SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置

金海望 盧德均 王占偉 董春超 魏 征

（國網(wǎng)冀北電力檢修分公司，北京 102488）

SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置

金海望 盧德均 王占偉 董春超 魏 征

（國網(wǎng)冀北電力檢修分公司，北京 102488）

針對常規(guī)變電站或發(fā)電廠中已發(fā)生過SF6漏氣缺陷的設備，研制SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置，通過設置指定壓力值、漏氣速率兩種報警方式，提前對SF6設備的壓力降低現(xiàn)象進行預警。同時，可向裝置征詢當時SF6壓力值，實時掌握SF6設備壓力，提高對已出現(xiàn)報警的設備“可控在控”能力。本文描述了裝置原理與結構，重點包括裝置的整體設計與制造工藝，元器件的技術參數(shù)與應用安全性等。通過制作針對不同SF6設備的對接接頭，實現(xiàn)在不同電壓等級、不同類型SF6設備上直接帶壓安裝使用，安全可靠。

SF6泄漏；在線監(jiān)測；預警裝置；漏氣速率

在各個變電站與發(fā)電廠內(nèi)，SF6設備若出現(xiàn)泄漏，氣體密度表指針達到一定壓力值后將進行報警。而對于已存在漏氣點的SF6設備，長期泄漏下，有可能出現(xiàn)漏氣速率加快，待技術人員趕到現(xiàn)場處理時，設備氣體壓力可能已經(jīng)接近或者越過了報警值。針對SF6斷路器設備，可能已出現(xiàn)了閉鎖[1]，嚴重時還會造成SF6氣體絕緣降低，導致出現(xiàn)擊穿接地故障。針對這一問題，研制一種無線監(jiān)測與預警裝置，實現(xiàn)對發(fā)生過漏氣缺陷的SF6設備壓力的實時在線監(jiān)控，達到提前預判的目的。

1 缺陷處理的現(xiàn)狀

在常規(guī)變電站或發(fā)電廠內(nèi)，對于發(fā)生過漏氣缺陷的SF6設備，為保證其不發(fā)生報警、閉鎖缺陷，甚至是氣體絕緣降低導致?lián)舸┦鹿剩ǔＪ峭ㄟ^加強人工巡視的方式進行重點監(jiān)控，通過人工巡視SF6氣體密度表的指針，監(jiān)視氣體密度，需進行讀數(shù)、對比，極為不方便，易出現(xiàn)人員懈怠。

目前的智能變電站或發(fā)電廠中都有SF6設備的氣體在線監(jiān)測裝置投入應用[2-3]，可對SF6設備氣體壓力實施進行監(jiān)測，發(fā)送后臺進行預警。但在常規(guī)變電站或發(fā)電廠中欲增加此項功能，需要進行大規(guī)模的技改，從人力、成本上考慮，都無法得以實現(xiàn)。因此，可通過研制SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置，在常規(guī)站實現(xiàn)對發(fā)生過漏氣缺陷的SF6設備壓力進行在線監(jiān)控，并通過對設定時段的漏氣速率進行監(jiān)測，可對SF6設備的壓力降低現(xiàn)象進行提前預警與實時掌握，提高設備運行可靠性[4]。

2 裝置原理與結構

2.1 SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置原理

壓力傳感器將探頭測得的氣體壓力數(shù)據(jù)通過A/D轉換后傳輸給單片機，單片機通過串口向GPRS模塊發(fā)送AT指令，GPRS模塊發(fā)送的無線信號通過連通短信服務中心，將數(shù)據(jù)傳輸給手機，實現(xiàn)實時監(jiān)控與報警，工作流程如圖1所示。

圖1 SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置

2.2 SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置結構

該裝置包含以下5個部分。

1）MPT570微功耗壓力變送器。變送器通過自制連接接口與SF6設備進行連接，可帶壓安裝與拆卸，變送器采集數(shù)據(jù)，將物理信號轉化為電信號，同時變送器還帶有A/D轉化模塊，轉化為數(shù)字信號傳遞給單片機，MPT570微功耗壓力變送器如圖2所示。

