CN104568323B - 一种sf6气体泄漏在线监测报警*** - Google Patents
一种sf6气体泄漏在线监测报警*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种SF6气体泄漏在线监测报警***，它由数据线连接的远程端和现场端构成，现场端包括超声测量模块、红外测量模块、ARM控制器、RS485通信模块、继电器控制模块、AC220‑DC24/5V开关电源、AC220V接线端子、远程端包括：远程控制模块、数据分析模块。本发明的检测合理的结合了红外测量原理和超声测量原理，其检测过程先由超声测量，若其检测发现SF6浓度超标，则后续启动红外测量，其不仅可以避免频繁测量费用较高的问题，又可对超声测量进行补充，提高其检测精度，因此其检测方法充分利了两者的优点，可以克服目前采用单传感器测量SF6浓度的弊端，提高了SF6浓度检测的精度和灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及报警***技术领域，尤其是一种SF6气体泄漏在线监测报警***。
背景技术
近些年来，电力***中六氟化硫（以下简称SF6）电气设备的应用日益广泛。在实际使用中，各变电站都对GIS室（或开关室）内安装了的SF6气体报警装置，以期实现SF6气体泄漏的在线实时监测。
传统SF6检漏方法主要采用皂水查漏、手持检漏仪等，可归纳为定性检漏和定量检漏两种。定性检漏包括抽真空检漏和检漏仪定性检漏；定量检漏则包括局部包扎法、挂瓶法和扣罩法等。这些方法属于非在线检测，检测时必须先将高压电气设备停电较长的一段时间，并且需要投入大量的人力和物力，另外检测结果也存在的主观性较大的缺陷。
随着在线检漏仪器逐渐发展，越来越多的新型仪器被逐步应用于电力***的SF6检漏中，检测原理主要包括基于高压电晕放电原理、基于激光成像原理、基于电化学传感器原理、基于激光红外吸收原理和基于超声测速原理等。
基于高压电晕放电原理的检漏仪器包括紫外线电离型检漏仪、高频振荡无极电离型检漏仪、电子捕获型检漏仪和铂丝热电子发射型检漏仪及负电晕放电型检漏仪等。这些仪器能在一定程度上提高泄漏检测的精度，但在实际使用中发现还存在诸多不足，如泄漏部位定位性能差、检测误差随环境变化大、很难做到精确定位和定量检测等。
激光成像原理利用反向散射吸收气体成像技术，通过反向散射激光产生视频图像，具有非接触式、结果直观的特点。但是，激光成像技术在测试过程中需要一个可以反射激光的测试背景，在变电站测试过程中往往需要选择一个合适的角度进行测试，当背景很不规则或者没有背景的时候，激光成像仪就无法检测到SF6的泄漏情况，这给激光检测技术的应用带来了较大的限制，同时设备笨重且成本较高，更宜用于发现在线报警信号后的泄漏点二次精确定位。
目前，各变电站GIS室（或开关室）内安装的SF6气体报警装置核心部件为内置的电化学式气体传感器。此类***存在的主要缺陷是，电化学传感器会在使用过程中受到环境中某些物质影响而中毒失效，传感器的灵敏度会在使用过程中逐渐地发生变化。一般来说，传感器类报警装置要求在运行1-3年后应进行校验或更换探头。而实际中，报警装置可能已经超限运行多年且从未获得任何二次校准。这是因为校验报警装置需要专门人员使用多种已知浓度的标准气体，使得校准往往因成本过高而搁浅，其结果造成现场因SF6监测报警装置失效而无法获得有效数据，“误报、漏报”现象频频发生。
随着在线分析化学技术的日益完善和电力***在线监测技术日趋成熟，使得基于红外吸收原理的SF6气体组分分析技术具备了现场应用的技术基础和可靠性保障，并能极大提高了检测灵敏度。但是***激光光源昂贵成本，只能采用“集中式”检测原理。另外，受CO2激光器的转换效率（约40%）的制约和***在线监测特性要求，激光器的输出功率及稳定性会因CO2分子的热分解而逐渐下降，故而在使用超过一定期限后，仍需检验光源的有效性或提供必要的补偿措施，而现有***尚无专门的内置自检***设计。
超声波测速法是通过超声传感器测量超声波的传播速度，反推出SF6气体的含量，即可实现定量测量空气中SF6泄漏气体的浓度。该方法性能稳定、不易受环境因素影响，寿命较长。较之上述的测量方法，精度较低。
发明内容
为了克服采用单传感器测量SF6气体泄漏的不足，本发明提供一种SF6气体泄漏在线监测报警***。该***结合基于激光红外吸收原理和基于超声测速原理的优点，克服采用单传感器的不足，使用分布式结构，实现多点测量，并同时监测氧浓度、温度、湿度气压等多组信号以实现***自校正。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
