高壓開關配電室SF6氣體濃度變送器標定系統的設計

沈陽儀表科學研究院有限公司 何 方 張 軍 王松亭 徐海寧 張海軍 常 偉 張 娜

中工國際工程股份有限公司 王 蘊

沈陽職業技術學院 劉麗紅

采用目前先進的檢測技術、控制技術、通訊技術、智能化技術；應用可編程控制器，以昆侖通泰組態軟件為平臺，設計了一套高壓開關配電室SF6氣體濃度變送器標定系統。本系統具有標定精度高、操作方便、標定速度快、自動統計、界面友好等特點。

1 概述

高壓開關是電廠、變電站的重要設備之一，為了能夠安全可靠地將電力送到國家電網，必須確保高壓開關等設備工作正常、可靠運行。 目前在高壓開關GIS設備中，均采用SF6氣體作為絕緣保護氣體和滅弧介質，SF6氣體本身沒有毒性，但被電弧分解后的分解物中包含多種有毒氣體，一旦有毒的氣體泄露到高壓開關室中，將會給高壓開關室內的工作人員帶來嚴重危害（黎斌.SF6高壓電器設計.北京:機械工業出版社,2003,7）。同時，為保證高壓開關室內的工作人員的身體健康，對高壓開關室內的氧氣含量也需實時監測。因此，我國電力安全工作規程中明確提出，在高壓開關配電室安裝有監測SF6氣體濃度和氧氣含量的環境監測系統（國家電網公司.國家電網公司電力安全工作規程.北京:中國電力出版社,2005,3）。

在以往的系統中，SF6氣體濃度變送器和氧氣含量變送器是兩臺獨立的設備，由監測系統分別采集SF6氣體濃度和氧氣含量的信號，這就使得系統中傳感器的數量很多，相應采集系統的監測點數也很多，系統的成本及價格也比較高。

為解決以上問題，近幾年越來越多的傳感器生產廠家，開發出能夠同時檢測SF6氣體濃度和氧氣含量的復合變送器，輸出信號采用RS485總線的方式，這樣大幅度減少了傳感器的數量，使信號采集系統也更為簡化，大大降低了系統的成本及價格。

目前，對SF6氣體濃度和氧氣含量復合變送器的標定，采用的單臺單參數的方式進行，具體的標定方法一般是采用將變送器放入一氣袋內，充入一定標準濃度的SF6氣體，變送器的輸出信號與安裝有標定軟件的計算機相連接，傳感器測試人員，通過計算機顯示的測試結果進行分析，然后通過計算機將變送器的補償數據寫入變送器，完成一臺變送器SF6氣體濃度的標定；同樣，還需要采用類似的方法對氧氣含量進行一次標定，兩次標定完成后，一臺變送器的標定工作才得以完成。

上述變送器標定的方法，存在許多不足之處，主要體現在：

（1）對SF6氣體濃度和氧氣含量分別進行標定，操作過程繁瑣；

（2）每次只能對一臺變送器進行標定，標定的效率不高；

（3）由于只采用了一點標定，標定的精度較低；

（4）由于標定中采用的SF6氣體沒有回收，造成SF6氣體的浪費，同時對環境也會產生污染。

因此，設計一種準確度高、操作方便、標定速度快的SF6氣體濃度和氧氣含量復合變送器標定系統具有十分重要的意義。

2 系統組成及主要功能

本系統主要由待標定SF6氣體濃度和氧氣含量復合變送器、高精度SF6氣體濃度變送器、高精度氧氣含量變送器、變送器測試罐、溫度傳感器、真空壓力表、SF6氣體儲氣罐、氧氣儲氣罐、高純氮氣儲氣罐、單向逆止閥、真空泵、監控主機、可編程控制器、繼電器、電磁閥、打印機、控制箱等組成。其系統組成示意圖如圖1所示。

圖1 高壓開關配電室SF6濃度變送器標定系統結構示意圖

如圖1所示，變送器測試罐是一個密封的罐體，其上通過氬弧焊焊接的方式焊接有多個單向逆止閥，待標定變送器安裝在單向逆止閥上，為了檢測標定時的環境溫度及測試罐的壓力，在變送器測試罐上設置了溫度傳感器和真空壓力表。

