CN102661834B - 高灵敏度多路sf6在线检漏仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪，包含：洗气室，其出气口连接有洗气用电磁阀；集气室，其进气口连接洗气用电磁阀；该集气室的进气口还连接有若干路试样，每路试样与集气室之间的气路上设有气路电磁阀；抽气泵，其进气口连接集气室的出气口；传感器气室，其进气口和出气口各连接有传感器用电磁阀，进气口处的传感器用电磁阀连接抽气泵的出气口；废气室，其进气口连接传感器气室出气口处的传感器用电磁阀；以及，控制电路；传感器气室内设有传感器。本发明能实时检测SF6的含量，显示检测结果；在无需开关设备断电的情况下，同时检测多路气体试样，自由切换所需进行测试的气路；对检漏仪的气路进行清洗，不同气路的测试过程间没有相互干扰。

Description

高灵敏度多路SF6在线检漏仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种电力工程技术领域的检测系统，具体是一种对于高压变电站内泄漏SF6的在线检测仪器及其检测方法。

背景技术

SF6气体因其优异的灭弧和良好的绝缘能力被广泛地应用在电力设备中，比如SF6高压断路器和SF6封闭组合开关等。常温下纯净的SF6是一种无毒、无味、透明的气体，但随着SF6的泄漏以及外部潮气向开关柜内的渗透，导致设备内部水分含量的增加，在大功率电弧，火花放电和电晕放电的作用下，SF6和H₂O产生水解反应会分解出多种有毒有害的腐蚀性物质，比如HF，SOF2等。因此在使用SF6的电力设备中，SF6的泄漏不仅对开关设备的运行性能有影响，其衍生物更会危害人体健康及污染环境，所以检测SF6的泄漏含量至关重要。

目前应用较多的检测SF6气体含量的方法有电子捕获探测（ECD）和局部真空负离子捕获探测（NIC）等，但这两种方法都有一定的缺点，前者的缺点在于需内置辐射源，并且需内置高纯氩气，后者的缺点在于需要配置高真空度的真空泵，并要与流量传感器完美配合，使得仪器成本升高，结构复杂。

发明内容

本发明提供一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪及其检测方法，基于SF6分子对于特定波长的红外光的吸收原理，解决了电子捕获探测法（ECD）需要内置辐射源和高纯氩气的缺陷以及局部真空负离子捕获探测法（NIC）需要高真空环境的问题，在无需开关设备断电的情况下，能检测多路来自不同方向的气体样本，检测灵敏度达到1ppm，同时具备自动检测模式和手动检测模式，实时显示检测结果，并在气体含量超过允许值时自动报警。

为实现上述目的，本发明提供了一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪，其特点是，该检漏仪包含：

