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高压开关配电室SF6环境监测系统的设计

文章更新时间：2023-11-13　点击量：134

摘要：介绍了高压开关配电室SF6环境监测系统的构成、主要功能、工作原理和设计思路。该系统采用电化学SF6浓度传感器，利用热裂解-电化学复合检测技术实时监测高压开关配电室环境中的SF6浓度，监测氧气含量、温度、湿度等参数。当配电室环境中的SF6浓度和氧气含量超过标准时，现场排气扇会自动启动排气，以确保进入现场的工人的人身安全。该系统具有稳定的性能、准确的测量、可靠的数据、方便的安装、广泛的结构和抗力。

关键字：高压开关配电室；SF6;电化传感器；环境监测系统；复合检测技术

引言

开关室是电厂、变电站等设备集中的地方，尤其是装有SF6设备的开关室。通常，进入开关室进行检查和维护的工人的健康甚至生命都受到严重威胁，因为通风不良可能会因设备中的SF6气体泄漏而受到室内环境的污染。因此，国内《电力安全工作规程》特别规定，氧气和SF6检测报警装置安装在相关场所，必要的通风装置安装在必要的通风装置上。同时，从环保的角度来看，在电厂、变电站、高压开关厂等相关场所安装必要的排气设备。

1系统组成和功能

1.1SF6气体浓度检测方法的比较

空气中微量SF6气体浓度难以检测。以前采用的方法主要有:红外吸收法、放射源电子捕捉检定法、电火花电离法和半导体传感器。红外吸收法和放射源电子捕捉检定器反应速度快，灵敏度高，但价格昂贵，设备体积大；电火花电离法是一种简单的放射源电子捕捉检定器方法，即利用高频电压放电火花代替放射源，形成离子流(基流)。当这种基流接触到SF6等强负电材料时，它会降低它的基流，从而检测出SF6气体的浓度。这种方法灵敏度高，非线性，容易受到空气中其他物质(如水)和温度的影响，尤其是放电电极的腐蚀，使其基流极度不稳定。因此，这种方法常用于检漏便携式卤族元素及其化合物。半导体传感器灵敏度低，对温度、湿度等环境影响很大，稳定性差，应用较少。以上几种方法都是物理方法，而且这些方法都有一些缺点，因此以上几种方法并未得到广泛应用。

近年来，发展起来的电化学传感器检测技术逐渐成熟。由于电化学传感器具有灵敏度高、线性范围广、稳定性好、使用寿命长、价格低的优点，广泛应用于气体检测。然而，由于SF6气体的分子结构极其稳定，无法直接用电化学传感器进行测量，因此系统采用热裂解-电化学复合检测技术。SF6气体被仪器内置的吸气泵吸入仪器，通过热裂解器产生裂解反应，其分解产物与空气中的氧气和水化合后可以产生二次感应。

1.2系统组成

该系统由监控主机、多功能控制器、SF6气体采集器、SF6浓度电化学传感器、氧气探测器、温度变送器、湿度变送器、红外传感器等组成。

1.3系统功能

监控主机具有TFT64位真彩LCD液晶显示屏、键盘操作面板、RS485总线接口等功能，主要完成数据采集、数据显示、报警数据存储、发送控制指令、报警指示、数据上传、软硬复位等功能。

SF6采集器中的气泵和电磁阀由多功能控制器控制，每个通道的SF6气体分时从现场抽到SF6采集器的气室，然后SF6浓度电化学传感器的内置泵从气室吸入SF6气体。采用热裂解-电化学复合检测技术分析采集的SF6气体浓度，将结果转化为4。～20mA的标准信号发送到多功能控制器，通过RS485总线，多功能控制器将测量结果发送到监控主机进行显示、报警和存储。

由于RS485总线已经采用了氧气传感器、温度传感器和湿度传感器的通信方式，通过RS485总线直接将配电室环境中的氧气含量、温度信号和湿度信号与监控主机连接，监控主机将分析、判断、显示、报警和存储接收到的信号。

2工作原理

2.1监控主机的工作原理

监控主机是系统的重要组成部分，采用嵌入式操作系统，大屏幕LCD液晶显示屏，键盘操作面板，图形界面友好，其控制过程如图2所示。

监控主机与多功能控制器、氧气探测器、温度变送器和湿度变送器依次通信，读取各通道SF6浓度、氧气含量、温度和湿度的值。当监控主机检测到配电室某通道SF6气体浓度超过10-3，或氧气含量低于18%时，系统会自动启动排气扇进行排气，并发出SF6气体浓度超标或氧气含量过低的声音报警，通过RS485总线或网络维修，将SF6气体浓度值、氧气含量值、通道位置等报警信息传递给相关人员进行维修。

同时，为了保持SF6配电室的空气畅通，还专门设计了定期自动启动排气扇的功能，即工作人员可以根据自己的需要设置几个时间点。当设定时间到达时，系统会自动启动排气扇进行排气，每次排气的时间也可以根据需要设置。为了在很大程度上保护工作人员的健康，还设置了手动开关和停止排气扇，工作人员可以根据需要随时打开和停止排气扇。此外，系统采用红外传感器，只要工作人员在任何时候进入SF6配电室，都可以自动启动排气扇。