CN201575970U - Sf6综合测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种SF₆综合测试仪，包括进气口和与其管路连接的流量计，流量计的出口端连接有分流四通，分流四通的第一出口端管路连接有检测SF₆气体水份含量的湿度传感器，第二出口端管路连接有检测SF₆气体纯度的热导传感器和检测CO、SO₂和H₂S气体含量的离子传感器，第三出口端管路连接有检测CF₄气体含量的非分散式红外光谱传感器和检测CO₂气体含量的离子传感器，三路气体最终通过汇流四通与出气口连接。本实用新型提供了一种SF₆综合测试仪，能一次测量SF₆气体的各种参数，极大的提高了工作效率，由于只需要一次测量，避免了多次测量浪费气体的状况，同时节约成本。

Description

SF6综合测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种测试仪，尤其涉及一种SF₆综合测试仪。

背景技术

SF₆气体是由两位法国化学家Moissan和Lebeau在1900年合成的，从60年代起，SF₆作为极其优越的绝缘、灭弧介质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。在今天，SF₆气体几乎成为高压、超高压断路器和GIS中唯一的绝缘和灭弧介质。随着电力系统的不断发展，室内SF₆电器设备越来越多，电压等级越来越高，设备容量越来越大，SF₆气体水份超标和纯度下降对设备运行安全构成巨大威胁，其剧毒的分解产物一旦泄漏对工作人员造成极大的伤害，且分解产物的组成和含量对设备运行状态的分析非常关键。根据《电业安全工作规程》(发电厂和变电站部分)特别规定，必须对SF₆设备的SF₆气体进行定期检测水份、纯度和其分解产物。

近百年来，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。这种全球性的气候变暖是由自然的气候波动和人类活动所增强的温室效应共同引起的。减少温室气体排放、减缓气候变化是《联合国气候变化公约》和《京都议定书》的主要目标，而我国在减少温室气体排放方面所面临的国际压力越来越大。目前，发现人类活动排放的温室气体有六种，它们是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳合物、全氟化碳、六氟化硫，这当中氟化物就有三种，其中二氧化碳对温室效应影响最大，占60％，而SF₆气体的影响仅占0.1％，但SF₆气体分子对温室效应具有潜在的危害，这是因为SF₆气体一个分子对温室效应的影响为CO₂分子的25000倍，同时，排放在大气中的SF₆气体寿命特长，约3400年。现今，每年排放到大气中的CO₂气体约210亿吨，而每年排放到大气中的SF₆气体相当于1.25亿吨CO₂气体。现在全球每年生产的大约8500吨SF₆气体中，约有一半以上用于电力工业。而在电力工业中，高压开关设备约占用气量的80％以上。一般每次SF₆检测排放量在5～15L之间，全国有千万台SF₆设备，平均一年一次一项功能检测，就要耗费相当多的SF₆气体。如果采用SF₆综合测试仪可以减少2/3的排放量，减少排放量已到了非整治不可的地步。

现在市场上测量SF₆相关的设备有，SF₆露点仪、SF₆纯度仪、SF₆分解产物测试仪、CF₄测试仪，CO₂测试仪，CO测试仪等仪器。这些仪器结构简单，功能单一，目前市场上没有能够综合测试SF₆的仪器，客户想测试的SF₆各种参数，因此就需要多种仪器来测试，无论对财力还是人力都造成了极大的浪费。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种SF₆综合测试仪，能一次测量SF₆气体的各种参数。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种SF₆综合测试仪，包括进气口和与其管路连接的流量计，气体通过检测后由出气口排出，所述流量计的出口端连接有分流四通，分流四通的第一出口端管路连接有检测SF₆气体水份含量的湿度传感器，第二出口端管路连接有检测SF₆气体纯度的热导传感器，第三出口端管路连接有检测CF₄气体含量的非分散式红外光谱传感器，三路气体最终通过汇流四通与出气口连接。

所述热导传感器和汇流四通之间的管路上依次设置有3个分别检测CO、SO₂和H₂S气体含量的离子传感器。

所述非分散式红外光谱传感器和汇流四通之间的管路上设置有检测CO₂气体含量的离子传感器。

进一步地，为了更有效地控制气体的流量，所述进气口和流量计之间的管路上设置有流量调节计。

有益效果：本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，其将SF₆水份测试仪、纯度测试仪、分解产物测试仪、CF₄测试仪，CO₂测试仪，CO测试仪集为一体，用户在测试时候只要测量一次，就可以将SF₆各种参数全部测试，极大的提高了工作效率，由于只需要一次测量，避免了多次测量浪费气体的状况，同时节约成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是SF₆气体中无CF₄气体时的红外线检测原理图；