洗气室，其出气口连接有洗气用电磁阀；

集气室，其进气口连接洗气用电磁阀；该集气室的进气口还连接有若干路试样，每路试样与集气室之间的气路上设有气路电磁阀；

抽气泵，其进气口连接集气室的出气口；

传感器气室，其进气口和出气口各连接有传感器用电磁阀，进气口处的传感器用电磁阀连接抽气泵的出气口；

废气室，其进气口连接传感器气室出气口处的传感器用电磁阀；以及，

控制电路；

上述的传感器气室内设有传感器。

上述的控制电路包含：

控制模块；

传感器电平转换电路，其分别与控制模块和传感器双向电路连接；

显示模块，其与控制模块双向电路连接；

输入模块，其与控制模块双向电路连接；

若干电磁阀驱动电路，其分别电路连接控制模块的输出端；该电磁阀驱动电路分别电路连接并设置在传感器用电磁阀、洗气用电磁阀和各个气路电磁阀上；

抽气阀驱动电路，其电路连接控制模块的输出端；该抽气阀驱动电路电路连接并设置在抽气泵上；以及，

数码管显示模块，其电路连接所述控制模块的输出端。

上述的传感器采用红外SF6传感器。

上述的传感器气室中设有三芯航空接头，其电路连接传感器的电源线、地线和数据线。

上述的洗气室中充有氮气。

一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪的检测方法，其特点是，该方法包含以下步骤：

步骤1、传感器进行初始化，控制模块读取传感器中各个寄存器的值；

步骤2、控制模块设置抽气气路的长度，用来控制抽气泵的抽气时间；

步骤3、控制模块选择检测试样的工作模式，若选择自动模式，则跳转到步骤4，若选择手动模式，则跳转到步骤5；

步骤4、依次检测若干路试样，每路试样的检测流程为，控制模块打开试样相对应的气路电磁阀、抽气泵和传感器气室进气口处的传感器用电磁阀，将被测气体抽取至传感器气室，然后关闭该气路电磁阀及抽气泵，控制模块读取传感器数据，获得被测试样中SF6的含量；

打开抽气泵、洗气用电磁阀和传感器气室出气口处的传感器用电磁阀，洗气室中的气体通过传感器气室进入废气室，完成对传感器气室的清洗；

依次按上述同样的检测顺序各个试样进行检测，完成后跳转到步骤6；

步骤5、控制模块选择所要测试的试样的气路号，打开相应试样的气路相对应的气路电磁阀、抽气泵和传感器气室进气口处的传感器用电磁阀，将该试样中的被测气体抽取至传感器气室，然后关闭该试样气路的气路电磁阀及抽气泵，控制模块读取传感器数据，获得被测气路中SF6的含量；

打开抽气泵、洗气用电磁阀和传感器气室出气口处的传感器用电磁阀，洗气室中的气体通过传感器气室进入废气室，完成对传感器气室的清洗，并跳转到步骤6；

步骤6、控制模块将检测结果传输至显示模块显示所检测得的SF6气体含量；

步骤7、控制模块判断气体含量是否超出阈值，若是，则控制数码管显示模块点亮相应的发光二极管，若否，则跳转到步骤3，继续测试。

本发明高灵敏度多路SF6在线检漏仪及其检测方法和现有技术相比，其优点在于，基于SF6分子对于特定波长的红外光的吸收原理，工作在一个大气压的正常环境下，能实时检测SF6的含量，实时显示检测结果，并在气体含量超过允许值时自动报警；

本发明同时具备自动检测模式和手动检测模式，在无需开关设备断电的情况下，能同时检测多路气体试样，自由切换所需进行测试的气路，并且通过多路检测能判断SF6比较严重的泄漏位置；

本发明人机交互界面友好，整个装置体积小，可靠性强，便于携带，检测周期短；

本发明还包含了洗气室和废气室，及时对检漏仪的气路进行清洗，不同气路的测试过程间没有相互干扰；

本发明采用的红外SF6传感器灵敏度高，检测灵敏度达到1ppm，直接读取寄存器就能获得所测气体的含量并具有温度校正功能。

附图说明

图1为本发明高灵敏度多路SF6在线检漏仪的系统结构示意图；

图2为本发明高灵敏度多路SF6在线检漏仪的控制电路的电路模块图；

图3为本发明一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪的检测方法的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明的实施例。

如图1所示，一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪的实施例，该检漏仪包含洗气室1、集气室16、抽气泵11、传感器气室13、红外SF6传感器、废气室15、八个气路电磁阀、二个传感器用电磁阀和一个洗气用电磁阀。

本实施例中，八个气路电磁阀、二个传感器用电磁阀和一个洗气用电磁阀6都采用型号为SMC-VQ20的电磁阀。八个气路电磁阀分别为：第一气路电磁阀2、第二气路电磁阀3、第三气路电磁阀4、第四气路电磁阀5、第五气路电磁阀7、第六气路电磁阀8、第七气路电磁阀9，以及第八气路电磁阀10。二个传感器用电磁阀分别为第一传感器用电磁阀12和第二传感器用电磁阀14。

