CN114166275A - 一种便携式高压开关柜sf6综合检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式高压开关柜SF6综合检测仪，涉及电力系统领域，该便携式高压开关柜SF6综合检测仪包括：传感器电路，用于检测开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧信息，输出给前置放大电路；前置放大电路，用于放大温湿度、H2S、CO、臭氧对应的电压信号；AD采样电路，用于采样放大后的电压信号，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可同时检测多种组分，并适用于有多种场所，既可针对SF6设备(GIS、断路器、环网柜等)泄漏的高精度检漏，也可以针对复杂工况的要求，如高压开关柜气体特殊应用，实时检测当前环境的温、湿度进行温湿度补偿，并可实现柜内的臭氧气体的浓度检测，电路精度高、响应快、温度适应性好。

Description

一种便携式高压开关柜SF6综合检测仪

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体是一种便携式高压开关柜SF6综合检测仪。

背景技术

SF6具有优秀的灭弧性能，广泛应用于电力系统中。与SF6气体相关的检测仪在电力安全生产、检验、巡检等环节都具有重要的作用，随着产品电压等级的提高，对于检测装置的精度、稳定性、实用性提出了更高的要求。如高压开关柜泄漏的SF6气体，因受潮等原因致高压电缆放电产生的臭氧气体，SF6气体在高压、水分作用下分解出CO、H2S等有毒气体，散布于现场又威胁着运维人员的人身安全。

目前国内外针对于开关柜气体检测仪从功能上而言比较单一，如SF6气体检漏仪、CO检测仪、H2S检测仪、臭氧检测仪等。当前的市面上的检测原理有多种，如电化学法、光学法等这两类。用于开关柜检测的仪器一般只能实现单组分或少组分，在检测精度方面比较低，最小检知限较高，尤其对于数量众多的SF6设备的泄漏无法实现快速检测，运维人员需要携带多种的检测仪，工作效率较低，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式高压开关柜SF6综合检测仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种便携式高压开关柜SF6综合检测仪，包括：

传感器电路，用于检测开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧信息，输出给前置放大电路；

前置放大电路，用于放大温湿度、H2S、CO、臭氧对应的电压信号；

AD采样电路，用于采样放大后的温湿度、H2S、CO、臭氧对应的电压信号，输出给MCU主控模块；

SF6传感器电路，用于检测开关柜的SF6泄漏量；

RS485电路，用于将SF6泄漏量信息输出给MCU主控模块；

MCU主控电路，用于判断开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧、SF6泄漏量是否超过阈值，超过时控制报警电路工作；

锂电池充电管理及电源电路，用于为供给直流电压；

液晶触摸显示电路，用于通过MCU主控电路显示开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧、SF6泄漏量；

报警电路，用于工作发光鸣叫；

传感器电路连接前置放大电路，前置放大电路连接AD采样电路，AD采样电路连接MCU主控电路，SF6传感器电路连接RS485电路，RS485电路连接MCU主控电路，MCU主控电路连接液晶触摸显示电路、报警电路。

作为本发明再进一步的方案：前置放大电路包括放大器U2A、放大器U2B，放大器U2A的反相端连接电容C2、电阻R6、电容C3，放大器U2A的同相端连接电阻R5，电容C2的另一端接地，电阻R5的另一端接地，电容C3的另一端连接电阻R6的另一端、电阻R7、放大器U2A的输出端，电阻R7的另一端连接电容C4、电容C5、电阻R9、放大器U2B的反相端，电容C4的另一端接地，电阻R9的另一端连接可调电阻A1，可调电阻A1的另一端连接电容C5的另一端、电阻R10、放大器U2B的输出端，电阻R10的另一端通过电容C6接地，放大器U2B的同相端通过电阻RX接地。

作为本发明再进一步的方案：传感器电路包括温湿度传感器、H2S传感器、CO传感器、臭氧传感器，H2S传感器、CO传感器为电化学传感器，电化学传感器所在电路为电化学传感器电路。

作为本发明再进一步的方案：电化学传感器电路包括电化学传感器，电化学传感器的第一端连接电容C1、放大器U1的输出端，电化学传感器的第二端连接MOS管Q1的D极、电阻R3，电化学传感器的第三端连接MOS管Q1的S极、电阻R4，电阻R4的另一端连接前置放大电路，MOS管Q1的G极通过电阻R18连接5V电压，电阻R3的另一端连接电容C1的另一端、电阻R2，电阻R2的另一端连接放大器U1的反相端，放大器U1的同相端通过电阻R1接地。

