CN114459689A - 一种sf6泄漏快速响应检测及环境监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境监测装置技术领域，具体为一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置，包括监测模块，所述监测模块包括SF6气体检测器、氧气传感器、温湿度传感器、SF6气体检测器、传感器壳体、主控芯片和Sigfox模块，所述传感器壳体内壁的一侧安装有焊接基板，且焊接基板正面的顶部安装有通讯接口，所述焊接基板的正面从上至下依次分别安装有PM2.5传感器、温湿度传感器、氧气传感器和SF6气体检测器，且SF气体检测器位于所述氧气传感器的一侧，所述焊接基板的正面还安装有主控芯片和Sigfox模块。本发明解决了SF6气体检测器在GIS泄漏情况下SF6的检测速度慢、检测数值不稳定、检测精度低的问题。

Description

一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置

技术领域

本发明涉及SF6泄漏检测技术领域，具体为一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置。

背景技术

SF6因其优异的性能而广泛应用于电力工业，但SF6气体泄漏故障时有发生，威胁着大气环境，电气设备及运维人员人身安全，文中以某GIS室内盆式绝缘子开裂导致的气体泄漏事故为例，基于计算流体力学模型，开展真型尺寸GIS室SF6泄漏气体分布规律研究，掌握了GIS室内站SF6泄漏扩散分布规律，研究发现：SF6由开始外泄到均匀分布，会经历喷射，重力扩展，空气卷吸及被动扩散等4个阶段；

SF6气体以其优异的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于城市电网变电站的GIS设备上，但是，由于受到制造质量的差异、安装的不合理性、以及材料老化等因素的影响，使得SF6电气设备容易发生泄漏，而泄漏出来的SF6气体及其分解物向室内低层空间积聚，造成局部缺氧的情况，同时，分解物中包含有多种有毒气体成分，对进入室内的工作人员的生命安全构成了严重的危险；

我国的相关标准和行为规程明确提出SF6气体的泄漏监测规定，根据《电业安全规程》、《六氟化硫电气设备运行、试验及检修人员安全防护细则》和《作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求》等相关规定，在室内SF6电气设备工作场所中，必须安装在线SF6-O2泄漏监控报警仪，实时监测环境中SF6气体和氧气的含量，当环境中SF6气体含量超标(SF6气体浓度>1000yL/L)或缺氧(氧浓度<18％)时，监测报警仪能立即进行声光报警，以提醒工作人员采取安全措施，同时，系统自动启动排风设施来降低环境空气中SF6气体含量，保证进入室内工作人员的人身安全；

现有技术的变电站现场SF6泄漏报警监测装置SF6泄漏报警监测装置仅检测SF6、O2、温湿度，无PM2.5监测功能及环境气体监测功能，因此亟需一种新型的SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置，以解决上述背景技术中提出的现有SF6气体泄漏后无法快速精确测量的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置，包括监测模块，所述监测模块包括SF6气体检测器、氧气传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、微型风扇和符合气动流体的传感器壳体，所述传感器壳体内壁的一侧安装有焊接基板，且焊接基板正面的顶部安装有通讯接口，所述焊接基板的正面从上至下依次分别安装有PM2.5传感器、温湿度传感器、氧气传感器和SF6气体检测器，且SF气体检测器位于所述氧气传感器的一侧，所述焊接基板的正面还安装有主控芯片和Sigfox模块。

本检测装置主控芯片采用STM32F401RCT6，监测模块数据信息通过Sigfox模块无线发送至监测主机，避免了铺设信号线，本发明采用窄带物联网Sigfox传输技术设计研发低功耗的无线检测模块，方便布点，将数据传输至主机，采用隔离电源模计，主控芯片通过通讯接口连接SF6气体检测器，通过AD采集氧气含量，通过通讯方式连接PM2.5传感器，通过串口采集温湿度信息，本装置外壳采用流体力学原理进行设计，可快速响应空气中气体变化及SF6气体浓度变化。