废气室15采用的加工材料为铝，内部设有一个圆柱形腔体，其容积为500ml。废气室15的输入部分设有一个孔，该孔上连接有快速接头，形成废气室15的进气口。

集气室16采用的加工材料为铝，其内部中间设有一个圆柱形的腔体，该腔体的左右两侧各设有四个孔，该八个孔上分别都设有一个快速接头，形成为八个试样进气口，该每个试样进气口上通过快速接头连接有一个气路电磁阀。腔体的首尾两端也各设有一个孔，该两个孔上分别都设有一个快速接头，分别设为一个洗气进气口和一个出气口。

集气室16的八个试样进气口分别为：第一试样进气口、第二试样进气口、第三试样进气口、第四试样进气口、第五试样进气口、第六试样进气口、第七试样进气口，以及第八试样进气口。

该八个试样进气口分别与上述的八个气路电磁阀一一对应。其中，第一气路电磁阀2的出气口通过快速接头连接第一试样进气口，第二气路电磁阀3的出气口通过快速接头连接第二试样进气口，第三气路电磁阀4的出气口通过快速接头连接第三试样进气口，第四气路电磁阀5的出气口通过快速接头连接第四试样进气口，第五气路电磁阀7的出气口通过快速接头连接第五试样进气口，第六气路电磁阀8的出气口通过快速接头连接第六试样进气口，第七气路电磁阀9的出气口通过快速接头连接第七试样进气口，第八气路电磁阀10的出气口通过快速接头连接第八试样进气口。

另，第一气路电磁阀2的进气口连接被检测SF6的第一路试样，第二气路电磁阀3的进气口连接被检测SF6的第二路试样，第三气路电磁阀4的进气口连接被检测SF6的第三路试样，第四气路电磁阀5的进气口连接被检测SF6的第四路试样，第五气路电磁阀7的进气口连接被检测SF6的第五路试样，第六气路电磁阀8的进气口连接被检测SF6的第六路试样，第七气路电磁阀9的进气口连接被检测SF6的第七路试样，第八气路电磁阀10的进气口连接被检测SF6的第八路试样。

传感器气室13设置在一个密封结构的传感器本体内部，该传感器气室13设为长方体形，传感器气室13外部设有两个螺孔，其通过该两个螺孔固定在传感器本体的内部底板上，以保持其自身的稳定，传感器本体上设有两个开口，供传感器气室13进气和出气的气管与传感器本体外部的设备连接，该气管与传感器本体的开口之间密封设置，另传感器本体上还设有插件，供传感器的信号线路通过。红外SF6传感器设有在该传感器气室13的内部，同样传感器气室13的内部设有两个螺孔，红外SF6传感器通过传感器气室13内的该两个螺孔稳定地固定在传感器气室13中。在传感器气室13的内部还设有一个三芯航空接头，用于连接红外SF6传感器的电源线、地线和数据线。传感器气室13上设有一个连通传感器气室13内部和外部的进气口，以及一个连通传感器气室13内部和外部的出气口。

本实施例中，红外SF6传感器采用smartGAS系列smartMODUL-SF6红外传感器。该红外SF6传感器包含两路红外光路，其中一路为参考光路，不照射被检测的SF6气体，另一路对被检测的SF6试样进行照射，气体试样浓度越高，可吸收的光能就越多，通过光电转换电路检测两路红外光的光强的差值来计算被检测SF6气体的浓度，差值越大，气体含量就越高，传感器通过温度校正来确定最终的含量值，最后通过红外SF6传感器的uart接口将结果传出。该红外SF6传感器内部集成了光电转换电路，数据采集处理电路和温度校正电路。

洗气室1采用的加工材料为铝，其内部设为一个圆柱形腔体，该圆柱形腔体的容积为500ml，检测前需在洗气室1内部的圆柱形腔体中注入氮气。在洗气室1的输出部分设有一个孔，该孔上设有快速接头，形成洗气室1的出气口。洗气室1用于每次检测完一个试样后由抽气泵11抽出洗气室1中的氮气注入传感器气室13，清洗传感器气室13内的SF6气体。