作为本发明再进一步的方案：传感器电路包括信号提取电路，信号提取电路包括放大器U3A、放大器U3B、放大器U3C，放大器U3A的同相端通过电阻R22连接温湿度传感器输出信号，放大器U3A的反相端连接放大器U3A的输出端、电阻R23、电阻R26，电阻R23的另一端连接电容C12、电阻R24，电容C12的另一端接地，电阻R24的另一端连接放大器U3B、电阻R21，电阻R1的另一端连接放大器U3B的输出端、电阻R25，电阻R26的另一端连接电阻R27、反相器U3B的同相端，电阻R27的另一端接地，电阻R25的另一端连接放大器U3C的同相端，放大器U3C的反相端连接电阻R28、电阻R29，电阻R28的另一端接地，电阻R29的另一端连接放大器U3C的输出端。

作为本发明再进一步的方案：被测开关柜的气体通过气泵抽气，依次通过SF6传感器、臭氧传感器、H2S传感器、CO传感器、温湿度传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可同时检测多种组分，并适用于有多种场所，既可针对SF6设备(GIS、断路器、环网柜等)泄漏的高精度检漏，也可以针对复杂工况的要求，如高压开关柜气体特殊应用，实时检测当前环境的温、湿度进行温湿度补偿，并可实现柜内的臭氧气体的浓度检测，电路精度高、响应快、温度适应性好。

附图说明

图1为一种便携式高压开关柜SF6综合检测仪的原理图。

图2为电化学传感器及前置放大电路的电路图。

图3为信号提取电路的电路图。

图4为气体检测流程原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种便携式高压开关柜SF6综合检测仪，包括：

传感器电路，用于检测开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧信息，输出给前置放大电路；

前置放大电路，用于放大温湿度、H2S、CO、臭氧对应的电压信号；

AD采样电路，用于采样放大后的温湿度、H2S、CO、臭氧对应的电压信号，输出给MCU主控模块；

SF6传感器电路，用于检测开关柜的SF6泄漏量；

RS485电路，用于将SF6泄漏量信息输出给MCU主控模块；

MCU主控电路，用于判断开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧、SF6泄漏量是否超过阈值，超过时控制报警电路工作；

锂电池充电管理及电源电路，用于为供给直流电压；

液晶触摸显示电路，用于通过MCU主控电路显示开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧、SF6泄漏量；

报警电路，用于工作发光鸣叫；

传感器电路连接前置放大电路，前置放大电路连接AD采样电路，AD采样电路连接MCU主控电路，SF6传感器电路连接RS485电路，RS485电路连接MCU主控电路，MCU主控电路连接液晶触摸显示电路、报警电路。

在具体实施例中：请参阅图2，前置放大电路包括放大器U2A、放大器U2B，放大器U2A的反相端连接电容C2、电阻R6、电容C3，放大器U2A的同相端连接电阻R5，电容C2的另一端接地，电阻R5的另一端接地，电容C3的另一端连接电阻R6的另一端、电阻R7、放大器U2A的输出端，电阻R7的另一端连接电容C4、电容C5、电阻R9、放大器U2B的反相端，电容C4的另一端接地，电阻R9的另一端连接可调电阻A1，可调电阻A1的另一端连接电容C5的另一端、电阻R10、放大器U2B的输出端，电阻R10的另一端通过电容C6接地，放大器U2B的同相端通过电阻RX接地。

放大器U2A为电流转电压电路，可让传感器输出的电流信号转成电压信号并初步放大。电阻R4为传感器的负载电阻，R4值越大输出越稳定，但响应时间就相应的增加，电阻R6为运放的反馈电阻，决定放大器U2A的放大倍数。放大器U2B可实现对信号进行进一步的放大，电阻R9、精密可调电阻A1为U2B的反馈电阻。电容C2、电容C3、电阻R4、电阻R6实现低通滤波。电阻R7、电容C4、电阻R9、可调电阻A1、电容C5、电阻R10、电容C6是对输出进行低通滤波处理。MOS管Q1为一结型MOS管，当电路不上电时，内部的沟道电阻实现R极和S极的短接，保护传感器，延长使用寿命。