本发明根据气体流动的原理，SF6气体的性质，设计了可快速响应空气中SF6气体变化的流体力学壳体，同时在装置内部装有微型风扇，可加速装置内部气体循环，减少SF6气体附着，解决了现有SF6泄漏检测技术中SF6频繁波动变化，检测不稳定，检测偏慢，检测不准确问题，加快了测试速度，稳定了检测数值，提高了检测精度。

进一步，所述SF6泄漏监测装置，各个传感器模块供电模块采用抗电磁干扰的隔离电源模块设计，根据功率和负载情况，大功率或者干扰大的电路或者元器件，采用单独的电源转换芯片，为了防止各个电压之间互相串扰和相互影响，采用大容量的储能电容防止电压突变，再加上相应频响的滤波电容滤除干扰杂波，最后各个电压的地线之间通过磁珠相连，连接处布置与之干扰频率相关的滤波电容或电感，以防止干扰通过地线进入不同的电源网络电源回路设计路径最短，滤除EMC电磁干扰，消除电磁干扰对SF6及氧气监测精度的影响。

进一步，所述SF6泄漏监测装置，内置故障诊断模块，对SF6气体检测器、氧气传感器、PM2.5传感器、温湿度传感器各个传感器状态进行监测，实施监控传感器的性能，评估传感器的状态及性能，对状态异常传感器进行实时预警，对SF6气体检测器、氧气传感器的性能进行实时跟踪，进而对传感器零位及线性进行自校准，提高传感器的检测精度。

进一步，SF6气体检测器为红外扩散式传感器，考虑传感器的结构本体，及气体流经传感器的路径，微型风扇固定在SF6气体检测器的上端，所述风扇的风向各自对准SF6气体检测器检测气室的红外发射管位置，同时以使气体均匀的流动，进而提高SF6检测速度及精度。

本发明监测装置数据通过Sigfox将检测数据传送至IED监测主机，采用低功耗广域网(LPWA)，提供物联网(IoT)连接服务，采用Sigfox传输技术设计研发的低功耗的无线传输模块，具有低功耗、简单易用、低成本、小消息、互补性的功能；从设备中使用的Sigfox射频模块到Sigfox网络，Sigfox会优化每个步骤，使其尽可能具有成本效益，Sigfox使用192kHz频谱带宽的公共频段来传输信号，采用超窄带的调制方式，每条信息的传输宽度为100Hz，并且以每秒100bit或600bit的数据速率传输，具体速率取决于不同区域的网络配置，解决了变电站现场分布在各个点的监测模块均需要进行电源布线和通信布线，这些线缆埋在水泥地面下时一旦布置好监测点，受布线限制将不可移动位置，存在灵活性差等问题，如果通过线槽布线，则存在现场布线麻烦、明敷线槽不美观等诸多问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过气体流动的原理，SF6气体的性质、设计SF6泄漏检测装置壳体，解决了SF6气体检测器在GIS泄漏情况下SF6的检测速度慢、检测数值不稳定、检测精度低的问题，本发明SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置克服了电力设备GIS中SF6绝缘气体的泄漏检测时间偏慢，延迟报警的问题，提高了检测精度，保证了现场作业人员的安全。

2.本发明通过对电源模块隔离设计及抗EMC设计，通过对不同供电模块的独立设计，极大提高各路传感器的检测精度及稳定性，提高SF6泄漏检测系统的稳定性及准确性。

3.本发明通过内置微型风扇对SF6气体检测器进出气体进行循环，通过微型风扇的位置设置使气体均匀的在传感器单元内流动，可提高SF6气体检测速度及精度，同时减少SF6气体在传感器内部的残留，以此提高检测速度及精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明监测模块的内部结构示意图；

图2为本发明监测模块的下盖板开孔结构示意图；

图3为本发明监测模块的上盖板结构示意图；

图中：1、微型风扇；2、通讯接口；3、PM2.5传感器；4、温湿度传感器；5、氧气传感器；6、SF6气体检测器；7、焊接基板；8、传感器壳体；9、壳体上盖；10、壳体下盖。

