一種數(shù)字式SF6和氧氣濃度氣體檢測(cè)儀的研制與應(yīng)用

鄭服利，林 藝

（廣州供電局電力試驗(yàn)研究院，廣東 廣州510410）

1 研制背景

目前市場(chǎng)廣泛使用的SF6檢漏儀一般分為手持式和非手持式，常見(jiàn)的手持式SF6檢漏儀的各功能一體化設(shè)計(jì)，在電氣設(shè)備帶電運(yùn)行的強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境下，無(wú)法保證試驗(yàn)人員的安全。同時(shí)檢漏儀大部分是單一氣體的檢漏，例如氧氣濃度測(cè)試儀、六氟化硫檢漏儀等，如需實(shí)現(xiàn)多種氣體的檢測(cè)，往往需要攜帶多個(gè)不同氣體檢測(cè)的檢漏儀，十分不便，同時(shí)降低了實(shí)際操作的工作效率。

通常情況下，室內(nèi)GIS均裝有SF6/O2的固定監(jiān)測(cè)裝置，用來(lái)確定GIS是否發(fā)生泄漏以及室內(nèi)O2濃度是否滿(mǎn)足人身安全需要，但目前條件下進(jìn)入室內(nèi)GIS進(jìn)行檢修或試驗(yàn)的人員只通過(guò)此唯一方式確定室內(nèi)的氣體含量，存在一定的危險(xiǎn)性，例如室內(nèi)固定SF6/O2監(jiān)測(cè)裝置故障等，同時(shí)由于大部分需要手持，因此會(huì)妨礙工作人員雙手操作。如何確保進(jìn)入室內(nèi)GIS工作人員安全是電力運(yùn)維人員亟待解決的問(wèn)題。

2 研發(fā)需求分析

電力系統(tǒng)中的微量氣體測(cè)試是保證電網(wǎng)及相關(guān)氣體電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要手段。隨著近年來(lái)電網(wǎng)系統(tǒng)的擴(kuò)大，有著優(yōu)良性能的六氟化硫氣體被廣泛應(yīng)用。同時(shí)由于六氟化硫氣體的特殊性，如遇泄漏等情況，容易造成安全事故風(fēng)險(xiǎn)。由于目前對(duì)于六氟化硫等微量氣體的檢測(cè)工作存在一定的局限性，包括方便性差，每次只能檢測(cè)一種單一的氣體和不利于遠(yuǎn)距離及長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)等問(wèn)題，為相關(guān)工作的開(kāi)展帶來(lái)了不少困難。因此，如能研發(fā)一種智能化的檢測(cè)儀器取代傳統(tǒng)的便捷性能較差的檢測(cè)方式，無(wú)疑能為電力系統(tǒng)對(duì)于微量氣體的檢測(cè)工作提供一定的技術(shù)支持。按照目前省內(nèi)六氟化硫氣體檢測(cè)工作量計(jì)算，本文所研制的數(shù)字式SF6和氧氣濃度氣體檢測(cè)儀的研發(fā)與應(yīng)用將能有效彌補(bǔ)市場(chǎng)空白，推廣性強(qiáng)。

3 技術(shù)研制方案

3.1 技術(shù)設(shè)計(jì)思路

由于電網(wǎng)系統(tǒng)中有多種需要進(jìn)行六氟化硫或氧氣濃度等微量氣體檢測(cè)的工作場(chǎng)合，研究小組通過(guò)對(duì)現(xiàn)有氣體檢測(cè)工作進(jìn)行深入調(diào)研，研究出一種數(shù)字式SF6和氧氣濃度氣體檢測(cè)儀：①采用非分光紅外檢測(cè)傳感技術(shù)，檢測(cè)量程必須大于500 mg/L，檢出限必須滿(mǎn)足電力設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要；②檢漏儀必須能進(jìn)行多種氣體的檢測(cè)，使其取代傳統(tǒng)單一檢測(cè)方式，無(wú)需攜帶多部?jī)x器便能通過(guò)一部檢漏儀檢測(cè)出場(chǎng)地中不同氣體的數(shù)據(jù)值；③滿(mǎn)足室內(nèi)環(huán)境使用要求，包括光線(xiàn)不足情況下的使用；④具備報(bào)警功能，同時(shí)檢測(cè)效果精準(zhǔn)。

3.2 研發(fā)步驟

本檢測(cè)儀的研制通過(guò)五大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括整體外觀設(shè)計(jì)、內(nèi)部吸氣泵、多個(gè)傳感器、管路設(shè)計(jì)與顯示屏設(shè)計(jì)。其中傳感器及管路設(shè)計(jì)作為系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)進(jìn)行著重研究，傳感器的技術(shù)需要采用測(cè)量量程高的技術(shù)，因此需要進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，以確保數(shù)據(jù)的測(cè)量準(zhǔn)確性?？紤]到儀器使用環(huán)境的特殊性，因此在裝置研制時(shí)需要對(duì)其防爆等性能進(jìn)行輔助增加，在整體部件均設(shè)置完成后，對(duì)于整機(jī)使用的連貫性、安全性及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行多次的測(cè)試，最終經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地試驗(yàn)后，得出最終成果。