在具体实施例中：请参阅图1，传感器电路包括温湿度传感器、H2S传感器、CO传感器、臭氧传感器，H2S传感器、CO传感器为电化学传感器，电化学传感器所在电路为电化学传感器电路。

多种传感器检测待测设备的多项数据，满足于不同的使用环境。

在具体实施例中：请参阅图2，电化学传感器电路包括电化学传感器，电化学传感器的第一端连接电容C1、放大器U1的输出端，电化学传感器的第二端连接MOS管Q1的D极、电阻R3，电化学传感器的第三端连接MOS管Q1的S极、电阻R4，电阻R4的另一端连接前置放大电路，MOS管Q1的G极通过电阻R18连接5V电压，电阻R3的另一端连接电容C1的另一端、电阻R2，电阻R2的另一端连接放大器U1的反相端，放大器U1的同相端通过电阻R1接地。

电化学传感器，第一端(C)、第二端(R)、第三端(S)分别为对电极、参考电极和工作电极。参考电极R为对电极C提供一稳定的电位，通过放大器U1和外围偏置电路实现，S极为传感器的工作电极。

电化学传感器及前置放大电路可以实现所有3针脚(工作电极、参考电极、对电极)电化学传感器的场合，实现对4系列和7系列通用型传感器的信号转换、放大。也可以针对于需要正偏压或负偏压传感器的场合，调整偏置VERF电压的大小即可以实现，当传感器不需要偏压时，接VREF短接到GND电位即可。使用范围较为灵活，电路中运放为低噪声运放，后级运放对信号进行进一步的滤波和放大，滤除高压电路所带来的噪声；对于AD检测极为重要，不易造成浓度误差，软件上的滤波开销小，响应时间短。

在具体实施例中：请参阅图3，传感器电路包括信号提取电路，信号提取电路包括放大器U3A、放大器U3B、放大器U3C，放大器U3A的同相端通过电阻R22连接温湿度传感器输出信号，放大器U3A的反相端连接放大器U3A的输出端、电阻R23、电阻R26，电阻R23的另一端连接电容C12、电阻R24，电容C12的另一端接地，电阻R24的另一端连接放大器U3B、电阻R21，电阻R1的另一端连接放大器U3B的输出端、电阻R25，电阻R26的另一端连接电阻R27、反相器U3B的同相端，电阻R27的另一端接地，电阻R25的另一端连接放大器U3C的同相端，放大器U3C的反相端连接电阻R28、电阻R29，电阻R28的另一端接地，电阻R29的另一端连接放大器U3C的输出端。

因真实的信号叠加在一定的直流电平上，若直接放大，则其动态范围较小，信号提取电路可提高所信号动态范围，并提高共模抑制比。其工作原理如下：传感器输出的信号经过一跟随器(放大器U3A)后再进行RC滤波(电阻R23、电容C12)成相对缓慢变化的直流信号，跟另一路未进行滤波的信号进行差分运算处理。当R24＝R26＝R21＝R27时，运放为1比1的输出，把直流电平剔除仅剩下信号部分。放大器U3C把有用的信号放大到一定的量程值经过AD采样电路送入MCU主控电路，MCU主控电路读取信号再通过软件算法转换成真实的浓度值。

信号提取电路可采集样气中的温湿度信息。通过温湿度探头采集的微弱信号进行放大，但由于零位漂移、信号噪声、电源噪声等参数的影响，需要用本电路去除叠加在上面的直流电平，方面后端电路的放大、滤波处理。可实时的在系统中做软件温度补偿，提高系统的检测精度。

在具体实施例中：请参阅图4，被测开关柜的气体通过气泵抽气，依次通过SF6传感器、臭氧传感器、H2S传感器、CO传感器、温湿度传感器。

将被测电气设备范围内的气体通过气泵抽气进行分析，依次通过SF6传感器、臭氧传感器、H2S传感器、CO传感器、温湿度传感器，对被测气体的成分、温度及湿度进行分析检测。分析的结果通过液晶触摸显示电路显示。气路设置成单路检测，交叉干扰小。电气设备泄漏的大小主要通过传感器对被测气体进行分析，从而判定电气设备泄漏的程度。