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1-3，本发明提供的一种实施例：一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置，传感器壳体8内壁的一侧安装有焊接基板7，传感器壳体8的底部可拆卸地安装有壳体上盖9，传感器壳体8的顶部可拆卸地安装有壳体下盖10，传感器壳体8内部的两侧皆设置有微型风扇1，且微型风扇1可拆卸地安装于壳体下盖10上，可拆卸安装可采用螺栓进行螺纹固定，焊接基板7正面的顶部安装有通讯接口2，且通讯接口2的下方设置有PM2.5传感器3，PM2.5传感器3的一侧与焊接基板7相连接，PM2.5传感器3下方的一侧设置有温湿度传感器4，且温湿度传感器4安装于焊接基板7上，温湿度传感器4的下方设置有氧气传感器5，且氧气传感器5安装于焊接基板7上，氧气传感器5的一侧设置有SF6气体检测器6，且SF6气体检测器6安装于焊接基板7上，壳体上盖9的内部开设有排气孔，壳体下盖10内部的两侧开设有用于通风的通口，且通口与微型风扇1相对应，壳体下盖10内部的中间位置处开设有安装插口，利用壳体上盖10上安装的微型风扇1将气体抽进传感器壳体8内，使气体以一定的速率经过PM2.5传感器3、温湿度传感器4、氧气传感器5及SF6气体检测器6，并通过壳体下盖9上的排气孔排出壳体。

通过微型风扇1的作用，让气体快速的经过传感器及检测器，可以将检测结果通过通讯接口2反馈主机上。

通过微型风扇1加快传感器壳体8内部的气体流通，使经过PM2.5传感器3、温湿度传感器4、氧气传感器5及SF6气体检测器6的气体流速加快，使得SF6提起泄漏检测结果更迅速能得到反馈。

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。

Claims (6)

1.一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置，其特征在于，包括监测模块，所述监测模块包括SF6气体检测器(6)、氧气传感器(5)、温湿度传感器(4)、SF6气体检测器(6)、传感器壳体(8)、主控芯片和Sigfox模块，所述传感器壳体(8)内壁的一侧安装有焊接基板(7)，且焊接基板(7)正面的顶部安装有通讯接口(2)，所述焊接基板(7)的正面从上至下依次分别安装有PM2.5传感器(3)、温湿度传感器(4)、氧气传感器(5)和SF6气体检测器(6)，且SF6气体检测器(6)位于所述氧气传感器(5)的一侧，所述焊接基板(7)的正面还安装有主控芯片和Sigfox模块。

2.根据权利要求1所述的一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置，其特征在于：所述传感器壳体(8)的底部可拆卸地安装有壳体上盖(9)，且壳体上盖(9)的内部开设有排气孔。

3.根据权利要求1所述的一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置，其特征在于：所述传感器壳体(8)的顶部可拆卸地安装有壳体下盖(10)，且壳体下盖(10)底部的两侧可拆卸地安装微型风扇(1)，所述传感器壳体(8)外部的两侧皆开设有安装孔。

4.根据权利要求3所述的一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置，其特征在于：所述壳体下盖(10)内部的两侧开设有用于通风的通口，且通口与所述微型风扇(1)相对应，所述壳体下盖(10)内部的中间位置处开设有安装插口。

5.根据权利要求1所述的一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置，其特征在于：所述环境监测装置对SF6气体检测器(6)、氧气传感器(5)、PM2.5传感器(3)、温湿度传感器(4)各个传感器模块供电模块采用抗电磁干扰的隔离电源模块设计。

6.根据权利要求1所述的一种SF6泄漏快速响应检测及环境监测装置，其特征在于：所述环境监测装置内置故障诊断模块，对SF6气体检测器(6)、氧气传感器(5)、PM2.5传感器(3)、温湿度传感器(4)各个传感器状态进行监测，实施监控传感器的性能，评估传感器的状态及性能，对状态异常传感器进行实时预警，对SF6气体检测器(6)、氧气传感器(5)的性能进行实时跟踪，进而对传感器零位及线性进行自校准，提高传感器的检测精度。

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