龔永波
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要:介紹了高壓開關配電室SF6環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的組成、主要功能、工作原理及設計思想。系統(tǒng)應用電化學SF6濃度傳感器,采用熱裂解-電化學復合檢測技術對高壓開關配電室環(huán)境中SF6濃度實時進行監(jiān)測,同時監(jiān)測氧氣含量、溫度、濕度等參數,并且當配電室環(huán)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。系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、測量準確、數據可靠、安裝方便、結構緊湊、抗干擾能力強等特點,可廣泛應用于電廠、變電站及高壓開關生產廠家。
關鍵詞:高壓開關配電室;SF6;電化學傳感器;環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng);復合檢測技術
0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,平時因為通風不良可能會缺氧或因設備中SF6氣體泄漏而污染室內環(huán)境,使進入開關室進行巡視、檢修的工作人員的健康甚至生命受到嚴重威脅,給電力安全運行帶來隱患。因此,國內《電業(yè)安全工作規(guī)程》特別規(guī)定,在相關場所安裝氧氣和SF6檢測報警裝置,并安裝必要的通風換氣裝置。同時,從環(huán)保的角度來考慮,在電廠、變電站、高壓開關廠等相關場所也有必要安裝SF6檢測報警裝置。因此,設計一套集SF6濃度、氧氣含量、溫度、濕度等參數為一體,同時具備自動控制現場排風扇進行排風功能的SF6環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。
1系統(tǒng)組成及功能
1.1幾種SF6氣體濃度檢測方法的比較
空氣中微量的SF6氣體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傳感器等方法。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,但價格昂貴,設備體積大;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使其基流下降,從而檢測出SF6氣體的濃度。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,使其產生的基流極不穩(wěn)定。因此,此方法常用于便攜式鹵族元素及其化合物的檢漏使用,半導體傳感器的方法靈敏度較低,溫度、濕度等環(huán)境的影響非常大,穩(wěn)定性差,因此應用較少。上述的幾種方法都是物理方法,并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(fā)展起來的電化學傳感器檢測技術逐漸成熟,并且由于電化學傳感器具有靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性好、使用壽命長、價格低等優(yōu)點,使其在氣體檢測方面得到了廣泛的應用。但是,由于SF6氣體的分子結構極其穩(wěn)定,無法使用電化學傳感器直接對其進行測量,因此,系統(tǒng)采用熱裂解-電化學復合檢測技術。由儀器內置的吸氣泵使SF6氣體吸入儀器并通過熱裂解器使其發(fā)生裂解反應,其分解產物與空氣中的氧氣、水等化合后生成二次產物,利用電化學傳感器檢測其二次反應的生成物就可以達到間接測量SF6氣體的目的。SF6濃度的檢測就是采用電化學傳感器進行設計的。
1.2系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由監(jiān)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(tǒng)功能
監(jiān)控主機主要完成數據采集、數據顯示、報警數據存儲、發(fā)送控制指令、報警指示、數據上傳、軟硬復位等功能,配備TFT64位真彩LCD液晶顯示屏、鍵盤操作面板、RS485總線接口,具有靈活的人機交流功能。
多功能控制器控制SF6采集器中的氣泵及電磁閥,分時將各個通道的SF6氣體從現場抽到SF6采集器的氣室內,再由SF6濃度電化學傳感器的內置泵從氣室內吸入SF6氣體,采用熱裂解-電化學復合檢測技術對采集到的SF6氣體濃度進行分析,并將結果轉換為4～20mA的標準信號送到多功能控制器,多功能控制器通過RS485總線,將測量結果送到監(jiān)控主機進行顯示、報警、存儲。
由于氧氣傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器已經采用了RS485總線的通訊方式,因此配電室環(huán)境中的氧氣含量、溫度信號、濕度信號通過RS485總線直接與監(jiān)控主機連接,監(jiān)控主機將對接收到的信號進行分析判斷、顯示、報警、存儲。
2工作原理
2.1監(jiān)控主機的工作原理
監(jiān)控主機是系統(tǒng)中一個重要組成部分,采用嵌入式操作系統(tǒng),大屏幕LCD液晶顯示屏,鍵盤操作面板,圖形界面友好,其控制流程如圖2所示。
監(jiān)控主機依次與多功能控制器、氧氣探測器、溫度變送器、濕度變送器進行通訊,讀取各個通道SF6濃度、氧氣含量、溫度、濕度的數值,當監(jiān)控主機檢測到配電室中某通道SF6氣體的濃度超過10-3時,或者氧氣的含量低于18%時,系統(tǒng)將自動啟動排風扇進行排風,并發(fā)出SF6氣體濃度超標或氧氣含量過低的聲響報警,將SF6氣體濃度數值、氧氣含量數值、通道位置等報警信息通過RS485總線或網絡傳輸的方式,傳送到有關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,避免產生重大的生產事故,同時提示進入配電室工作的工作人員作好防護措施。
同時,為了保持SF6配電室中的空氣暢通,還專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,自行設定幾個時間點,當設定的時間到時,系統(tǒng)將自動啟動排風扇排風,并且每次排風的時間也可以根據需要設定。為了*大程度地保護工作人員的身體健康,還設定了手動開啟和停止排風扇的手動開關,工作人員可以根據需要隨時開啟和停止排風扇。另外,系統(tǒng)采用紅外傳感器,無論什么時間,只要有工作人員進入SF6配電室,紅外傳感器都能夠感知到,并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多功能控制器的工作原理
2.2.1多功能控制器的硬件設計
多功能控制器是系統(tǒng)中另一個重要的組成部分,采用P89V51RD2單片機作為檢測、控制的核心,采用AD7705模數轉換器進行數據采集,采用繼電器、電磁閥控制采集通道的切換,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多功能控制器的軟件設計
多功能控制器循環(huán)檢測SF6的濃度,進行A/D轉換,將數值轉換為數字量,保存在P89V51RD2單片機的RAM中,并且P89V51RD2單片機的串行口工作在中斷的工作方式下,采用MAX485芯片與監(jiān)控主機進行485通訊。當監(jiān)控主機向其發(fā)送讀取數據的命令時,多功能控制器就將SF6濃度的數值、通道的信息、報警信息發(fā)送到監(jiān)控主機;當設定的通道采集時間到時,多功能控制器通過控制繼電器、電磁閥、吸氣泵等設備,完成通道的切換和SF6氣體的采集。
3安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
3.1概述
配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機、槍機）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）。
3.2應用場所
適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。
3.3系統(tǒng)結構
3.4系統(tǒng)功能
3.4.1實時監(jiān)測
