CN110307936A - Sf6气体泄漏在线监测系统校验装置及校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，包括箱体、风机、传感器、出气口以及进气口。箱体是一个一面设置有活门的密闭容器。箱体内固定设置有一台风机，箱体内还固定设置有传感器用于检测SF₆气体浓度及氧气浓度。箱体上还设置有出气口以及进气口。出气口通过气管与真空泵连接，进气口与电磁阀及气瓶连接。通过上述的装置及方法，能够快速、便捷地实现对SF₆气体泄漏在线监测系统进行校验。此外，本发明还提供了一种SF₆气体泄漏在线监测系统校验方法，通过简单的步骤就可以完成SF₆气体泄漏在线监测系统的校验，方便快捷、安全可靠。

Description

SF6气体泄漏在线监测系统校验装置及校验方法

技术领域

本发明涉及六氟化硫检测系统校验技术领域，特别涉及一种SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置及校验方法。

背景技术

六氟化硫(SF₆) 作为优越的绝缘、灭弧介质，目前已广泛应用于全世界电力行业中的高压断路器及变电设备中。纯净的SF₆气体无色、无味、不燃，在常温下化学性能非常稳定，但是在电力系统中，SF₆气体主要充当绝缘和灭弧介质，在电弧及局部放电、高温等因素影响下，可导致SF₆气体分解，其分解物遇水分后可生成酸性强腐蚀性电解质，降低设备绝缘能力，并可能影响设备的机械性能，尤其某些高毒性含氟分解物，如被人体大量吸入会引起头晕和肺水肿，甚至昏迷及死亡。

另一方面，SF₆相对空气密度为6.602，比重较大，且扩散性能不佳，加上室内GIS（六氟化硫封闭式组合电器）空间相对密闭，空气流通不畅，SF₆及其分解物在室内沉积，加上SF₆气体无色、无味，从而对巡视、检修人员产生极大的危害。当GIS发生泄漏后，SF₆气体积聚在地坪上方低层空间，造成局部缺氧，使人窒息而造成重大事故，泄露后果极其严重。

“DL/T 639-2016 六氟化硫电气设备、试验及检修人员安全防护导则”明确规定，设备室应安装六氟化硫气体泄漏监控报警装置，应定期检测空气中六氟化硫浓度和氧含量，当空气中六氟化硫浓度超过1000μL/L，或氧含量低于18%时，仪器应发出报警信号。

目前国内SF₆气体泄漏监测装置生产厂家多达几十家，然而因各厂家之间研发和生产实力不同，产品性能差异也较大，并且使用前、后很少有用户开展针对这些装置的检验工作，缺乏相应的监管和维护。同时SF₆泄漏报警装置工作时间长，在受到温度、湿度等环境因素影响后，其报警点会发生漂移，精准度会随之下降。另外，监测系统内未有相关措施保障SF₆泄漏报警装置的正常运行。

国家仪器仪表元器件质量监督检验中心和中国计量科学研究院组织制订了JBT10893-2008高压组合电器配电室六氟化硫环境监测系统和JJF 1263-2010六氟化硫检测报警仪校准规范2项标准指导检验工作的开展，规定泄漏报警监测装置必须每年进行1次检验。在SF₆泄漏在线监控报警装置的实际维护过程中，由于此项检定/校验涉及到SF₆与氧气等多浓度标准气体的运输与配置，造成现场校验工作难以实施，导致用户部分SF₆气体在线监测报警装置在运行过程中可能会发生误报警或装置失灵不能报警的情况，无法提前获取可靠信息或对设备进行及时地维护更换，失去装置本身的意义，增加了工作人员生产的安全风险。

目前市场上针对实现SF₆气体泄漏在线监控现场检定装置产品很少，仅有的一些产品主要核心部件为高精度气体流量配气装置，配出的气体通过软管直接输出。采用体积流量混合法原理，可根据设定自动配比，配出的校验用SF₆检测气体具有精度高、重复性好、可自校准等优点，但是稀释比有限，即需要低浓度的SF₆标准气体作为气源，现场实际操作中气源体积较大，运输不够方便，如HNPPQ-I双通道动态配气仪，该配气仪采用流量混比法，最大输出流量1000ml/min，准确度±1.0% F.S，重复性± 0.2% F.S，最大稀释比200:1；SMF06-5-2型标准配气仪，由气体质量流量控制器、电源系统、气路系统和电控系统四部分组成，单路最大稀释比50:1，精度≤ 1%，重复性≤ ±0.2%，最大输出流量3750ml。

