CN103090183A - 一种sf6气体电子控制充气仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SF6气体电子控制充气仪，涉及气体测量装置或充气装置技术领域。包括壳体，所述壳体包括上端盖和下端盖，所述上端盖与下端盖之间卡接连接，在上端盖与下端盖的接触处设有密封防水胶条。所述充气仪还包括PLC控制单元、触摸屏、比例电磁阀、无线传输模块、电源、温度传感器、湿度传感器、压强传感器、SF6传感器、报警电路、按键电路和遥控器。所述充气仪具有充气精度高、使用安全可靠和工作效率高的特点。

Description

一种SF6气体电子控制充气仪

技术领域

本发明涉及气体测量装置或充气装置技术领域。 

背景技术

电力系统目前使用的断路器，电压等级主要有10kV，35kV，66kV，110kV，220kV，500kV，750kV，1000kV。高压断路器不仅可以切断和接通正常情况下高压电路中的空载电流和负荷电流，还可以在系统发生故障时与保护装置及自动装置相配合，迅速切断故障电流，防止事故扩大，保证系统的安全运行。在切断故障电流或者依据不同运行方式将运行开关断开时，会产生电弧，电弧所产生的危害很严重，其温度高达数千摄氏度，轻则损坏设备，重则可以产生爆炸，酿成火灾，威胁生命和财产的安全。其中10kV电压等级主要是真空断路器，其灭弧介质是真空，35kV至1000kV的灭弧介质主要是SF6（六氟化硫）气体。

对于SF6气体高压断路器来说是将SF6气体密封在灭弧室内，当断路器断开电路时，会拉出电弧依据不同的灭弧方式依靠SF6气体的绝缘性能进行灭弧，但是由于环境温度、密封老化、解体大修、管路损坏等原因，SF6气体会泄露，在断路器上会有一个气体密度继电器用于监测灭弧室内气体压强，如果SF6气体泄漏过多，无法达到灭弧要求时，依据预先设定好的值时，则断路器闭锁，不能进行分合闸操作，当出现短路过电流时断路器不能分闸，一是损坏断路器设备、出现安全事故，二是继电保护不起作用，上级继电保护使得上级断路器分闸，扩大停电范围。所以，当出现断路器SF6气体压力降低的情况一般都设为紧急或者危急缺陷，检修人员都会马上进行处理。

当前进行充补气操作所使用的仪器主要有六氟化硫气瓶、氧气减压阀、充气软管，在进行六氟化硫气体充补气操作时，首先将六氟化硫气瓶与氧气减压阀连接，然后氧气减压阀与充气软管连接，正确流程在氧气减压阀与充气软管连接完毕后拧开减压阀阀门要进行气体冲洗软管3分钟，将软管中的水汽冲出去，然后再把软管与断路器充气接口连接进行充气。目前给设备补充SF6气体主要有两种情况，一是SF6断路器或者GIS设备解体大修抽真空状态下充气；二是运行中的SF6断路器或者GIS设备出现漏气需要带电补气操作。

以上两种情况的补气与充气操作都需要三人，一人监护，一人观测密度继电器指针读数，一人操作SF6气瓶连接处减压阀旋钮，如图8所示。

当前充补气操作容易出现的问题：（1）补气、充气精度不易控制。由于观测指针人员与操作气瓶减压阀旋钮的不是同一个人，观测与操作不能同步进行停止充气指令会出现延时，从而使得充气过高或者过低影响精度甚至需要返工。

（2）充气管结冰爆裂。对于解体大修的情况，设备侧抽真空压强极小，气瓶侧气体压强约为1.5MPa，操作SF6气瓶旋钮阀门人员如果在开始充气时将阀门拧至最大则充气管上凝结冰霜充气管爆裂。

（3）工作流程重要环节遗漏。SF6气体充气工艺要求在给设备进行充补气操作前要冲洗充气软管3mim内，直到软管内壁充分干燥，防止将水气带入设备中，此步骤在实际操作中易被忘记执行对设备运行带来安全隐患。

