周麗榮

【摘要】 SF6 氣體在高壓電力設(shè)備絕緣領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，通常是被用作優(yōu)良的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)。隨著封閉式組合電器（GIS）設(shè)備的運(yùn)行，SF6 氣體中的水分含量會(huì)增多，而SF6 氣體會(huì)在電弧下分解，其分解物遇水會(huì)生成具有強(qiáng)腐蝕性的HF 和H2SO3 等，會(huì)損壞絕緣件，并降低絕緣件的阻值。這嚴(yán)重影響到GIS 的安全運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)由絕緣性能下降而引起GIS故障的情況，那么在線監(jiān)測(cè)GIS 的微水含量就非常重要，可以減少由計(jì)劃檢修對(duì)GIS 造成的損失，實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS的維修。根據(jù)國家和電力行業(yè)內(nèi)關(guān)于六氟化硫電氣設(shè)備中氣體濕度管理標(biāo)準(zhǔn)，提出一種適合在線監(jiān)測(cè)SF6氣體微水含量的方案。

【關(guān)鍵詞】 GIS SF6 氣體 在線監(jiān)測(cè)

一、引言

《國家電網(wǎng)安全規(guī)程》規(guī)定SF6監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是電力開關(guān)室監(jiān)測(cè)必需用具，而近些年來供、發(fā)電企業(yè)采用SF6電氣設(shè)備的變電所或配電裝置室數(shù)量巨大，銷售額大約在1.0～2.0億人民幣之間，其市場(chǎng)前景非常廣闊。未來20余年里我國高壓開關(guān)行業(yè)會(huì)在較長時(shí)間內(nèi)保持20-30%的高速增長。同時(shí)順應(yīng)國網(wǎng)公司發(fā)展做強(qiáng)做大的指導(dǎo)思想，GIS設(shè)備相關(guān)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品在國內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展前景也有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。鑒于GIS設(shè)備具有易于安裝建設(shè)、成套性強(qiáng)、可靠性高、抗嚴(yán)酷環(huán)境、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，在濕熱、高海拔、高寒等特殊環(huán)境條件下建高壓、超高壓變電站，GIS設(shè)備將是首選產(chǎn)品。

二、研究背景

高壓開關(guān)設(shè)備中已廣泛使用SF6 氣體，因?yàn)槠渚哂欣硐氲慕^緣和滅弧性能。但由于SF6氣體制造、安裝等質(zhì)量差異以及材料老化等原因引發(fā)高壓開關(guān)設(shè)備泄漏很常見。根據(jù)中國電力科學(xué)研究院統(tǒng)計(jì)，1990-1997年國內(nèi)高壓開關(guān)設(shè)備共發(fā)生故障1500次，1997-2004年共發(fā)生2412次[1]，SF6氣體發(fā)生泄漏是故障的主要原因之一。高壓開關(guān)設(shè)備一旦發(fā)生SF6氣體泄漏，將給電力設(shè)備的安全運(yùn)行和室內(nèi)工作人員的安全帶來嚴(yán)重的威脅，因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)室內(nèi)環(huán)境的在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)報(bào)警和通風(fēng)控制就很重要[2]。

三、SF6氣體濃度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)的功能

根據(jù)電力用戶的需求，SF6在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)如下：1、具有實(shí)時(shí)采集氧氣、溫度、濕度、SF6等數(shù)據(jù)的功能；2、有效延長SF6傳感器的使用壽命；3、氧氣、溫度、濕度、SF6衍生物及SF6等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示[3]；4、具有數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)和報(bào)警數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)查詢功能；5、具有歷史數(shù)據(jù)曲線顯示、報(bào)警數(shù)據(jù)曲線顯示等功能；6、具有靈活的參數(shù)設(shè)置功能；7、具有聲光雙控報(bào)警功能；8、有繼電器輸出，可與現(xiàn)有的消防報(bào)警系統(tǒng)連接，提供預(yù)警信號(hào)（可擴(kuò)展）；9、有良好的數(shù)據(jù)傳輸性能和抗干擾性能；10、主機(jī)及傳感器具有自檢功能，一旦主機(jī)或傳感器發(fā)生故障時(shí)應(yīng)能發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)并傳送到集控中心的監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。

3.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

由于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍廣泛且多樣化，SF6使用級(jí)聯(lián)方式和分布式監(jiān)控來構(gòu)成在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，第一級(jí)的設(shè)計(jì)是RTU，第二級(jí)是DI和UI，第三級(jí)是PC，各級(jí)并行工作，相互協(xié)作。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路如圖1所示，由數(shù)據(jù)集中器（DI）、現(xiàn)場(chǎng)終端（RTU）、現(xiàn)場(chǎng)顯示控制器（UI）、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心PC機(jī)和通信鏈路五大塊組成。