本发明的工作原理是：传感器电路检测开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧信息，输出给前置放大电路，前置放大电路放大温湿度、H2S、CO、臭氧对应的电压信号，AD采样电路，用于采样放大后的温湿度、H2S、CO、臭氧对应的电压信号，输出给MCU主控模块，SF6传感器电路，用于检测开关柜的SF6泄漏量，RS485电路通过RS485通信将SF6泄漏量信息输出给MCU主控模块，MCU主控电路，用于判断开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧、SF6泄漏量是否超过阈值，超过时控制报警电路工作，液晶触摸显示电路通过MCU主控电路显示开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧、SF6泄漏量，报警电路在检测气体含量超过阈值时发光鸣叫，提醒工作人员。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种便携式高压开关柜SF6综合检测仪，其特征在于：

该便携式高压开关柜SF6综合检测仪包括：

传感器电路，用于检测开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧信息，输出给前置放大电路；

前置放大电路，用于放大温湿度、H2S、CO、臭氧对应的电压信号；

AD采样电路，用于采样放大后的温湿度、H2S、CO、臭氧对应的电压信号，输出给MCU主控模块；

SF6传感器电路，用于检测开关柜的SF6泄漏信息；

RS485电路，用于将SF6信息输出给MCU主控模块；

MCU主控电路，用于判断开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧、SF6泄漏量是否超过阈值，超过时控制报警电路工作；

锂电池充电管理及电源电路，用于为供给直流电压；

液晶触摸显示电路，用于通过MCU主控电路显示开关柜的温湿度、H2S、CO、臭氧、SF6泄漏量；

报警电路，用于工作发光鸣叫；

传感器电路连接前置放大电路，前置放大电路连接AD采样电路，AD采样电路连接MCU主控电路，SF6传感器电路连接RS485电路，RS485电路连接MCU主控电路，MCU主控电路连接液晶触摸显示电路、报警电路。

2.根据权利要求1所述的便携式高压开关柜SF6综合检测仪，其特征在于，前置放大电路包括放大器U2A、放大器U2B，放大器U2A的反相端连接电容C2、电阻R6、电容C3，放大器U2A的同相端连接电阻R5，电容C2的另一端接地，电阻R5的另一端接地，电容C3的另一端连接电阻R6的另一端、电阻R7、放大器U2A的输出端，电阻R7的另一端连接电容C4、电容C5、电阻R9、放大器U2B的反相端，电容C4的另一端接地，电阻R9的另一端连接可调电阻A1，可调电阻A1的另一端连接电容C5的另一端、电阻R10、放大器U2B的输出端，电阻R10的另一端通过电容C6接地，放大器U2B的同相端通过电阻RX接地。

3.根据权利要求1所述的便携式高压开关柜SF6综合检测仪，其特征在于，传感器电路包括温湿度传感器、H2S传感器、CO传感器、臭氧传感器，H2S传感器、CO传感器为电化学传感器，电化学传感器所在电路为电化学传感器电路。

4.根据权利要求3所述的便携式高压开关柜SF6综合检测仪，其特征在于，电化学传感器电路包括电化学传感器，电化学传感器的第一端连接电容C1、放大器U1的输出端，电化学传感器的第二端连接MOS管Q1的D极、电阻R3，电化学传感器的第三端连接MOS管Q1的S极、电阻R4，电阻R4的另一端连接前置放大电路，MOS管Q1的G极通过电阻R18连接5V电压，电阻R3的另一端连接电容C1的另一端、电阻R2，电阻R2的另一端连接放大器U1的反相端，放大器U1的同相端通过电阻R1接地。

5.根据权利要求1所述的便携式高压开关柜SF6综合检测仪，其特征在于，传感器电路包括信号提取电路，信号提取电路包括放大器U3A、放大器U3B、放大器U3C，放大器U3A的同相端通过电阻R22连接温湿度传感器输出信号，放大器U3A的反相端连接放大器U3A的输出端、电阻R23、电阻R26，电阻R23的另一端连接电容C12、电阻R24，电容C12的另一端接地，电阻R24的另一端连接放大器U3B、电阻R21，电阻R1的另一端连接放大器U3B的输出端、电阻R25，电阻R26的另一端连接电阻R27、反相器U3B的同相端，电阻R27的另一端接地，电阻R25的另一端连接放大器U3C的同相端，放大器U3C的反相端连接电阻R28、电阻R29，电阻R28的另一端接地，电阻R29的另一端连接放大器U3C的输出端。

6.根据权利要求1所述的便携式高压开关柜SF6综合检测仪，其特征在于，被测开关柜的气体通过气泵抽气，依次通过SF6传感器、臭氧传感器、H2S传感器、CO传感器、温湿度传感器。

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