圖2 MPT570微功耗壓力變送器

2）單片機。制作PCB，如圖3所示，將CPU（stm32l151c8t6）、GPRS模塊（SIM900A）、開關電源芯片（MP2303）及電阻電感電容通過外圍電路進行連接，形成功能完整的單片機。在電路設計時，對SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置的內(nèi)部抗干擾性進行了多方面的考慮：如在單片機的抗干擾GPRS模塊的入口加了磁珠，抑制電路上的超頻電流，防止進入模塊；在開關電源進出口都了加電容元件，起到濾波，使電壓更加平滑的作用；PCB較多接地點，起到了靜電屏蔽的作用。

圖3 單片機

3）電源模塊。SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置由于所需功率較小，在裝置上內(nèi)置12V電池，即可提供百小時的穩(wěn)定電源，便攜可靠，如圖4所示。

圖4 電源模塊

4）金屬屏蔽外殼。針對來自變電站或發(fā)電廠的電磁干擾，設備設計了金屬外殼，起到靜電屏蔽，抗外界干擾的作用[6]，如圖5所示。另外，外殼上蓋一圈裝有密封圈，可起到密封的作用，如圖6所示。

圖5 金屬屏蔽外殼

圖6 外殼上蓋密封圈

5）無線接收裝置。變送器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機經(jīng)過存儲、計算后發(fā)送至GPRS模塊，GPRS模塊發(fā)出無線信號，通過連通短信服務中心將數(shù)據(jù)傳輸給手機，實現(xiàn)定時監(jiān)控與報警的目的。壓力數(shù)據(jù)的發(fā)送周期（即壓力、漏氣速率監(jiān)測周期）可在單片機上進行初始設置，也可后期通過手機指令進行更改，實現(xiàn)定時監(jiān)測SF6設備壓力值的目的。

3 應用

3.1 現(xiàn)場安裝

SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置可直接在帶電運行SF6設備上帶壓安裝與拆卸，針對傳統(tǒng)變電站或發(fā)電廠內(nèi)發(fā)生過漏氣的設備進行監(jiān)測[7]，裝置在現(xiàn)場帶壓安裝如圖7所示。

在接頭制作工藝上，保證密封性，銜接可靠，如圖8所示。針對不同SF6設備的充氣口，可制作不同形狀的接頭，實現(xiàn)對接。

另外，從表1壓力傳感器的參數(shù)可以看出，該裝置具有絕對安全性，不影響設備正常運行。

表1 壓力傳感器參數(shù)

裝置采用了無線信號傳輸。減少了站內(nèi)數(shù)據(jù)通訊傳輸接口資源的占用，避免了挖礦鋪路等基建工程。

圖7 現(xiàn)場帶壓安裝

圖8 連接接頭

3.2 報警設置

根據(jù)現(xiàn)場需求，本SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置對SF6設備實現(xiàn)了3h壓力定時監(jiān)測，發(fā)送至手機，實時掌握現(xiàn)場壓力，并設置兩種報警形式。

1）壓力值報警

SF6壓力低于設置報警壓力值發(fā)出報警信號。其設置應大于現(xiàn)場中SF6壓力表內(nèi)設置的機械報警壓力值，如現(xiàn)場機械報警壓力值為0.55MPa，可設置裝置報警壓力值為0.58MPa，實現(xiàn)對漏氣設備的加強監(jiān)視。

2）漏氣速率報警

對SF6壓力進行采樣，當單片機計算1h內(nèi)漏氣速率超0.000025MPs/h，即使實際壓力未低于報警壓力時，可認為SF6設備出現(xiàn)壓力快速下降現(xiàn)象，馬上發(fā)出警示信號，提醒注意，其漏氣速率的計算公式如下：

式中，測量壓力值t1：t1時刻測量值；測量壓力值t2：t2時刻測量值。

漏氣速率的監(jiān)測周期（t1-t2）可以進行任意設置，本裝置設置1h低于以上壓力值報警的3h定時監(jiān)測，好處是若SF6氣體漏氣速率出現(xiàn)突然增大時，可以實現(xiàn)提前報警，為處理這類嚴重的漏氣缺陷提供的時間，也為SF6設備氣體壓力報警提供了新的判據(jù)[8-9]。