（4）忽略工作环境要求。安规要求设备充装SF6气体时，工作环境相对湿度应不大于80%，在室内操作同时应通风，工作区域空气中SF6气体含量不得超过1000ppm。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种SF6气体电子控制充气仪，所述充气仪具有充气精度高、使用安全可靠和工作效率高的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种SF6气体电子控制充气仪，包括壳体，其特征在于还包括PLC控制单元、输入和输出单元、比例电磁阀、无线传输模块、电源、温度传感器、湿度传感器、压强传感器、SF6传感器和遥控器，所述PLC控制单元根据采集到的信息控制比例电磁阀的开合度，电源为充气仪中的各个模块供电，所述无线传输模块、扬声器、输入和输出单元与所述PLC控制单元电连接，所述PLC控制单元通过温度传感器、压强传感器和SF6传感器采集第一充气接口内的温度、压强和SF6气体信息，所述PLC控制单元通过温度传感器、压强传感器和SF6传感器采集第二充气接口内的温度、压强和SF6气体信息，所述PLC控制单元通过湿度传感器、温度传感器和SF6传感器采集仪器外的湿度、温度和SF6气体信息。

优选的：所述充气仪还包括与PLC控制单元电连接的报警电路和按键电路。

优选的：所述电源为蓄电池。

优选的：所述壳体包括上端盖和下端盖，所述上端盖与下端盖之间卡接连接，在上端盖与下端盖的接触处设有密封防水胶条。

优选的：所述遥控器包括单片机、按键电路、存储器、电池和无线传输模块，所述单片机的按键输入接口与按键电路连接，所述存储器与所述单片机的存储器输入接口连接，所述电池为单片机供电，所述无线传输模块与所述单片机双向连接。

优选的：所述输入和输出单元为触摸屏。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述充气仪使用先进的PLC控制单元，实时处理传感器传送来的数据，将SF6充气标准操作流程写入PLC控制单元内，使标准化操作内置于PLC控制单元内，保证工艺流程与作业质量，比例电磁阀的在PLC控制器的控制下可实现微动调节，能够充分保证充气的精度、设备的安全运行和作业人员安全。充气仪使用语音系统，实现人机交互，每步操作都有语音提示和液晶屏显示，误操作、不规范操作不执行，保证每步操作安全可靠，从而保证使用人员操作的准确性。

此外，所述充气仪使用无线传输模块与遥控器进行数据交互，保证远距离操作精确无误，靠遥控器操作可节省一名作业人员，提高了工作效率。PLC控制单元具有存储数据功能，可对每次充气操作进行记录，实现对充气仪的状态记录，分析充气仪运行情况，保证充气仪平稳安全运行。所述充气仪上设有SF6传感器、湿度传感器和温度传感器，可作为SF6气体检测仪、温湿度器使用，作业前可监测工作环境以及检测作业中气体有无泄漏。通过第一充气接口内的压强传感器，可实现数字气体压力检测功能，作业前可检测SF6气瓶气体压力是否合格。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的硬件原理框图；

图2是本发明的外观整体结构图；；

图3是充气功能的软件流程图的第一部分；

图4是充气功能的软件流程图的第二部分；

图5是开机操作的软件流程图；

图6是压强检测功能的软件流程图；

图7是本发明的使用状态图；

图8是现有技术的使用状态图；

其中：1、第一充气接口 2、第二充气接口 3、充气软管 4、充气仪 5、氧气减压阀 6、SF6气瓶。

具体实施方式

如图1-2所示，一种SF6气体电子控制充气仪，包括壳体，所述壳体包括上端盖和下端盖，所述上端盖与下端盖之间卡接连接，在上端盖与下端盖的接触处设有密封防水胶条。所述充气仪还包括PLC控制单元、触摸屏、比例电磁阀、无线传输模块、电源、温度传感器、湿度传感器、压强传感器、SF6传感器、报警电路、按键电路和遥控器。

所述PLC控制单元根据采集到的信息控制比例电磁阀的开合度，电源为充气仪中的各个模块供电，所述无线传输模块、扬声器、触摸屏与所述PLC控制单元电连接，所述PLC控制单元通过温度传感器、压强传感器和SF6传感器采集第一充气接口内的温度、压强和SF6气体信息，所述PLC控制单元通过温度传感器、压强传感器和SF6传感器采集第二充气接口内的温度、压强和SF6气体信息，所述PLC控制单元通过湿度传感器、温度传感器和SF6传感器采集仪器外的湿度、温度和SF6气体信息，所述报警电路和按键电路与所述PLC控制单元电连接，优选的为了增加所述充气仪的使用时间，所述电源可以使用较大容量的蓄电池。