根據相關標準，用于高壓開關配電室SF6氣體濃度檢測變送器的量程一般為0-1500ppm，氧氣含量的量程一般為0-25%（高壓組合電器配電室六氟化硫環境監測系統(機械行業標準IB/T 10893-2008).北京:機械工業出版社,2008,11），為了實現多點標定，系統設計了5個SF6氣體儲氣罐、5個氧氣儲氣罐、1個高純度氮氣儲氣罐，每個儲氣罐上都焊接了2個單向逆止閥，分別用于向變送器測試罐中充入氣體和接收通過真空泵從變送器測試罐抽回來的氣體。5個SF6氣體儲氣罐中分別儲存有300ppm、600ppm、900ppm、1200ppm、1500ppm濃度的SF6壓縮氣體；5個氧氣儲氣罐中分別儲存有氧氣含量為5%、10%、15%、20%、25%的壓縮氣體；高純度氮氣儲氣罐中儲存有純度接近100%的壓縮氮氣。

本系統的功能主要包括以下幾個方面：

（1）系統具有手動、自動兩種標定模式。在手動模式下，操作人員通過手動操作監控主機觸摸屏，可實現對待標定變送器的標定；在自動標定模式下，系統按照參數設置表中設置的參數，自動完成批量的變送器的標定工作。

（1）本系統一次可以同時標定10支變送器，標定效率較高。

（3）系統設有參數設置界面，通過參數設置表，可以實現對待標定變送器量程、誤差等多個參數的設置，提高系統的通用性和靈活性。

（4）操作人員可以隨時操作監控主機界面，按照標定時間段生成相應的數據報表；生成任意時間段的變送器標定數據的統計報表；通過打印機打印測試數據報表或統計數據報表。

（5）操作人員可以隨時操作監控主機界面，通過U盤對各種標定數據及統計數據進行備份。

（6）為確保只有經授權的操作人員才能操作本系統，監控主機設置啟動登錄界面，需輸入正確的使用者姓名和密碼后方可進入系統工作。

圖2 高壓開關配電室SF6濃度變送器標定系統控制箱結構示意圖

3 工作原理

為實現對變送器測試罐各種濃度的SF6氣體、各種含量的氧氣以及高純氮氣充氣抽氣的控制，系統設計了一個控制箱，控制箱內主要配置了可編程控制器、繼電器、電磁閥、電磁閥組、真空泵等設備，控制箱組成示意圖如圖2所示。

如圖2所示，電磁閥組1和電磁閥組2分別由5個電磁閥級聯在一起組成，其輸出口級連在一起，具有共同的輸出口。

真空泵1通過管路一端與單向逆止閥相連接，另一端與電磁閥組1的公共輸出口相連接；真空泵2通過管路一端與單向逆止閥相連接，另一端與電磁閥組2的公共輸出口相連接。

本系統的工作流程如下：

（1）操作人員通過操作監控主機，控制可編程控制器啟動標定程序，在第一次使用本系統之前，首先將變送器測試罐抽真空。

（2）可編程控制器控制繼電器動作、電磁閥導通，使高純氮氣儲氣罐中的高純氮氣充入變送器測試罐中，可編程控制器讀取高精度SF6濃度變送器、溫度傳感器、待標定變送器檢測的數值，通過將待標定變送器與高精度SF6濃度變送器、高精度氧氣變送器檢測的數值相比較，實現對待標定變送器0ppm SF6濃度及0%氧氣含量的標定。

標定完成后，可編程控制器控制繼電器、電磁閥，進而控制真空泵3啟動，將變送器測試罐中的高純氮氣充回高純氮氣儲氣罐中，然后控制繼電器，關閉電磁閥。

（3）零點標定完成后，可編程控制器通過控制繼電器動作、電磁閥導通，使第1個SF6氣體儲氣罐中的濃度為300ppm的 SF6氣體充入變送器測試罐中，通過將待標定變送器與高精度SF6濃度變送器檢測的數值相比較，實現對待標定變送器300ppm濃度的標定。

標定完成后，可編程控制器控制繼電器動作、進而控制電磁閥組1中的電磁閥12導通，同時控制繼電器23動作，進而控制真空泵1啟動，將變送器測試罐中300ppm濃度的SF6氣體充回第1個SF6氣體儲氣罐中，然后控制繼電器，關閉電磁閥。

相應地按照上述方法完成待標定變送器600ppm、900ppm、1200ppm、1500ppm濃度的標定。

（4）當SF6氣體濃度參數標定完成后，采用同樣方法對變送器10%、15%、20%、25%氧氣含量的進行標定。

經過以上操作，就完成了一組變送器標定工作。

4 結束語

本文設計的高壓開關配電室SF6氣體濃度變送器標定系統，具有標定精度好、標定效率高、自動統計、自動分析、操作界面友好等特點，并在實際生產中得到較好的應用。隨著市場對SF6氣體濃度變送器需求的快速增長，本系統在實際應用中必然會發揮越來越重要的作用。