SF6气体泄漏在线监测报警***，它由数据线连接的远程端和现场端构成，现场端包括，
超声测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，其用超声波测速法通过超声传感器测量超声波的传播速度，反推出SF6气体的含量，用于测量空气中SF6泄漏气体的浓度，其与ARM控制器连接；
红外测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，其基于红外吸收原理测定变电站内气体组分，分析是否有SF6气体泄露，用于测量空气中SF6泄漏气体的浓度，其与ARM控制器连接；
ARM控制器、其为控制芯片，用于控制超声测量模块和红外测量模块的动作、并采集传感数据，并对采集的传感数据进行打包，控制风扇的启停，与远程端通信，接收远程端控制命令，传输现场测量数据；
RS485通信模块、其一端与ARM控制器相连，另一端与远程端连接，有一对RS485接线端子；
继电器控制模块、其与ARM控制模块和风扇连接，ARM控制模块通过继电器控制模块控制风扇的启停；
AC220-DC24/5V开关电源，其与温度测量模块、氧气测量模块、压强测量模块、超声测量模块、红外测量模块、继电器控制模块、RS485通信模块和ARM控制器连接；
AC220V接线端子，其给风扇和AC220-DC24/5V开关电源供电；
远程端包括：远程控制模块，用于对ARM控制模块的动作进行控制；对ARM控制模块的动作分为两步，第一步在对ARM控制模块进行控制时，温度测量模块、氧气测量模块、压强测量模块、超声测量模块完成既定工作，红外测量模块完成气体采集；第二步在接受到数据分析模块的指令后发出二次指令，由ARM控制模块控制红外测量模块完成气体分析，并将采用机的数据传送至数据分析模块；
数据分析模块，其先对第一步ARM控制模块采集的数据进行分析，判断SF6气体是否泄漏，若无、输出相关计算结果，将计算结果通过以太网上传至电力***其它平台，实现统一管理；若有，给远程控制模块发送第二步执行命令，算出第一步和第二部的SF6浓度计算结果，结果超标发出报警信号，并将计算结果通过以太网上传至电力***其它平台，实现统一管理。
上述的SF6气体泄漏在线监测报警***是，现场端还设有
温度测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，用于测量温度，其与ARM控制器连接；
氧气测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，用于测量氧气含量，其与ARM控制器连接；
压强测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，用于测量压强，其与ARM控制器连接；
温度测量模块、氧气测量模块和压强测量模块的动作也由ARM控制模块控制、并采集传感数据，并对采集的传感数据进行打包。
前述的SF6气体泄漏在线监测报警***是，现场端通过RS485总线与远程端连接。
前述的SF6气体泄漏在线监测报警***是，ARM控制器的控制芯片的型号为STM32F103。
所述风扇功能包括：为现场端各个模块散热；吸入SF6，提高检测的时效性。
本发明的工作流程为：
测量时，由远程端向现场端的ARM控制模块发送测量启动命令，风扇开始转动，将现场的空气和SF6气体的混合气体吸入超声测量模块和红外测量模块内，完成气体的采集，现场端的温度传感器、压强传感器、氧气传感器完成温度、压强、氧气和浓度的测量，超声测量模块完成SF6气体的检测，上述传感数据经过ARM控制模块统一打包处理后，通过RS485传输至远程端，经过数据分析软件处理后，判断SF6气体的浓度是否泄漏，若无输出计算结果，同时将计算结果通过以太网上传至电力***其它平台，实现统一管理，若有给远程控制模块发送第二步执行命令，由ARM控制模块控制红外测量模块完成气体分析，并将数据传送至数据分析模块，由数据分析软件对红外测量模块所测的数据进行二次计算，得出准确值，测量结束后，关闭风扇，停止气体的采集。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的检测合理的结合了红外测量原理和超声测量原理，其检测过程先由超声测量，该方法性能稳定、不易受环境因素影响，寿命较长，但精度较低，若其检测发现SF6浓度超标，则后续启动红外测量，其不仅可以避免频繁测量费用较高的问题，又可对超声测量进行补充，提高其检测精度，因此其检测方法充分利了两者的优点，可以克服目前采用单传感器测量SF6浓度的弊端，提高了SF6浓度检测的精度和灵活性。