所述遥控器包括单片机、按键电路、存储器、电池和无线传输模块，所述单片机的按键输入接口与按键电路连接，所述存储器与所述单片机的存储器输入接口连接，所述电池为单片机供电，所述无线传输模块与所述单片机双向连接。

所述充气仪整体分为两部分，部分一，上端盖部分，上端盖主要设有触摸屏、开关按钮、语音提示按钮、红灯闪烁危险提示灯这些硬件设施，主电路板固定在上端盖内侧，主电路板上包括了PLC控制单元、模数转换、计时器、等微处理器核心部件，属于仪器的控制指挥系统，通过传感器采集到物理模拟量转换为数字量，在PLC处理单元中进行分析判断执行逻辑功能，通过触摸屏实现预先设定好的操作。部分二，下端盖部分，这部分主要包括无线传输模块、大容量蓄电池、比例电磁阀、扬声器、温度传感器、压强传感器、SF6传感器、湿度传感器、第一充气接口和第二充气接口，这部分主要承担数据采集、电源供应、远距离控制、工作区域环境实时监测等功能。

在结构设计上，上端盖与下端盖通过8个连接锁扣连接，部分一与部分二的数据交换与传输通过可插接式数据排线连接，将8个连接锁扣松开，则上端盖与下端盖即可分开，可对充气仪进行维护，在下端盖与上端盖的连接处设有密封防水胶条，充气仪的主要核心部件都采用插接式而不采用直接焊接在电路板上的方式，当出现部件损坏的情况可进行简单更换即可继续使用。 

如图7所示，所述冲气仪在使用中连接在氧气减压阀与充气软管之间，连接顺序为气瓶、氧气减压阀、充气仪、充气软管和相关设备。使用遥控器进行操作，可及时无延时的关闭比例电磁阀门，阻断SF6气体通过，可节省一名阀门操作人员，提高了工作效率，使用时在氧气减压阀出口端设定好出口压强。

使用无线传输模块省去操作SF6气瓶旋钮阀门人员，由观测人员使用遥控操作，可对比例电磁阀实现远程控制，变两人操作为一人操作，消除不能同步进行停止充气指令的缺陷，提高了充补气操作精度。依靠气瓶端压强传感器检测的压强值与设备端压强传感器检测的压强值，预先设定差值范围，由PLC控制单元控制比例电磁阀的开启程度，同时实时监测气瓶端与设备端两端压强，并根据实施压强值变化再调整开启程度，消除了两端巨大压强差所带来的充气管上凝结冰霜充气管爆裂现象。

通过编制应用程序将冲洗充气软管步骤设为必须执行的过程，在充补气操作前需要进行冲洗充气软管3mim，直到软管内壁充分干燥，防止将水气带入设备中，如果不执行此步骤，充气仪将无法进行充气工作，此步骤在实际操作中容易被忘记执行，从而对设备运行带来安全隐患。通过外部传感器对工作环境进行监控，如果不满足预先设计好的工作环境要求，不能进行相关工作，并发出连续语音提示报警防止出现威胁工作人员安全和设备安全的情况出现。

所述充气仪主要分为三个功能逻辑单元。功能逻辑单元（一）开机操作，软件流程图如图5所示：开机操作主要完成的功能有检测电池剩余电量；启动触控液晶屏与调用语音程序提供使用向导程序；对工作区域环境进行实时监测保护作业人员安全，当遇到SF6气体泄漏有窒息的危险时发出报警，仪器四个角上的红色报警提示灯闪烁，并发出语音提示；提供进入下一功能逻辑单元的选择，仪器提供两个选择，选择一，功能逻辑单元（二）压强表，选择二，功能逻辑单元（三）充补气仪。

功能逻辑单元（二）为压强表操作，软件流程图如图6所示：所述充气仪内设电子压强表功能，可作为一个专用检测SF6气体压强的电子压强表，仪器的设备端与压强表连接端为同一端公用；选择压强表操作时PLC控制单元调用压强表程序；每执行一步操作都有语音与文字双重提示；将仪器与气瓶连接好后按照提示，进行两次按键，两次按键操作是为了防止出现误操作而设计的；按下两次测量压强按键后启动压强传感器、温度传感器、SF6气体传感器，开始进行测量，并根据实际会遇到的情况进行逻辑判断，将结果通过语音和液晶文字提示的方式反馈给操作者。