設備壓力出現(xiàn)以上兩個任一個報警，即可加強人工遠程監(jiān)視，通過人工發(fā)送指令，向SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置征詢當時SF6壓力值，便于設備管轄人員實時掌握SF6壓力值，根據(jù)設備狀態(tài)做出對應的消缺處理方案。

3.3 應用效果

該裝置目前在多個變電站或發(fā)電廠內(nèi)進行試用，已成功進行了多次提前報警，有效提高的SF6設備的運行可靠性。通過制作針對不同設備的連接接頭，可實現(xiàn)不同設備的連接監(jiān)視，隨著GIS設備的數(shù)量不斷增多，其應用處也隨之廣泛。可在全國范圍內(nèi)推廣應用，縮短該類SF6泄漏設備的監(jiān)視周期，降低人員車輛需求、資金耗費，有效避免了嚴重泄漏導致的SF6設備絕緣不夠引發(fā)故障，減少了負荷損失，保證供電安全可靠，將取得可觀的經(jīng)濟效益和社會效益[10]。

4 結論

本文詳細描述了該裝置原理與結構，重點包括SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預警裝置的整體設計與制造工藝，元器件的技術參數(shù)與應用安全性等。通過在裝置設置指定壓力值、漏氣速率，提供兩種報警方式，提前對SF6設備的壓力降低現(xiàn)象進行預警，加強對SF6設備的在線監(jiān)測。同時，可通過向裝置發(fā)送指令，征詢當時SF6壓力值，實時掌握SF6設備壓力，提高對已出現(xiàn)報警的設備“可控在控”能力。

[1] 金海望. SF6泄漏類缺陷預警與處理的新技術[J]. 華北電力技術, 2015, 5: 1-6.

[2] 王永強, 程仲林, 張重遠. 關于SF6氣體絕緣組合電器中微水問題的研究[J]. 電力情報, 2001(2): 40-43.

[3] 宋彪, 王思超. 淺談SF6斷路器維護檢修及故障處理[J]. 供用電, 2006, 23(6): 25-26.

[4] 羅壯. 對降低LW6-220H型六氟化硫斷路器報警及分合閘壓力的探討[J]. 電氣開關, 2011, 5(5): 9-11. [5] 劉洋, 鄒同華, 劉峻. 壓力變送器的研究與發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 通用機械, 2005(2): 43-46.

[6] 周洋. 基于GPRS無線傳輸系統(tǒng)的研究[D]. 石家莊:河北科技大學, 2012: 66-67.

[7] 何文杰. 巴中500千伏變電站SF6氣體微水含量在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[D]. 成都: 電子科技大學, 2015: 30-34.

[8] 孟勇. SF6開關設備檢漏及漏點處理現(xiàn)場實踐[J]. 高壓電器, 2010, 5(46): 92-97.

[9] 張艷妍, 蒙海軍, 姚翔. GIS設備包扎檢漏的新方法及在工程中的應用[J]. 電力建設, 2007, 28(11): 48-51.

[10] 高虹, 仝海梅. SF6組合電器及高壓斷路器漏氣的處理[J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟, 2009, 19(32): 210-211.

Wireless Monitoring and Early Warning Devices for SF6Leakage Defect

Jin Haiwang Lu Dejun Wang Zhanwei Dong Chunchao Wei Zheng
(Jibei Electric Power Maintenance Company, Beijing 102488)

For the equipment which has SF6gas leakage defect in the in plant station, wireless monitoring and early warning devices for SF6leakage defect were developed, and the early warning for reducing of SF6equipment pressure was developed in by setting the specified pressure value and air leakage rate. At the same time, through consulting SF6pressure value in the device, the ability of controlling the device which had given alarm increased. In this paper the principle and structure were described, mainly including the overall design and manufacturing technology of the devices, technical parameters and application safety of components and so on. By making butt joints of different SF6equipment, directly installing and using with voltage on SF6devices with different voltage grades and different types were realized, and it was safe and reliable.

SF6leakage; on-line monitoring; warning devices; leakage rate