图3是SF₆气体中有CF₄气体时的红外线检测原理图。

其中：1、进气口；2、流量调节计；3、流量计；4、湿度传感器；5、热导传感器；6、非分散式红外光谱传感器；7、检测CO含量的离子传感器；8、检测SO₂含量的离子传感器；9、检测H₂S含量的离子传感器；10、检测CO₂含量的离子传感器；11、出气口；12、分流四通；13、汇流四通。

具体实施方式

本实用新型的SF6综合测试仪，包括进气口1和依次与其管路连接的针型阀流量调节计2和流量计3，如图1所示，流量计3的出口端连接有分流四通12，分流四通12的第一出口端管路连接有检测SF₆气体水份含量的湿度传感器4，第二出口端依次管路连接有检测SF₆气体纯度的热导传感器5、检测CO含量的离子传感器7、检测SO₂含量的离子传感器8和检测H₂S含量的离子传感器9；第三出口端依次管路连接有检测CF₄气体含量的非分散式红外光谱传感器6和检测CO₂含量的离子传感器10，检测SF₆气体水份含量的湿度传感器4、检测H₂S含量的离子传感器9和检测CO₂含量的离子传感器10的出口端分别与汇流四通13的进口端连接，三路气体最终通过汇流四通13与出气口11连接。

采用非分散式红外光谱传感器测量CF₄气体含量的原理：CF₄是非常强的温室效应气体，对特定波长的红外光谱有较强的吸收能力，利用光谱物理检测比传感器热导检测更加方便，可靠。它与传统热导检测法相比，无需专用标气，使用和维护更加方便。如图2、图3所示的红外线检测原理图，图2表示SF₆气体中无CF₄时，所有红外光源全部通过气室，红外接收器接收到全部光谱，图3表示SF₆气体含有CF₄时，只有部分光源通过气室，红外接收器收到的信号大小与CF₄的含量成反比，因此，可以利用红外光谱检测CF₄。

本案采用的湿度传感器4为维萨拉公司的

湿度传感器，湿度传感器采用高分子薄膜电容式原理，在全量程内做到测量精确可靠，并具有卓越的长期稳定性，它不受灰尘粒子和大多数化学物污染的影响，极适合工业环境的使用。采用的热导传感器5为单臂式低功耗热导传感器，它利用SF₆气体与其他气体导热系数差异性原理测试，无需外置参比气体，提高仪器灵巧性，适合野外作业，达到国际先进水平；离子传感器7、8、9、10全采用进口高性能离子传感器。

本实用新型采用了多种传感器，信号之间容易相互干扰，以下方案解决了这个难题：

一、CAN(控制器局域网)采用了OSI/ISO模型全部7层中的2层，即物理层和数据链路层，用户可以这2层为基础，根据实际需要开发相应的应用层通信协议〔1〕。CAN的主要特点如下：a.可以多主方式工作，网络上任意节点均可以在任意时刻主动地向总线上其他节点发送信息，因而可以构成多主机系统。

b.当CAN节点严重错误时，具有自动关闭输出的功能，切断该节点与总线的联系，使总线上的其他节点及通信不受影响，故具有较强的抗干扰能力。

c.采用非破坏性总线仲裁技术，当2个节点同时向总线发送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，节省了总线冲突仲裁时间，避免了总线冲突。d.总线上的节点信息可以分成不同的优先级，以满足不同的实时要求。e.可以用点对点、一点对多点及全局广播等几种方式发送和接收数据。

f.CAN的直接通信距离最远可达10km，此时传输速率只能达到5kbit/s；最高通信速率可达到1Mbit/s，此时最大传输距离为40m；CAN上的节点数实际可达110个。

g.CAN采用短帧结构，每帧信息含有8个字节，并有CRC校验等检错措施，传输时间短，保证了数据出错率低。

h.通信介质采用双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。

总之，采用CAN总线实时性强、可靠性高，用户接口简单，非常适用于变电所中构成高压开关柜故障在线检测系统。

(二)使用带有屏蔽层的线路，该接地线的设备要接地线

抗干扰接地处理的主要内容：(1)避开地环电流的干扰；(2)降低公共地线阻抗的耦合干扰。

“一点接地”有效地避开了地环电流；而在“一点接地”前提下，并联接地则是降低公共地线阻抗的耦合干扰的有效措施；它们是工业控制系统采用的最基本的接地方法。

工业控制系统接地的含义不一定就是接大地。例如直流接地只是定义电路或系统的基准电位，它可以悬浮，但要求与大地严格绝缘。通常，其绝缘电阻要达到50MΩ以上。直流地悬浮隔离了交流地网的干扰，经济简便，工程中经常使用。直流地悬浮的缺点是机器容易带静电，如果该静电电位过高，会损坏器件，击伤操作人员等等；而且，如果这时直流地与大地的绝缘电阻减小，可能会产生很多原先没有想到的干扰。直流地接大地，按照国家标准，要埋设一个不大于4Ω的独立接地体。但无论直流地悬浮或者接大地，直流地与大地之间的电位都存在着间接或者直接的关系。工业控制机所操作的各种输入输出信号之间接地是否合理，不只是形成相互耦合干扰的问题，有时还危及计算机系统的安全。在实际的工业控制系统中，各种通道的信号频率大多在1MHz内，属于低频范围。因此，下面谈谈低频范围的接地：