能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數信息，實時顯示有關故障、告警等信息。
3.4.2數據查詢
在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。
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
查詢配電室內設備的運行數據報表。
3.4.5實時告警
具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。
3.4.6歷史事件查詢
能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)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(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構。
3.4.9遙控功能
可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。
3.5系統(tǒng)硬件配置
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名稱 |
型號 |
圖片 |
功能 |
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系統(tǒng) |
ACREL-2000E |
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Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實現開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控，可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯動控制。實現動力環(huán)境各數據的檢測與設備控制，優(yōu)化動力環(huán)境，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。 |
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智能通信管理機 |
Anet-2E4SM |
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通用網關，2路網口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。 |
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主機 |
Acrel-2000E/A |
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數據采集、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、報警事件記錄查詢，可以根據采集到的設備數據或狀態(tài)聯動啟動風機、聲光報警器、空調、水泵等設備。 |
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Acrel-2000E/B |
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參數設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。 |
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Acrel-2000E/M |
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參數設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝。 |
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Acrel-2000E/G |
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參數設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝 |
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環(huán)境監(jiān)測硬件 |
RS-WS-NO1-8 |
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用于配電房溫度和濕度。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40。0℃～99。9℃工作濕度：0%RH～99%RH |
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BRJ-307 |
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光電式煙霧傳感;電源正極（DC12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點 |
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RS-SJ-N01R01-2 |
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接觸式水浸傳感器，監(jiān)測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：-20℃~+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應時間：1s繼電器輸出：常開觸點 |
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環(huán)境監(jiān)測硬件 |
T35-II-5。6 |
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風量4800，帶溫控器，帶消聲段，電機變頻 |
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AT8002 |
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常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出 |
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DS-2DC6120BY-A |
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視頻監(jiān)控 |
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ARTU-KJ8 |
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8路開關量輸入，8路繼電器輸出 |
4結束語
實現高壓開關配電室環(huán)境中SF6氣體的監(jiān)測,對電力行業(yè)、高壓開關生產廠家的安全生產,保障現場工作人員的身體健康,都有著重要的意義。隨著國內工業(yè)的不斷發(fā)展,電力的需求也必將迅速增加,必然會新建更多的電廠、變電站,高壓開關配電室SF6環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)必然有廣泛的應用前景。
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作者簡介：
龔永波，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電，Email: 28801392115@qq.com手機：18702101301 QQ:2881392115