总之，目前用于SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置或公开的技术方案存在以下问题：1、需使用低浓度的标气，因此在相同的校验次数条件下需要的气瓶相对较大，或者需要反复补充低浓度标准气体，不便携带；2、通过设定值控制流量器直接配气输出，没有闭环检测，出气口配气浓度如产生变化不易察觉；3、为达到稳定浓度需要一段时间的SF₆气体持续输出，并直接对空排放，向周围环境释放气体相对较多，不利于推广等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，包括箱体、风机、传感器、出气口以及进气口；

所述箱体是一个一面设置有活门的密闭容器；

所述箱体内固定设置有一台风机，箱体内还固定设置有传感器用于检测SF₆气体浓度；

所述箱体上还设置有出气口以及进气口。

优选地，所述活门通过合页与箱体连接，活门能够沿着合页旋转。

优选地，所述活门上开设有过线孔，该过线孔呈半圆弧状，位于活门的一个边上。

优选地，设置活门的箱体的一侧固定有密封带。

优选地，所述密封带采用柔软的橡胶材质制成。

优选地，所述进气口包括SF₆进气口，N₂进气口以及过滤空气进气口；

SF₆进气口的另一端通过气管与电磁阀VY1一端连接，电磁阀YV1另一端通过气管与SF₆气瓶连接；

N₂进气口另一端通过气管与电磁阀VY2一端连接，电磁阀YV2另一端通过气管与N₂气瓶连接；

过滤空气进气口另一端通过气管与电磁阀VY3一端连接，电磁阀YV3另一端通过气管与过滤空气气泵连接。

优选地，所述出气口通过气管与真空泵连接。

优选地，所述箱体（1）内还固定设置有一氧气传感器，用于检测氧气浓度。

优选地，还包括一个控制单元，控制单元包括MCU、运算放大器，MCU的通讯接口与所述传感器（3）连接；MCU的输入接口分别与两个按钮SB1和SB2连接；控制单元的输出接口分别与电磁阀VY1、电磁阀VY2、电磁阀VY3、风机M1的电机、真空泵M2的电机连接。

为了更便于检测，本发明还基于上述SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置的基础上提供了一种SF₆气体泄漏在线监测系统校验方法，包括以下步骤：

S1、打开活门，将待校验的SF₆气体泄漏在线监测系统的传感器放入到箱体内，然后把SF₆气体泄漏在线监测系统的传感器的连接线放入到过线孔中并关闭活门；

S2、按下按钮SB1，MCU控制真空泵启动，通过出气口抽出箱体内的气体；

S3、经过一段时间的抽气处理后，MCU控制真空泵停止工作，然后控制与SF₆进气口、N₂进气口、过滤空气进气口相对应的电磁阀开启，对应的气体注入箱体内；

S4、MCU控制风机启动，搅拌混合箱体内的气体，于此同时MCU读取传感器的信号以及采样氧气传感器的信号；

S5、当箱体内的气体达到预设要求，MCU控制关闭电磁阀以及风机；

S6、通过对比SF₆气体泄漏在线监测系统的控制界面上读取得到的氧气浓度值与校验仪设定获得的氧气浓度值的差别对系统进行校验。

通过上述的装置及方法，能够快速、便捷地实现对SF₆气体泄漏在线监测系统进行校验。本发明可以拓宽SF₆气体泄露在线监测报警装置校验装置选择性，增强检定校验装置的灵活性，简化检定校验程序，提供有效的现场解决方案，将有力保障在线监测报警设备的正常运行或及时修复，从而保障电力工作人员的生命安全；同时有力推动SF₆气体在线监测报警装置的应用场景与应用范围的扩大，利于降低在线报警系统的综合应用成本。

附图说明

图1是本发明提供的实施例的主视图；

图2是本发明提供的实施例的左视图；

图3是本发明提供的实施例的俯视图；

图4是本发明提供的实施例立体图；

图5是活门打开后箱体内部的结构图；

图6是MCU电路原理图；

图7是氧气传感器的电路原理图。

图中，各个标号分别表示：箱体1、风机2、传感器3、出气口4、进气口5、活门10、过线孔100、密封带101、SF₆进气口50，N₂进气口51、过滤空气进气口52。

