一種數(shù)字式SF6和氧氣濃度氣體檢測儀的研制與應用

鄭服利，林 藝

（廣州供電局電力試驗研究院，廣東 廣州510410）

1 研制背景

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

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

2 研發(fā)需求分析

電力系統(tǒng)中的微量氣體測試是保證電網(wǎng)及相關(guān)氣體電氣設(shè)備安全可靠運行的重要手段。隨著近年來電網(wǎng)系統(tǒng)的擴大，有著優(yōu)良性能的六氟化硫氣體被廣泛應用。同時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險。由于目前對于六氟化硫等微量氣體的檢測工作存在一定的局限性，包括方便性差，每次只能檢測一種單一的氣體和不利于遠距離及長時間檢測等問題，為相關(guān)工作的開展帶來了不少困難。因此，如能研發(fā)一種智能化的檢測儀器取代傳統(tǒng)的便捷性能較差的檢測方式，無疑能為電力系統(tǒng)對于微量氣體的檢測工作提供一定的技術(shù)支持。按照目前省內(nèi)六氟化硫氣體檢測工作量計算，本文所研制的數(shù)字式SF6和氧氣濃度氣體檢測儀的研發(fā)與應用將能有效彌補市場空白，推廣性強。

3 技術(shù)研制方案

3.1 技術(shù)設(shè)計思路

由于電網(wǎng)系統(tǒng)中有多種需要進行六氟化硫或氧氣濃度等微量氣體檢測的工作場合，研究小組通過對現(xiàn)有氣體檢測工作進行深入調(diào)研，研究出一種數(shù)字式SF6和氧氣濃度氣體檢測儀：①采用非分光紅外檢測傳感技術(shù)，檢測量程必須大于500 mg/L，檢出限必須滿足電力設(shè)備現(xiàn)場需要；②檢漏儀必須能進行多種氣體的檢測，使其取代傳統(tǒng)單一檢測方式，無需攜帶多部儀器便能通過一部檢漏儀檢測出場地中不同氣體的數(shù)據(jù)值；③滿足室內(nèi)環(huán)境使用要求，包括光線不足情況下的使用；④具備報警功能，同時檢測效果精準。

3.2 研發(fā)步驟

本檢測儀的研制通過五大部分進行設(shè)計，包括整體外觀設(shè)計、內(nèi)部吸氣泵、多個傳感器、管路設(shè)計與顯示屏設(shè)計。其中傳感器及管路設(shè)計作為系統(tǒng)性的設(shè)計進行著重研究，傳感器的技術(shù)需要采用測量量程高的技術(shù)，因此需要進行反復測試，以確保數(shù)據(jù)的測量準確性。考慮到儀器使用環(huán)境的特殊性，因此在裝置研制時需要對其防爆等性能進行輔助增加，在整體部件均設(shè)置完成后，對于整機使用的連貫性、安全性及數(shù)據(jù)準確性進行多次的測試，最終經(jīng)過現(xiàn)場實地試驗后，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、管路以及電源信號線和殼體外部的顯示模塊。而傳感器采用非分光紅外檢測技術(shù)，檢測量程不低于500 mg/L，檢出限能滿足電力設(shè)備現(xiàn)場需求。

殼體設(shè)置了進氣口和出氣口，氧氣濃度傳感器和SF6濃度傳感器則布置在一個傳感器外殼內(nèi)，進氣口、吸氣泵、傳感器外殼、殼體的出氣口依次通過管路進行連接；顯示模塊分別與氧氣濃度傳感器、SF6濃度傳感器通過電源信號線連接，用于顯示氧氣和SF6氣體的檢測結(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)置有進氣口和出氣口。三條管路與進出氣口的連接關(guān)系如下：①第一管路一端連接吸氣泵的進氣口，第一管路另一端連接殼體的進氣口；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濃度氣體檢測儀還設(shè)有報警單元，帶有報警音接觸按鍵，以便于在環(huán)境SF6濃度超過設(shè)定的安全值時進行報警。同時為了方便在黑暗環(huán)境下的室內(nèi)使用，儀器設(shè)計了液晶黑暗照明燈，以便于在夜間使用進行環(huán)境中SF6濃度檢測。

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

對于數(shù)字式SF6/O2濃度氣體檢測儀的研制，研究小組是根據(jù)微量氣體檢測工作的使用安全指導及環(huán)境進行的針對性研究，因此儀器具有實用性及便捷性。對于儀器的設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新點在于：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傳感技術(shù)，檢測量程高；③輕巧靈活的機身內(nèi)部創(chuàng)新設(shè)計了微型電磁泵，能自動采樣被測氣體；④儀器為安全防爆型，可在各種危險場所使用；⑤儀器自帶報警音接觸按鍵和液晶黑暗照明燈，安全性及靈活性高；⑥操作簡便，一鍵式開機即可檢測；⑦能進行多種氣體的檢測，無需攜帶多部儀器便能通過一部檢漏儀檢測出場地中不同氣體的數(shù)據(jù)值；⑧高容量數(shù)據(jù)存儲，調(diào)取歷史檢測數(shù)據(jù)，一目了然。

3.6 應用效能

目前，本設(shè)計的數(shù)字式SF6/O2濃度氣體檢測儀在廣州多個220 kV和110 kV變電站多次投入實際應用。在某110 kV變電站主變大修過程中，及某110 kV變電站GIS室內(nèi)設(shè)備進行耐壓試驗時，利用本儀器對GIS室內(nèi)密閉空間進行氣體濃度檢測，檢測結(jié)果顯示該處密閉空間氣體濃度未超標，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接房進行電纜T接筒試驗過程進行應用，檢測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，有效提醒了現(xiàn)場工作人員做好密閉作業(yè)空間的安全防護措施，保證人員的安全。

4 總結(jié)

隨著科技的不斷發(fā)展及其在各個領(lǐng)域的應用，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方法已經(jīng)從單一、耗時的檢測方式向原位、快速及精準的方向發(fā)展。現(xiàn)有的氣體檢測方式具有一定的局限性，無法便捷、快速實現(xiàn)精準的檢測和數(shù)據(jù)反饋，導致工作人員在操作上存在一定的工作實施滯后。本文提出的一種數(shù)字式SF6和氧氣濃度氣體檢測儀，能降低人員在實操現(xiàn)場的安全風險，縮短操作時間及提高操作效率，讓數(shù)據(jù)能在第一時間反饋到使用人員手中，大大提高了企業(yè)的效益。該裝置適應性強、用途廣，將得到有效推廣。