抽气泵11包含一个气泵及其驱动电路，该气泵采用T2-03微型隔膜泵。

如图1所示，高灵敏度多路SF6在线检漏仪中各部件的连接关系为：洗气室1的输出口通过其快速接头连接于洗气用电磁阀6的进气口，该洗气用电磁阀6的出气口通过快速接头连接集气室16的洗气进气口。集气室16的出气口通过快速接头连接抽气泵11的进气口，该抽气泵11出气口连接于第一传感器用电磁阀12的进气口，第一传感器用电磁阀12的出气口连接传感器气室13的进气口，传感器气室13出气口连接第二传感器用电磁阀14的进气口，该第二传感器用电磁阀14的出气口连接废气室15的进气口。

本实施例中，高灵敏度多路SF6在线检漏仪还包含一个外方形金属盒，上述的集气室16、内部设有传感器气室13的传感器本体，以及抽气泵11分别固定在该外方形金属盒的内部，该外方形金属盒上加外盖板密封。该外方形金属盒上设有若干开口，集气室16、内部设有传感器气室13的传感器本体，以及抽气泵11上所连接的气管通过该若干开口，穿过外方形金属盒与盒外的部件连接，各个气管与开口之间密封设置。同时外方形金属盒上设有若干插件，用于传感器、抽气泵11与外界的电路连接，供传感器与抽气泵11的信号线路通过。

如图2所示，本实施例的高灵敏度多路SF6在线检漏仪还包含有其控制电路，该控制电路包含控制模块17，分别与该控制模块17双向电路连接的传感器电平转换电路18，显示模块19和输入模块20，以及分别控制模块17的输出端电路连接的数码管显示模块21、抽气阀驱动电路22和11个电磁阀驱动电路23。传感器电平转换电路18还电路连接红外SF6传感器24。

控制模块17采用C8051F020单片机，它负责处理与传感器的通信，通过驱动电路对电磁阀和抽气泵的控制，以及完成对人机交互模块进行控制。

传感器电平转换电路18采用MAX232ECPE芯片及其所需的外围电路器件，其用于将红外SF6传感器24输出的TTL电平转换为控制模块17单片机串口通信所支持的RS-232电平。红外SF6传感器24通过三芯航空接头将其电源线、地线、信号线电路连接传感器电平转换电路18的输入端，电平转换电路18的输入为电平转换电路18的信号输出，传感器电平转换电路18的输出连到控制模块17单片机的串行通信接口。

显示模块19采用12864液晶屏，其连接控制模块17单片机的I/O口，实时显示红外SF6传感器24所测得的SF6气体含量。

输入模块20采用4*4薄膜键盘，其连接控制模块17单片机的I/O口，用于输入所需测试样品的气路号（第一路试样、第二路试样、第三路试样、第四路试样、第五路试样、第六路试样、第七路试样、第八路试样），以及选择手动和自动测试模式。

数码管显示模块21由8路发光二极管构成，其连接控制模块17单片机的I/O口，用于在所测试的样品含量超过警戒值时进行报警。

本实施例中，抽气阀驱动电路22包含了光电耦合器4n-35、继电器DS2Y-S-DC12V、二极管1N4007、三极管9013以及若干电阻电容。抽气阀驱动电路22电路连接抽气泵11，由控制模块17单片机控制抽气阀驱动电路22的三极管导通信号驱动其光电耦合器，传输开关信号至继电器，从而驱动抽气泵11进行抽气运作。

本实施例中，11个电磁阀驱动电路23都包含了光电耦合器4n-35、继电器DS2Y-S-DC12V、二极管1N4007、三极管9013以及若干电阻电容。该11个电磁阀驱动电路23分别电路连接上述的洗气用电磁阀6、第一气路电磁阀2、第二气路电磁阀3、第三气路电磁阀4、第四气路电磁阀5、第五气路电磁阀7、第六气路电磁阀8、第七气路电磁阀9、第八气路电磁阀10、第一传感器用电磁阀12和第二传感器用电磁阀14。电磁阀驱动电路23的工作原理，是由控制模块17单片机控制各个电磁阀驱动电路23的三极管导通信号驱动其光电耦合器，传输开关信号至继电器，从而驱动其所对应的电磁阀。

