組合電器SF6氣體壓力實時監測系統的研究

歐陽福星

摘要：SF6氣體是一種人造惰性氣體，具有強電負性，在均勻電場中，其絕緣強度可達到空氣的2.5倍，其滅弧能力約為空氣的100倍。正因為具備優良的絕緣性能和滅弧性能，SF6氣體通常作為一種絕緣介質被廣泛地應用于高壓電氣設備。氣體泄漏將會導致斷路器發生故障，引起電力設備事故，從而導致重大經濟損失。因此，保證組合電器中SF6氣體壓力、密度和溫度等在標準規定內是確保設備安全運行的重要指標。而實時監測系統無疑將會提高電氣設備工作的可靠性。

關鍵詞：組合電器;SF6;監測系統

1 現狀分析

1.1 工作人員手工抄錄效率低，導致時間消耗大，多點作業

相對所需員工也增加，同時人工作業容易產生遺漏、偏差，耗費人力物力。

1.2 手工抄錄數據不利于數據的共享和保存，導致瀏覽數

據、分析檢測設備狀態效率降低，且在設施編程、數據的格式上沒有統一要求，形成了數據孤島，對數據的共享形成了制約。

1.3 可能導致對突發情況處理不及時。

無法實時監測，不能實時掌握設備運行狀態，一旦出現故障，從發現到分析再到處理，浪費了很多寶貴時間，在故障和事故處理方面尤為被動。

2 項目主要研究內容

2.1 數據采集，包括溫度、濕度、壓力等。

具體實施方案為：將組合電器的傳統SF6壓力表更換為高精度的無線密度繼電器，連接到開發板且配置狀態采集傳感器，包括壓力傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器等，目的是為了實現基于物聯網的SF6氣體氣密狀態的遠程感知。

2.2 數據傳輸，可通過無線傳輸、GPRS網絡傳輸、5G傳輸等

達到在線監測，部署網絡通訊網，從而實現變電站組合電器氣室的SF6氣體壓力實時在線監測。該模式具有延遲低、效率高等優點，能保證檢測及傳輸系統的精度及可靠性，避免了人工抄錄數據所帶來的精確性差、不易長期保存等弊端。

2.3 數據處理，包括了數據的預處理、記錄變化量以及統計累積量。

針對監測結果得到的數據搭建并不斷完善數據庫，并以此為基礎制作可視化的圖形、列表界面或者梯形模式，可以方便快捷地對數據進行存儲和管理。

2.4 信息反饋，經由技術人員監測得到數據后，在對設備進行評估。

反饋過程是通過數據的積累和處理制作出一個數據變化量的監測報表，在對比分析后還應撰寫評估，再根據評估結果來決定是否需要維護以及確定維護方案。

通過數據積累以及數據處理，并搭建出可靠的用戶平臺，具備觀看實時數據、查看歷史數據、進行數據分析等功能，在發現故障并制定維護、處理決策的同時，也提高了對故障發生預知的能力。

3 工作原理和設計

SF6氣體監測的標準參考數值為：在額定溫度為20℃時，電氣設備中SF6氣體的密度值。在電氣設備工作時，SF6氣體壓力不是一成不變的，會根據外界溫度的變化而做出相應的改變，但如果采用密封性能良好的SF6斷路器，電氣設備中SF6氣體的密度值應維持不變。所以，為了準確地判斷SF6氣體密度值變化的原因，電氣設備中SF6氣體應該經過溫度補償后，在溫度為20℃的條件下，通過壓力檢測，并以壓力值表示出來。

為使無線密度繼電器正常運行，必須確保工作在額定壓力下進行。當作業環境的溫度發生改變時，電氣設備中SF6氣體的壓力隨之改變，這時繼電器內部所包含的溫度補償單元將會對變化的壓力不斷修正，使其額定壓力示值不變，遠傳部分把壓力信號轉變RS485差模信號，進行遠距離傳送。在控制室內即可監測到SF6的壓力狀態。繼電器還有保護和控制功能，當SF6氣體發生意外泄漏事故，壓力下降，到達報警閾值時，繼電器將會發出報警信息，提醒監督人員及時維護;而當事故加劇，到達閉鎖閾值時，繼電器將直接閉鎖整套系統，停止電氣設備運行，為設備的安全運行做出保障。

4 技術難點及創新點

4.1 技術難點。

第一，實現組合電器SF6氣體壓力值的實時無線遠傳監測。使SF6氣體壓力值具備無線遠傳功能，首先要做到傳感器與監控模塊之間的無線通信，這樣才能保證數據的實時性及有效性。第二，針對監測結果搭建完善的數據庫。數據庫在整個系統架構中起到數據匯總和轉發的作用，負責接收監控模塊上傳的數據，也可以由客戶端直接調取數據，從而使技術人員可以方便快捷的對數據進行存儲和管理。第三，客戶端的搭建。建立可視化圖形、列表界面或梯形模式，還應對數據進行處理，例如將組合電器SF6氣體壓力值換算為年泄漏率等關鍵指標，設置預警閾值和區間等。

4.2 創新點。

第一，實現壓力值監測結果的無線遠傳。目前在運的組合電器，均通過傳統SF6壓力表顯示壓力值，僅能通過人工進行抄錄，不具有SF6氣體壓力值實時信號輸出功能。第二，基于數據庫的用戶平臺開發。以往人工抄錄的組合電器SF6氣體壓力值是由后臺分析人員進行查看并分析的，這種方式效率低，勞動強度大，且分析過程和結果容易出現紕漏，依賴工作經驗程度，不具有客觀性和科學性。用戶平臺則可以全面地、真實地得到監測壓力值，不僅有助于減少手工抄錄信息的二次處理工作量，還可以減少人為錯誤的發生，從而進行科學地分析，最終得出科學結果。數據的透明化和可靠性還利于電器設備的規范化檢查管理，避免錯檢、漏檢，及時有效的做出設備維護檢修方案。

5 結論

實現SF6氣體壓力值的實時監測及無線傳輸，可以遠程動態掌握組合電器SF6氣體壓力值的狀態，通過實驗檢測評估各類感知設備的可行度及傳輸數據的精確度，并完成數據采集、處理、評估及維護，從而加速推進無人值守，加快變電站智能化布局。

參考文獻

[1]張建文.電氣設備故障診斷技術[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2]林福昌.高電壓工程[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]張云飛.六氟化硫（SF_6）斷路器的應用及六氟化硫環保問題[J].化工科技市場，2009，32（02）：35-38.

[4]?張俊.斷路器在線監測系統研究與設計，2013.

[5]古玲霞.一種全溫度SF6氣體密度繼電器校驗裝置的研究，2015.