3.3 裝置技術(shù)原理及特性

本數(shù)字式SF6/O2濃度氣體檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)包括殼體內(nèi)部的吸氣泵、氧氣濃度傳感器、SF6濃度傳感器、管路以及電源信號(hào)線(xiàn)和殼體外部的顯示模塊。而傳感器采用非分光紅外檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)量程不低于500 mg/L，檢出限能滿(mǎn)足電力設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需求。

殼體設(shè)置了進(jìn)氣口和出氣口，氧氣濃度傳感器和SF6濃度傳感器則布置在一個(gè)傳感器外殼內(nèi)，進(jìn)氣口、吸氣泵、傳感器外殼、殼體的出氣口依次通過(guò)管路進(jìn)行連接；顯示模塊分別與氧氣濃度傳感器、SF6濃度傳感器通過(guò)電源信號(hào)線(xiàn)連接，用于顯示氧氣和SF6氣體的檢測(cè)結(jié)果。

管路一共有三條，包括第一管路、第二管路和第三管路，吸氣泵和傳感器外殼均設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口。三條管路與進(jìn)出氣口的連接關(guān)系如下：①第一管路一端連接吸氣泵的進(jìn)氣口，第一管路另一端連接殼體的進(jìn)氣口；②第二管路一端連接吸氣泵的出氣口，第二管路另一端連接傳感器外殼的進(jìn)氣口；③第三管路一端連接傳感器外殼的出氣口，第三管路另一端連接殼體的出氣口。

數(shù)字式SF6/O2濃度氣體檢測(cè)儀還設(shè)有報(bào)警單元，帶有報(bào)警音接觸按鍵，以便于在環(huán)境SF6濃度超過(guò)設(shè)定的安全值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)為了方便在黑暗環(huán)境下的室內(nèi)使用，儀器設(shè)計(jì)了液晶黑暗照明燈，以便于在夜間使用進(jìn)行環(huán)境中SF6濃度檢測(cè)。

3.4 儀器技術(shù)參數(shù)

技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 技術(shù)參數(shù)

3.5 技術(shù)創(chuàng)新

對(duì)于數(shù)字式SF6/O2濃度氣體檢測(cè)儀的研制，研究小組是根據(jù)微量氣體檢測(cè)工作的使用安全指導(dǎo)及環(huán)境進(jìn)行的針對(duì)性研究，因此儀器具有實(shí)用性及便捷性。對(duì)于儀器的設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)在于：①儀器配備大屏幕液晶數(shù)字顯示，顯像清晰，讀數(shù)方便；②采用非分光紅外檢測(cè)傳感技術(shù)，檢測(cè)量程高；③輕巧靈活的機(jī)身內(nèi)部創(chuàng)新設(shè)計(jì)了微型電磁泵，能自動(dòng)采樣被測(cè)氣體；④儀器為安全防爆型，可在各種危險(xiǎn)場(chǎng)所使用；⑤儀器自帶報(bào)警音接觸按鍵和液晶黑暗照明燈，安全性及靈活性高；⑥操作簡(jiǎn)便，一鍵式開(kāi)機(jī)即可檢測(cè)；⑦能進(jìn)行多種氣體的檢測(cè)，無(wú)需攜帶多部?jī)x器便能通過(guò)一部檢漏儀檢測(cè)出場(chǎng)地中不同氣體的數(shù)據(jù)值；⑧高容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，調(diào)取歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)，一目了然。

3.6 應(yīng)用效能

目前，本設(shè)計(jì)的數(shù)字式SF6/O2濃度氣體檢測(cè)儀在廣州多個(gè)220 kV和110 kV變電站多次投入實(shí)際應(yīng)用。在某110 kV變電站主變大修過(guò)程中，及某110 kV變電站GIS室內(nèi)設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，利用本儀器對(duì)GIS室內(nèi)密閉空間進(jìn)行氣體濃度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示該處密閉空間氣體濃度未超標(biāo)，保證密閉作業(yè)空間內(nèi)部氣體濃度的含量符合工作環(huán)境要求；在某所管轄的某電纜T接房進(jìn)行電纜T接筒試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行應(yīng)用，檢測(cè)顯示該處密閉空間的SF6氣體含量為988μL/L，氧氣含量為21%，該處密閉空間的SF6氣體含量濃度超標(biāo)，有效提醒了現(xiàn)場(chǎng)工作人員做好密閉作業(yè)空間的安全防護(hù)措施，保證人員的安全。

4 總結(jié)

隨著科技的不斷發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，電力系統(tǒng)中六氟化硫氣體及氧氣等微量氣體濃度的檢測(cè)方法已經(jīng)從單一、耗時(shí)的檢測(cè)方式向原位、快速及精準(zhǔn)的方向發(fā)展。現(xiàn)有的氣體檢測(cè)方式具有一定的局限性，無(wú)法便捷、快速實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的檢測(cè)和數(shù)據(jù)反饋，導(dǎo)致工作人員在操作上存在一定的工作實(shí)施滯后。本文提出的一種數(shù)字式SF6和氧氣濃度氣體檢測(cè)儀，能降低人員在實(shí)操現(xiàn)場(chǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，縮短操作時(shí)間及提高操作效率，讓數(shù)據(jù)能在第一時(shí)間反饋到使用人員手中，大大提高了企業(yè)的效益。該裝置適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣，將得到有效推廣。