该11个电磁阀驱动电路23中，八个电磁阀驱动电路23与八个气路电磁阀一一对应电路连接。由控制模块17分别控制该八个电磁阀驱动电路23驱动第一气路电磁阀2、第二气路电磁阀3、第三气路电磁阀4、第四气路电磁阀5、第五气路电磁阀7、第六气路电磁阀8、第七气路电磁阀9、第八气路电磁阀10控制集气室16上八路试样进气口气路的通断。

该11个电磁阀驱动电路23中，两个电磁阀驱动电路23与第一传感器用电磁阀12和第二传感器用电磁阀14对应电路连接。由控制模块17分别控制该两个电磁阀驱动电路23驱动第一传感器用电磁阀12和第二传感器用电磁阀14分别控制传感器气室13两端气路的通断。

该11个电磁阀驱动电路23中，一个电磁阀驱动电路23与洗气用电磁阀6电路连接，由控制模块17控制该电磁阀驱动电路23驱动洗气用电磁阀6控制洗气气路的通断。

如图3所示，一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪的检测方法，该方法包含以下步骤：

步骤1、红外SF6传感器24进行初始化工作，红外SF6传感器24将其寄存器的值传输至传感器电平转换电路18，传感器电平转换电路18将红外SF6传感器24输出的TTL电平转换为控制模块17单片机串口通信所支持的RS-232电平，并传输至控制模块17。控制模块17读取红外SF6传感器24中各个寄存器的值，其中包括T-module、MOD、Status flags、Concentration、Warn_Level、Alarm_Level、IR_4tagneu、Device_Type寄存器。

步骤2、控制模块17通过输入模块20设置抽气气路的长度，用来控制抽气泵的抽气时间。该抽气时间的意义为：高灵敏度多路SF6在线检漏仪气路中管路的管内径乘以其气路长度，再除以抽气量，即等于抽气时间。该抽气时间和检漏仪检测气体的测量时间共同组成检测周期。

步骤3、控制模块17通过输入模块20选择检测试样的工作模式，若选择自动模式，则跳转到步骤4，若选择手动模式，则跳转到步骤5。

步骤4、若控制模块17选择了自动模式，则先从第一路试样开始检测，控制模块17通过打开第一路试样的进气口相对应的第一气路电磁阀2，并打开抽气泵（11），开始将被测气体抽取至传感器气室13，然后关闭第一气路电磁阀2及抽气泵11，控制模块17的单片机读取红外SF6传感器24的Concentration寄存器，获得被测气体中SF6的含量。接着控制模块17驱动打开抽气泵11、洗气室1的洗气用电磁阀6以及废气室15的第二传感器用电磁阀14，洗气室1中的氮气依次通过集气室16、抽气泵11、传感器气室13，最后通入废气室15，完成对传感器气室13的清洗。

接着依次按上述同样的检测顺序对第二路试样、第三路试样、第四路试样、第五路试样、第六路试样、第七路试样、第八路试样进行检测。

所有试样检测完成后跳转到步骤6。

步骤5、若控制模块17择了手动模式，则通过输入模块20向控制模块17发送所要测试的试样的气路号，打开相应试样的气路所相对应的气路电磁阀，开始将该试样中的被测气体抽取至传感器气室13，然后关闭该试样气路的气路电磁阀及抽气泵11，控制模块17的单片机读取红外SF6传感器24的Concentration寄存器，获得被测气路中SF6的含量。接着打开抽气泵11，洗气室1的洗气用电磁阀6以及废气室15的第二传感器用电磁阀14，洗气用电磁阀6以及废气室15的第二传感器用电磁阀14，完成对传感器气室13的清洗。

检测完成后条转到步骤6。

步骤6、控制模块17将检测结果传输至显示模块19，显示上述步骤中所检测得的SF6气体含量。

步骤7、控制模块17判断气体含量是否超出阈值，该阈值为100ppm，若是，则控制模块17控制数码管显示模块21点亮相应的发光二极管进行告警，若否，则跳转到步骤3，继续开始新一轮测试。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种高灵敏度多路SF6在线检漏仪，其特征在于，该检漏仪包含：