RTU利用負(fù)電暈放電技術(shù)測(cè)試SF6氣體濃度，同時(shí)檢測(cè)O2氣體濃度、SO2氣體濃度、H2S氣體濃度，采集溫度和濕度等與SF6氣體濃度間接相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)，在高壓變電站開關(guān)室內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位上把原始數(shù)據(jù)傳給DI是利用通信鏈路；DI收集各RTU的數(shù)據(jù)，并且對(duì)RTU中各傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理和保存，然后再判斷報(bào)警與否；UI與DI通過RS- 485總線連接，也方便工作人員實(shí)時(shí)的進(jìn)入開關(guān)室前了解情況； PC機(jī)對(duì)各開關(guān)室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，其內(nèi)部安裝了數(shù)據(jù)庫和專用應(yīng)用軟件，與各開關(guān)室通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與DI連接。

3.2.1數(shù)據(jù)集中器（DI）

DI的結(jié)構(gòu)組成為：選用具有ARM7內(nèi)核的32位微處理器LPC2292作為控制器；利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘SD2200提供精確時(shí)間；有兩種通信模式可供選擇： CAN和無線；LPC2292帶有兩個(gè)RS-232接口，被用在與UI通信和控制中心的PC機(jī)通信中；聲、光報(bào)警和風(fēng)機(jī)控制由LPC2292的I/O口經(jīng)繼電器隔離實(shí)現(xiàn)。

實(shí)時(shí)性較好的μCOS-II操作系統(tǒng)為DI完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和控制管理任務(wù)。DI對(duì)每個(gè)RTU數(shù)據(jù)的處理采用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，較好地克服以前利用負(fù)電暈放電技術(shù)完成SF6氣體監(jiān)控系統(tǒng)誤報(bào)警率高的缺點(diǎn)。

3.2.2現(xiàn)場(chǎng)終端RTU

RTU采用PIC18LF4580 MCU作為主控制器，RTU的ID用8位撥碼開關(guān)設(shè)置，內(nèi)部有SRAM、FLASH、EEROM、CAN總線控制器、10位多通道A/D模塊、PWM定時(shí)器、看門狗等資源，這樣設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化外圍電路。溫度傳感器直接與MCU的數(shù)字I/O口連接，濕度傳感器、SO2氣體傳感器、O2氣體傳感器、SF6氣體傳感器和H2S氣體傳感器與MCU的A/D口連接是經(jīng)調(diào)理電路后連接的。

在RTU的主程序中，數(shù)字濾波、溫濕度補(bǔ)償技術(shù)、負(fù)高壓自適應(yīng)控制和雙傳感器工作方式控制為數(shù)據(jù)采集與處理模塊[4]。為了延長傳感器的使用壽命采用雙傳感器的工作方式控制，也可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，也可以改善因傳感器放電特性變差而引起的誤報(bào)警的問題，可以提升系統(tǒng)整體指標(biāo)。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)顯示控制器（UI）

UI的控制核心使用的是有ARM9內(nèi)核的S3C2440，外部擴(kuò)展512MB NAND FLASH、16MB NOR FLASH和512MB SRAM存儲(chǔ)器；帶有EEPROM和RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘；預(yù)留USB設(shè)備接口和SD卡接口電路；8寸真彩色液晶觸摸屏，用于人機(jī)交互；人體接近自動(dòng)提示功能是通過紅外熱釋傳感器和語音電路完成的。

3.2.4遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

開發(fā)控制中心SQL數(shù)據(jù)庫和客戶端軟件來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)提供用戶、DI、RTU等管理功能，實(shí)現(xiàn)RTU數(shù)據(jù)的管理、維護(hù)和數(shù)據(jù)備份。此系統(tǒng)可以顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)的圖表、報(bào)警日志和終端工作日志等。

四、 結(jié)論

本設(shè)計(jì)利用雙SF6傳感器、多種傳感器的數(shù)據(jù)融合技術(shù)和負(fù)高壓自適應(yīng)技術(shù)對(duì)以前的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，很好的解決了以往在SF6傳感器壽命和工作穩(wěn)定性上的問題；采用DI與UI分離，應(yīng)用場(chǎng)合變得更靈活，可以達(dá)到一個(gè)變電站多個(gè)開關(guān)室或一個(gè)開關(guān)室多個(gè)進(jìn)出口。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 孟忠. SF6開關(guān)室環(huán)境中SF6及氧氣含量在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究[J]. 華北電力技術(shù)， 2005（增刊）： 1-5.

[2] 田勇. 利用激光成像技術(shù)定位檢測(cè)SF6設(shè)備氣體泄漏[J]. 東北電力技術(shù)， 2005（12）： 35-37.

[3]蔡聲鎮(zhèn)， 吳允平， 鄭志遠(yuǎn)等. 高壓變電站室內(nèi)分布式SF6監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào)， 2006（9）： 1033-1036.

[4]William Stallings. 無線通信與網(wǎng)絡(luò)[M]. 何軍譯. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2004.