（2）***中多个分布式的子***自动完成不同采集节点气体的SF6泄漏监测工作，现场不需要任何人工参与，实现实时在线测量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，SF6气体泄漏在线监测报警***是由现场端通过RS485总线与远程端连接构成；现场端包括，
超声测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，其用超声波测速法通过超声传感器测量超声波的传播速度，反推出SF6气体的含量，用于测量空气中SF6泄漏气体的浓度，其与ARM控制器连接；
红外测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，其基于红外吸收原理测定变电站内气体组分，分析是否有SF6气体泄露，用于测量空气中SF6泄漏气体的浓度，其与ARM控制器连接；
温度测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，用于测量温度，其与ARM控制器连接；
氧气测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，用于测量氧气含量，其与ARM控制器连接；
压强测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，用于测量压强，其与ARM控制器连接；
ARM控制器、其为控制芯片，用于控制超声测量模块、红外测量模块、温度测量模块、氧气测量模块和压强测量模块的动作、并采集传感数据，并对采集的传感数据进行打包，控制风扇的启停，与远程端通信，接收远程端控制命令，传输现场测量数据；
RS485通信模块、其一端与ARM控制器相连，另一端与远程端连接，有一对RS485接线端子；
继电器控制模块、其与ARM控制模块和风扇连接，ARM控制模块通过继电器控制模块控制风扇的启停；
AC220-DC24/5V开关电源，其与温度测量模块、氧气测量模块、压强测量模块、超声测量模块、红外测量模块、继电器控制模块、RS485通信模块和ARM控制器连接；
AC220V接线端子，其给风扇和AC220-DC24/5V开关电源供电；
远程端包括：远程控制模块，用于对ARM控制模块的动作进行控制；对ARM控制模块的动作分为两步，第一步在对ARM控制模块进行控制时，温度测量模块、氧气测量模块、压强测量模块、超声测量模块完成既定工作，红外测量模块完成气体采集；第二步在接受到数据分析模块的指令后发出二次指令，由ARM控制模块控制红外测量模块完成气体分析，并将采用机的数据传送至数据分析模块；
数据分析模块，其先对第一步ARM控制模块采集的数据进行分析，判断SF6气体是否泄漏，若无、输出相关计算结果，将计算结果通过以太网上传至电力***其它平台，实现统一管理；若有，给远程控制模块发送第二步执行命令，算出第一步和第二部的SF6浓度计算结果，结果超标发出报警信号，并将计算结果通过以太网上传至电力***其它平台，实现统一管理。
ARM控制器的控制芯片的型号为STM32F103。
风扇功能为：为现场端各模块散热；使超声测量模块和红外测量模块吸入SF6 ，提高检测的时效性。
在图1中，现场端通过RS48总线与远程端相连。
温度测量模块、氧气测量模块、压强测量模块、超声测量模块和红外测量模块与ARM控制器通过导线相连；RS485通信模块与ARM控制器通过导线相连，有一对RS485接线端子；ARM控制器通过继电器控制模块控制风扇的启停，风扇输入端有一对AC220V接线端子；AC220-DC24/5V开关电源与温度测量模块、氧气测量模块、压强测量模块、超声测量模块、红外测量模块、继电器控制模块、RS485通信模块和ARM控制器通过导线连接，并有一对AC220V接线端子。
量时，由远程端向现场端的ARM控制模块发送测量启动命令，风扇开始转动，将现场的空气和SF6气体的混合气体吸入超声测量模块和红外测量模块内，完成气体的采集，现场端的温度传感器、压强传感器、氧气传感器完成温度、压强、氧气和浓度的测量，超声测量模块完成SF6气体的检测，上述传感数据经过ARM控制模块统一打包处理后，通过RS485传输至远程端，经过数据分析软件处理后，判断SF6气体的浓度是否泄漏，若无输出计算结果，同时将计算结果通过以太网上传至电力***其它平台，实现统一管理，若有给远程控制模块发送第二步执行命令，由ARM控制模块控制红外测量模块完成气体分析，并将数据传送至数据分析模块，由数据分析软件对红外测量模块所测的数据进行二次计算，得出准确值，测量结束后，关闭风扇，停止气体的采集。
Claims (5)
1.一种SF6气体泄漏在线监测报警***，其特征是：它由数据线连接的远程端和现场端构成，现场端包括，