洗气室（1），其出气口连接有洗气用电磁阀（6）；

集气室（16），其进气口连接洗气用电磁阀（6）；该集气室（16）的进气口还连接有若干路试样，每路试样与集气室（16）之间的气路上设有气路电磁阀；

抽气泵（11），其进气口连接集气室（16）的出气口；

传感器气室（13），其进气口和出气口各连接有传感器用电磁阀，进气口处的传感器用电磁阀连接抽气泵（11）的出气口；

废气室（15），其进气口连接传感器气室（13）出气口处的传感器用电磁阀；以及，

控制电路；

所述的传感器气室（13）内设有传感器（24）；所述的传感器（24）采用红外SF6传感器；

所述的控制电路包含：

控制模块（17）；

传感器电平转换电路（18），其分别与所述控制模块（17）和传感器（24）双向电路连接；

显示模块（19），其与所述控制模块（17）双向电路连接；

输入模块（20），其与所述控制模块（17）双向电路连接；

若干电磁阀驱动电路（23），其分别电路连接所述控制模块（17）的输出端；该电磁阀驱动电路23分别电路连接并设置在传感器用电磁阀、洗气用电磁阀（6）和各个气路电磁阀上；

抽气阀驱动电路（22），其电路连接所述控制模块（17）的输出端；该抽气阀驱动电路（22）电路连接并设置在抽气泵（11）上；以及，

数码管显示模块（21），其电路连接所述控制模块（17）的输出端。

2.如权利要求1所述的高灵敏度多路SF6在线检漏仪，其特征在于，所述的传感器气室（13）中设有三芯航空接头，其电路连接传感器的电源线、地线和数据线。

3.如权利要求1所述的高灵敏度多路SF6在线检漏仪，其特征在于，所述的洗气室（1）中充有氮气。

4.一种如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的高灵敏度多路SF6在线检漏仪的检测方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

步骤1、红外SF6传感器进行初始化，控制模块（17）读取传感器（24）中各个寄存器的值；

步骤2、控制模块（17）设置抽气气路的长度，用来控制抽气泵的抽气时间；

步骤3、控制模块（17）选择检测试样的工作模式，若选择自动模式，则跳转到步骤4，若选择手动模式，则跳转到步骤5；

步骤4、依次检测若干路试样，每路试样的检测流程为，控制模块（17）打开试样相对应的气路电磁阀、抽气泵（11）和传感器气室（13）进气口处的传感器用电磁阀，将被测气体抽取至传感器气室（13），然后关闭该气路电磁阀及抽气泵（11），控制模块17读取传感器（24）数据，获得被测试样中SF6的含量；

打开抽气泵（11）、洗气用电磁阀（6）和传感器气室（13）出气口处的传感器用电磁阀，洗气室（1）中的气体通过传感器气室（13）进入废气室（15），完成对传感器气室（13）的清洗；

依次按上述同样的检测顺序各个试样进行检测，完成后跳转到步骤6；

步骤5、控制模块（17）选择所要测试的试样的气路号，打开相应试样的气路相对应的气路电磁阀、抽气泵（11）和传感器气室进气口处的传感器用电磁阀，将该试样中的被测气体抽取至传感器气室（13），然后关闭该试样气路的气路电磁阀及抽气泵（11），控制模块（17）读取传感器（24）数据，获得被测气路中SF6的含量；

打开抽气泵（11）、洗气用电磁阀（6）和传感器气室（13）出气口处的传感器用电磁阀，洗气室（1）中的气体通过传感器气室（13）进入废气室（15），完成对传感器气室（13）的清洗，并跳转到步骤6；

步骤6、控制模块（17）将检测结果传输至显示模块（19）显示所检测得的SF6气体含量；

步骤7、控制模块（17）判断气体含量是否超出阈值，若是，则控制数码管显示模块（21）点亮相应的发光二极管，若否，则跳转到步骤3，继续测试。