具体实施方式

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的图1~7，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1~5所示，一种SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，包括箱体1、风机2、传感器3、出气口4以及进气口5。

箱体1是一个一面设置有活门10的密闭容器。请参看图1、图4、图5，活门10通过合页与箱体1连接，并能够沿着合页旋转，实现对箱体1的开启或关闭。

活门10上开设有过线孔100，该过线孔100呈半圆弧状，位于活门10的一个边上。过线孔100用于穿过SF₆气体泄漏在线监测系统的连接线。

为了提高密封性，在安装活门10的箱体1的那一侧采用粘贴或者铆钉固定有密封带101，该密封带101采用柔软的橡胶材质制成，优选硅胶材料，其稳定性好，质地柔软能够更好地实现密封作用。活门10关闭时，通过与密封带101的接触可以实现较好的密封效果。此外，过线孔100上也粘贴固定有一层柔性橡胶片或硅胶片，用于防止因开口过大影响箱体内的气体浓度。

箱体1内采用螺栓固定设置有一台风机2，优选采用轴流风机，其作用是加速容器内气体的混合。风机2的控制线引出箱体1外并与外部电源连接。

箱体1内还固定设置有一个高精度传感器3，该传感器3用于检测SF₆气体浓度。如采用smartGAS公司的四氟化硫传感器。传感器3的本体固定安装在箱体1内，连接线引出于箱体1外并与控制单元连接。

箱体1上还设置有进气口5。进气口5包括SF₆进气口50，N₂进气口51以及过滤空气进气口52。上述进气口采用带有外螺纹的管材配合相应的固定螺母构成，管子穿入箱体1的一个侧壁，使得管的一端位于箱体1内，另一端位于箱体1外。管子通过螺母固定在箱体1的侧壁上。上述不同类型的进气口分别通过管道及电磁阀与对应气体的气瓶或气泵连接。

具体地，SF₆进气口50的另一端通过气管与电磁阀VY1一端连接，电磁阀YV1另一端通过气管与SF₆气瓶连接；该SF₆气瓶内装有高纯度SF₆气体，其纯度可达99.99%。N₂进气口51另一端通过气管与电磁阀VY2一端连接，电磁阀YV2另一端通过气管与N₂气瓶连接；过滤空气进气口52另一端通过气管与电磁阀VY3一端连接，电磁阀YV3另一端通过气管与微型过滤空气泵连接。由于采用了高纯度气体，能够保证气瓶体积可以很小，便于携带。采用高纯SF₆气体钢瓶，提高整体装置的便携性，所需校验标准气体所需六氟化硫浓度较低，用量很少，因此一次充气即可长时间使用；采用过滤空气，易于取得，降低环境气体对检定/校准结果的影响，同时降低空气中有害微量颗粒成分对设备精密元件的影响，延长设备寿命。

箱体1上还设置有一个出气口4，出气口4的结构和进气口的类似，都是采用带有外螺纹的管材配合相应的固定螺母构成，但其安装位置略低于进气口5的位置，这样设计的目的是由于SF₆气体比重比空气重，出气口4安装越低越有利于排出所有的残留气体。出气口4通过管道与真空泵连接，用于将箱体1内的其他抽出，以便于能够准确配气。设置真空泵可以降低环境气体影响，通过排除罩内干扰气体，有效获得高精度及高重复性校验数据。

箱体1内还安装有一个氧气传感器，该氧气传感器的安装方式与用于检测SF₆气体浓度的传感器3类似，都是传感器本体在箱体1内，引线引出到箱体外部并与控制单元连接。

箱体1还应该配置一个控制单元，控制单元用于控制风机2、传感器3、真空泵、进气口的电磁阀以及氧气传感器。如图5和图6所示，图5是控制单元的核心控制原理图，其中MCU采用传统8位或32位单片机，如AVR系列，或者STM32系列单片机等。MCU通过485与传感器3通讯获取数据，图中S1就是传感器3。MCU还通过AD接口与氧气传感器电路连接，图6是氧气传感器的电路，其通过运算放大器U5进行放大后将模拟信号送到MCU的模拟输入端，然后由MCU进行采样和A/D转换。MCU的输出端分别控制风机M1的电机、真空泵M2的电机以及SF₆进气口50，N₂进气口51、过滤空气进气口52对应的三个电磁阀YV1、YV2、YV3。此外，MCU还连接有两个按钮SB1和SB2，分别用于系统的启动或停止控制。此外控制单元还配置有显示器、存储器、通讯接口等，可实时浓度显示，标准气体输入控制，数据记录、数据传输，校验结果记录及传输等。需要对SF₆气体泄漏在线监测系统进行校验时，可以采用以下步骤：