1.串联接地

在串联接地方式中，各电路各有一个电流i1、i2、i3等流向接地点。由于地线存在电阻，因此，每个串联接点的电位不再是零，于是各个电路间相互发生干扰。尤其是强信号电路将严重干扰弱信号电路。如果必须要这样使用，应当尽力减小公共地线的阻抗，使其能达到系统的抗干扰容限要求。串联的次序是：最怕干扰的电路的地应最接近公共地，而最不怕干扰的电路的地可以稍远离公共地。

2.并联接地

并联接地方式：在工业控制机中的模拟通道和数字通道采用并联接地。并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关，互相之间不会造成耦合干扰。因此，有效地克服了公共地线阻抗的耦合干扰问题，工业控制机应当尽量采用并联接地方式。值得注意的是，虽然采用了并联接地方式，但是地线仍然要粗一些，以使各个电路部件之间的地电位差尽量减小。这样，当各个部件之间有信号传送时，地线环流干扰将减小。

工业现场的干扰来源是多渠道的，针对不同的项目和不同的现场，应该有不同的处理方法。屏蔽和接地是由工控系统开发者操作的一项技术内容。能否正确设计和利用它们，不仅关系到系统安全稳定地运行、良好地抑制干扰，而且是工控项目开发者是否成熟的重要标志。

工控系统的屏蔽处理

工业现场动力线路密布，设备启停运转繁忙，因此存在严重的电场和磁场干扰。而工业控制系统又有几十乃至几百个甚至更多的输入输出通道分布在其中，导线之间形成相互耦合是通道干扰的主要原因之一。它们主要表现为电容性耦合、电感性耦合、电磁场辐射三种形式。在工业控制系统中，由前两种耦合造成的干扰是主要的，第三种是次要的。它们对电路主要造成共模形式的干扰。众所周知，地球是一个静电容量很大的导体，其电位非常恒定。如果把一个导体与大地紧密连接，那么该导体的电位也是恒定的。我们把它的电位叫作零电位，它是电位的参考点。然而，工程上不可能做到这种紧密连接，总是存在一定的接地电阻。当有电流经该导体入地时，它的电位就有波动。于是，不同的接地点之间会有电位差。当我们用一根导线连接不同的接地点时，在导线中就可能有电流流动，这称为地环电流。接地抗干扰技术就是解决以地环电流为中心的一系列技术问题。

1、电场耦合的屏蔽和抑制技术

克服电场耦合干扰最有效的方法是屏蔽。因为放置在空心导体或者金属网内的物体不受外电场的影响。请注意，屏蔽电场耦合干扰时，导线的屏蔽层最好不要两端连接当地线使用。因在有地环电流时，这将在屏蔽层形成磁场，干扰被屏蔽的导线。正确的作法是把屏蔽层单点接地，一般选择它的任一端头接地。造成电场耦合干扰的原因是两根导线之间的分布电容产生的耦合。当两导线形成电场耦合干扰时，导线1在导线2上产生的对地干扰电压V_N为： $V_N=\frac{\mathrm{j\ω}[C_{12}/(C_{12}+C_{2G})]}{\mathrm{j\ω}+1/R(C_{12}+C_{2G})}{V}_1---\left(1\right),$ 式中，V₁和ω是干扰源导线1的电压和角频率；R和C_2G是被干扰导线2的对地负载电阻和总电容；C₁₂是导线1和导线2之间的分布电容。通常，C₁₂＜C_2G，因此，式(1)可以简化成， $V_N=\frac{\mathrm{j\ω}{C}_{12}}{1/R+\mathrm{j\ω}{C}_{2G}}{V}_1---\left(2\right),$ 从式(2)可以看出，在干扰源的角频率ω不变时，要想降低导线2上的被干扰电压V_N，应当减小导线1的电压V₁，减小两导线之间的分布电容C₁₂，减小导线2对地负载电阻R以及增大导线2对地的总电容C_2G。在这些措施中，可操作性最好的是减小两导线之间的分布电容C₁₂。即采用远离技术：弱信号线要远离强信号线敷设，尤其是远离动力线路。工程上的“远离”概念，通常取干扰导线直径的40倍，即认为足够了。同时，避免平行走线也可以减小C₁₂。