超声测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，其用超声波测速法通过超声传感器测量超声波的传播速度，反推出SF6气体的含量，用于测量空气中SF6泄漏气体的浓度，其与ARM控制器连接；
红外测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，其基于红外吸收原理测定变电站内气体组分，分析是否有SF6气体泄露，用于测量空气中SF6泄漏气体的浓度，其与ARM控制器连接；
ARM控制器、其为控制芯片，用于控制超声测量模块和红外测量模块的动作、并采集传感数据，并对采集的传感数据进行打包，控制风扇的启停，与远程端通信，接收远程端控制命令，传输现场测量数据；
RS485通信模块、其一端与ARM控制器相连，另一端与远程端连接，有一对RS485接线端子；
继电器控制模块、其与ARM控制模块和风扇连接，ARM控制模块通过继电器控制模块控制风扇的启停；
AC220-DC24/5V开关电源，其与温度测量模块、氧气测量模块、压强测量模块、超声测量模块、红外测量模块、继电器控制模块、RS485通信模块和ARM控制器连接；
AC220V接线端子，其给风扇和AC220-DC24/5V开关电源供电；
远程端包括：远程控制模块，用于对ARM控制模块的动作进行控制；对ARM控制模块的动作分为两步，第一步在对ARM控制模块进行控制时，温度测量模块、氧气测量模块、压强测量模块、超声测量模块完成既定工作，红外测量模块完成气体采集；第二步在接受到数据分析模块的指令后发出二次指令，由ARM控制模块控制红外测量模块完成气体分析，并将采集到的数据传送至数据分析模块；
数据分析模块，其先对第一步ARM控制模块采集的数据进行分析，判断SF6气体是否泄漏，若无、输出相关计算结果，将计算结果通过以太网上传至电力***其它平台，实现统一管理；若有，给远程控制模块发送第二步执行命令，算出第一步和第二步的SF6浓度计算结果，结果超标发出报警信号，并将计算结果通过以太网上传至电力***其它平台，实现统一管理。
2.根据权利要求1所述的SF6气体泄漏在线监测报警***，其特征在于：现场端还设有
温度测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，用于测量温度，其与ARM控制器连接；
氧气测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，用于测量氧气含量，其与ARM控制器连接；
压强测量模块、安装在设有SF6电气设备的变电站内，用于测量压强，其与ARM控制器连接；
温度测量模块、氧气测量模块和压强测量模块的动作也由ARM控制模块控制、并采集传感数据，并对采集的传感数据进行打包。
3.根据权利要求1所述的SF6气体泄漏在线监测报警***，其特征在于：现场端通过RS485总线与远程端连接。
4.根据权利要求1所述的SF6气体泄漏在线监测报警***，其特征在于：ARM控制器的控制芯片的型号为STM32F103。
5.根据权利要求2所述的SF6气体泄漏在线监测报警***，其特征在于：所述风扇功能为：为现场端各模块散热；使超声测量模块和红外测量模块吸入SF6 ，提高检测的时效性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 550002 Jiefang Road, Guizhou, No. 32, Co-patentee after: Wuhan University Patentee after: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE OF GUIZHOU POWER GRID CO., LTD. Co-patentee after: Liupanshui Power Supply Bureau of Guizhou Power Grid Corporation Address before: 550002 Jiefang Road, Nanming, Guizhou, No. 32, Co-patentee before: Wuhan University Patentee before: Guizhou Power Test Institute Co-patentee before: Liupanshui Power Supply Bureau of Guizhou Power Grid Corporation |
|
| CP03 | Change of name, title or address |