)进入废气室(15),完成对传感器气室(13)的清洗;
依次按上述同样的检测顺序各个试样进行检测,完成后跳转到步骤6;
步骤5、控制模块(17)选择所要测试的试样的气路号,打开相应试样的气路相对应的气路电磁阀、抽气泵(11)和传感器气室进气口处的传感器用电磁阀,将该试样中的被测气体抽取至传感器气室(13),然后关闭该试样气路的气路电磁阀及抽气泵(11),控制模块(17)读取传感器(24)数据,获得被测气路中SF6的含量;
打开抽气泵(11)、洗气用电磁阀(6)和传感器气室(13)出气口处的传感器用电磁阀,洗气室(1)中的气体通过传感器气室(13)进入废气室(15),完成对传感器气室(13)的清洗,并跳转到步骤6;
步骤6、控制模块(17)将检测结果传输至显示模块(19)显示所检测得的SF6气体含量;
步骤7、控制模块(17)判断气体含量是否超出阈值,若是,则控制数码管显示模块(21)点亮相应的发光二极管,若否,则跳转到步骤3,继续测试。
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