功能逻辑单元（三）充补气仪操作，软件流程图如图3-4所示，图中P瓶表示的是SF6气瓶的压强，P表示充气仪内气体的压强：选择充气功能以后，屏幕和语音提示进行以下操作：进行冲洗软管操作；启动温度传感器、压强传感器、SF6传感器，对连接的气体是否是SF6气体进行逻辑判断，给出可以进行充气的允许；将充气软管与断路器设备进行连接检查，给出可以进行充气的允许；开始充气，可以使用遥控器进行开始充气操作也可以按仪器本体上的按键进行操作，充气全过程对设备侧与气瓶侧压强实时监测，进行逻辑判断，不断调整并实时控制比例电磁阀进行三分之一开度，三分之二开度，还是全部开启的控制，同时温度传感器也进行实时监测，如果设备侧充气软管温度低于预先设定好的温度则停止进行充气，比例电磁阀完全关闭。当得到两边压强一样大或者人为命令停止时而停止操作。同时遥控器上暂停按键设计是按一下即可马上暂停充气，继续进行充气则按两下充补气按键。

所述充气仪使用先进的PLC控制单元，实时处理传感器传送来的数据，将SF6充气标准操作流程写入PLC控制单元内，使标准化操作内置于PLC控制单元内，保证工艺流程与作业质量，比例电磁阀的在PLC控制器的控制下可实现微动调节，能够充分保证充气的精度、设备的安全运行和作业人员安全。充气仪使用语音系统，实现人机交互，每步操作都有语音提示和液晶屏显示，误操作、不规范操作不执行，保证每步操作安全可靠，从而保证使用人员操作的准确性。

此外，所述充气仪使用无线传输模块与遥控器进行数据交互，保证远距离操作精确无误，靠遥控器操作可节省一名作业人员，提高了工作效率。PLC控制单元具有存储数据功能，可对每次充气操作进行记录，实现对充气仪的状态记录，分析充气仪运行情况，保证充气仪平稳安全运行。所述充气仪上设有SF6传感器、湿度传感器和温度传感器，可作为SF6气体检测仪、温湿度器使用，作业前可监测工作环境以及检测作业中气体有无泄漏。通过第一充气接口内的压强传感器，可实现数字气体压力检测功能，作业前可检测SF6气瓶气体压力是否合格。 

Claims (6)

1.一种SF6气体电子控制充气仪，包括壳体，其特征在于还包括PLC控制单元、输入和输出单元、比例电磁阀、无线传输模块、电源、温度传感器、湿度传感器、压强传感器、SF6传感器和遥控器，所述PLC控制单元根据采集到的信息控制比例电磁阀的开合度，电源为充气仪中的各个模块供电，所述无线传输模块、扬声器、输入和输出单元与所述PLC控制单元电连接，所述PLC控制单元通过温度传感器、压强传感器和SF6传感器采集第一充气接口（1）内的温度、压强和SF6气体信息，所述PLC控制单元通过温度传感器、压强传感器和SF6传感器采集第二充气接口（2）内的温度、压强和SF6气体信息，所述PLC控制单元通过湿度传感器、温度传感器和SF6传感器采集仪器外的湿度、温度和SF6气体信息。

2.根据权利要求1所述的一种SF6气体电子控制充气仪，其特征在于所述充气仪还包括与PLC控制单元电连接的报警电路和按键电路。

3.根据权利要求1所述的一种SF6气体电子控制充气仪，其特征在于所述电源为蓄电池。

4.根据权利要求1所述的一种SF6气体电子控制充气仪，其特征在于所述壳体包括上端盖和下端盖，所述上端盖与下端盖之间卡接连接，在上端盖与下端盖的接触处设有密封防水胶条。

5.根据权利要求1所述的一种SF6气体电子控制充气仪，其特征在于所述遥控器包括单片机、按键电路、存储器、电池和无线传输模块，所述单片机的按键输入接口与按键电路连接，所述存储器与所述单片机的存储器输入接口连接，所述电池为单片机供电，所述无线传输模块与所述单片机双向连接。

6.根据权利要求1所述的一种SF6气体电子控制充气仪，其特征在于所述输入和输出单元为触摸屏。

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