1、打开活门10，将待校验的SF₆气体泄漏在线监测系统的传感器放入到箱体1内，然后把SF₆气体泄漏在线监测系统的传感器的连接线放入到过线孔100中并关闭活门10；

2、按下按钮SB1，MCU控制真空泵启动，通过出气口4抽出箱体1内的气体；

3、经过一段时间的抽气处理后，MCU控制真空泵停止工作，然后控制SF₆进气口50、N₂进气口51、过滤空气进气口52相对应的电磁阀开启，对应的气体注入箱体1内；

4、MCU控制风机2启动，搅拌混合箱体1内的气体，于此同时MCU读取传感器3的信号以及采样氧气传感器的信号；

5、当箱体1内的气体达到预设要求，MCU控制关闭电磁阀以及风机2；其中，可以根据传感器3以及氧气传感器获得的对应气体浓度进行设定，比如当传感器3检测的SF₆气体浓度达到某个浓度值时就可以关闭电磁阀以及风机2。

6、通过对比SF₆气体泄漏在线监测系统的控制界面上读取得到的SF₆气体含量与校验仪设定获得的SF₆气体含量的差别对系统进行校验。

此外，由于传统的SF₆气体泄漏在线监测系统也具有氧气监测功能，在上述对SF₆气体泄漏在线监测系统的SF₆部分进行校验步骤之前或之后，还可以对SF₆气体泄漏在线监测系统O₂部分进行氧气含量检测，其具体步骤如下：

需要对SF₆气体泄漏在线监测系统进行氧气检测校验时，可以采用以下步骤：

1、打开活门10，将待校验的SF₆气体泄漏系统的传感器放入到箱体1内，然后把SF₆气体泄漏在线监测系统的传感器的连接线放入到过线孔100中并关闭活门10；

2、按下按钮SB1，MCU控制真空泵启动，通过出气口4抽出箱体1内的气体；

3、经过一段时间的抽气处理后，MCU控制真空泵停止工作，然后控制N₂进气口51、过滤空气进气口52相对应的电磁阀开启，对应的气体注入箱体1内；

4、MCU控制风机2启动，搅拌混合箱体1内的气体，于此同时MCU读取氧气传感器的信号；

5、当箱体1内的气体达到预设要求（比如氧气含量为18%以下时，因为大部分的六氟化硫传感器在氧气低于该值时会发出报警，以此来检验该传感器报警器是否处于正常状态）；

6、通过对比SF₆气体泄漏在线监测系统的控制界面上读取得到的氧气浓度值与校验仪设定获得的氧气浓度值的差别对系统进行校验。

通过上述的装置及方法，能够快速、便捷地实现对SF₆气体泄漏在线监测系统进行校验。本发明可以拓宽SF₆气体泄露在线监测报警装置校验装置选择性，增强检定校验装置的灵活性，简化检定校验程序，提供有效的现场解决方案，将有力保障在线监测报警设备的正常运行或及时修复，从而保障电力工作人员的生命安全；同时有力推动SF₆气体在线监测报警装置的应用场景与应用范围的扩大，利于降低在线报警系统的综合应用成本。

此外，本发明的检定校验气体采用实时分析联动控制气体调配装置，在检测腔处箱体内配备给高灵敏度六氟化硫检测仪，实时测定检测腔六氟化硫气体浓度，当浓度到达设定值时，检测仪发出信号停止输入六氟化硫气体，即可获得设计浓度的标准校验气体。与目前现常用仅使用高精度配气仪为核心的校验仪通过计算直接用高精度流量计控制气体浓度不同，本项目设计原理的实时检测可令检定校验的气体浓度与设计浓度具有高匹配度，有效保障校验结果的灵敏度和重复性。