2、磁场耦合的抑制技术

抑制磁场耦合干扰的好办法应该是屏蔽干扰源。大电机、电抗器、磁力开关和大电流载流导线等等都是很强的磁场干扰源。但把它们都用导磁材料屏蔽起来，在工程上是很难做到的。通常是采用一些被动的抑制技术。当回路1对回路2造成磁场耦合干扰时，其在回路2上形成的串联干扰电压V_N为：V_N＝jωBAcosθ(3)，式中，ω是干扰信号的角频率；B是干扰源回路1形成的磁场链接至回路2处的磁通密度；A为回路2感受磁场感应的闭合面积，θ是和两个矢量的夹角。可以看出，在干扰源的角频率ω不变时，要想降低干扰电压V_N，首先应当减小B。对于直线电流磁场来说，B与回路1流过的电流成正比，而与两导线的距离成反比。因此，要有效抑制磁场耦合干扰，仍然是远离技术。同时，也要避免平行走线。

3、屏蔽线的使用

屏蔽线的接地有三种情况，即：单端接地方式、两端接地方式、屏蔽层悬浮。(1)单端接地方式：假设信号电流i1从芯线流入屏蔽线，流过负载电阻RL之后，再通过屏蔽层返回信号源。因为i1与i2大小相等方向相反，所以它们产生的磁场干扰相互抵消。这是一个很好的抑制磁场干扰的措施。同时它也是一个很好的抵制磁场耦合干扰的措施。(2)两端接地方式：由于屏蔽层上流过的电流是i2与地环电流iG的迭加，所以它不能完全抵消信号电流所产生的磁场干扰。因此，它抑制磁场耦合干扰的能力也比单端接地方式差。单端接地方式与两端接地方式都有屏蔽电场耦合干扰作用。(3)屏蔽层悬浮：只有屏蔽电场耦合干扰能力，而无抑制磁场耦合干扰能力。

4、双绞线的使用

如果双绞线的绞扭一致的话，那么这些小回路的面积相等而法方向相反，因此，其磁场干扰可以相互抵消。双绞线的结构对电场耦合干扰的抑制毫无能力。当给双绞线加上屏蔽层后，一个价廉物美的传输线就诞生了。根据国外专家的实验测定，屏蔽层接地方法不同对磁场干扰的抑制dB数也不同。(1)单端接地方式，对磁场干扰具有高达55dB的衰减能力。可见，双绞线确实有很好的效果。(2)两端接地方式，地线阻抗与信号线阻抗不对称，地环电流造成了双绞线电流不平衡，因此降低了双绞线抗磁场干扰的能力，只有13dB的磁场干扰衰减能力。(3)使用屏蔽双绞线，其屏蔽层一端接地，另一端悬空，因此屏蔽层上没有返回信号电流，所以它的屏蔽层只有抗电场干扰能力，而无抑制磁场耦合干扰能力。与单端接地方式一样衰减55dB。(4)屏蔽层单端接地，而另一端又与负载冷端相连，因此它具有两端接地方式的效果，但它的屏蔽层上的电流由于被双绞线中的一根分流，又比两端接地方式稍差。具有77dB的衰减。(5)屏蔽层双端接地，具有一定的抑制磁场耦合干扰能力，加上双绞线本身的作用，因此具有63dB的衰减。(6)屏蔽层和双绞线都两端接地，其效果具有28dB衰减。

双绞线最好的应用是作平衡式传输线路。因为两条线的阻抗一样，自身产生的磁场干扰或外部磁场干扰都可以较好的抵消。同时，平衡式传输又独具很强的抗共模干扰能力，因此成为大多数计算机网络的传输线。例如，物理层采用RS422A或RS485通信接口，就是很好的平衡传输模式。

Claims (4)

1.一种SF₆综合测试仪，包括进气口(1)和与其管路连接的流量计(3)，气体通过检测后由出气口(11)排出，其特征在于：所述流量计(3)的出口端连接有分流四通(12)，分流四通(12)的第一出口端管路连接有检测SF₆气体水份含量的湿度传感器(4)，第二出口端管路连接有检测SF₆气体纯度的热导传感器(5)，第三出口端管路连接有检测CF₄气体含量的非分散式红外光谱传感器(6)，三路气体最终通过汇流四通(13)与出气口(11)连接。

2.如权利要求1所述的SF₆综合测试仪，其特征在于：所述热导传感器(5)和汇流四通(13)之间的管路上依次设置有分别检测CO含量的离子传感器(7)、检测SO₂含量的离子传感器(8)和检测H₂S含量的离子传感器(9)。

3.如权利要求1所述的SF₆综合测试仪，其特征在于：所述非分散式红外光谱传感器(6)和汇流四通(13)之间的管路上设置有检测CO₂含量的离子传感器(10)。

4.如权利要求1所述的SF₆综合测试仪，其特征在于：所述进气口(1)和流量计(3)之间的管路上设置有流量调节计(2)。

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