另外，气源可采用99.9%的SF₆高纯气体，区别于普通配气仪由于稀释比有限1：50~200一般采用10%SF₆标准气体用以获得高准确度并且稳定浓度为的1000μL/L目标气体，因此本发明可极大降低整套便携式校验/检测仪的重量及体积。

目前SF₆气体泄漏在线监测装置的现场校验常用的直吹法，即设定的SF₆标准气体直接通过软管到达监测装置的探头或者装置附近，一段时间稳定后通过监测装置本身控制器的反馈进行校验，使用简单但易受环境干扰数据波动较大导致校验精度有限，同时将持续消耗标准气体，用气量较多。发明通过设计灵活适宜的具有可实现一定真空功能的校验箱，通过排除校验箱内干扰因素配合实时浓度控制的校验院里，有效获得高精度及高重复性校验数据。

Claims (10)

1.一种SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，其特征在于，包括箱体（1）、风机（2）、传感器（3）、出气口（4）以及进气口（5）；

所述箱体（1）是一个一面设置有活门（10）的密闭容器；

所述箱体（1）内固定设置有一台风机（2），箱体（1）内还固定设置有传感器（3）用于检测SF₆气体浓度；

所述箱体（1）上还设置有出气口（4）以及进气口（5）。

2.根据权利要求1所述的SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，其特征在于：

所述活门（10）通过合页与箱体（1）连接，活门（10）能够沿着合页旋转。

3.根据权利要求1所述的SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，其特征在于：

所述活门（10）上开设有过线孔（100），该过线孔（100）呈半圆弧状，位于活门（10）的一个边上。

4.根据权利要求1所述的SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，其特征在于：

设置活门（10）的箱体（1）的一侧固定有密封带（101）。

5.根据权利要求4所述的SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，其特征在于：

所述密封带（101）采用柔软的橡胶材质制成。

6.根据权利要求1所述的SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，其特征在于：

所述进气口（5）包括SF₆进气口（50），N₂进气口（51）以及过滤空气进气口（52）；

SF₆进气口（50）的另一端通过气管与电磁阀VY1一端连接，电磁阀YV1另一端通过气管与SF₆气瓶连接；

N₂进气口（51）另一端通过气管与电磁阀VY2一端连接，电磁阀YV2另一端通过气管与N₂气瓶连接；

过滤空气进气口（52）另一端通过气管与电磁阀VY3一端连接，电磁阀YV3另一端通过气管与过滤空气气泵连接。

7.根据权利要求6所述的SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，其特征在于：

所述出气口（4）通过气管与真空泵连接。

8.根据权利要求7所述的SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，其特征在于：

所述箱体（1）内还固定设置有一氧气传感器，用于检测氧气浓度。

9.根据权利要求8所述的SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置，其特征在于：

还包括一个控制单元，控制单元包括MCU、运算放大器，MCU的通讯接口与所述传感器（3）连接；MCU的输入接口分别与两个按钮SB1和SB2连接；控制单元的输出接口分别与电磁阀VY1、电磁阀VY2、电磁阀VY3、风机M1的电机、真空泵M2的电机连接。

10.一种基于权利要求9所述的SF₆气体泄漏在线监测系统校验装置的SF₆气体泄漏在线监测系统校验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、打开活门（10），将待校验的SF₆气体泄漏在线监测系统的传感器放入到箱体（1）内，然后把SF₆气体泄漏在线监测系统的传感器的连接线放入到过线孔（100）中并关闭活门（10）；

S2、按下按钮SB1，MCU控制真空泵启动，通过出气口（4）抽出箱体（1）内的气体；

S3、经过一段时间的抽气处理后，MCU控制真空泵停止工作，然后控制SF₆进气口（50）、N₂进气口（51）、过滤空气进气口（52）相对应的电磁阀开启，对应的气体注入箱体（1）内；

S4、MCU控制风机（2）启动，搅拌混合箱体（1）内的气体，于此同时MCU读取传感器（3）的信号以及采样氧气传感器的信号；

S5、当箱体（1）内的气体达到预设要求，MCU控制关闭电磁阀以及风机（2）；

S6、通过对比SF₆气体泄漏在线监测系统的控制界面上读取得到的SF₆气体含量与校验仪设定获得的SF₆气体含量的差别对系统进行校验。