CN209878537U - 微水密度变送器及应用其的sf6微水密度在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微水密度变送器及应用其的SF₆微水密度在线监测系统，微水密度变送器包括连接体和变送器主体，所述连接体设置有气室及与气室相连通、且以便SF₆气体进入气室的进气口；所述变送器主体的至少一部分伸入气室内、与气室密封连接且用于采集气室内的压力值、温度值和湿度值。本实用新型的微水密度变送器可以在不排放SF₆气体的情况下在线监测SF₆气体的压力值、温度值和湿度值，方便省事，也避免了对大气的污染。

Description

微水密度变送器及应用其的SF6微水密度在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种微水密度变送器及应用其的SF₆微水密度在线监测系统。

背景技术

六氟化硫（SF₆）是一种无毒、无味、无色、无嗅、非可燃的合成气体，具有一般电介质不可比拟的绝缘特性和灭弧能力。充装SF₆的电气设备占地面积小，运行噪声小，无火灾危险，这极大地提高了电气设备运行的安全可靠性。而气体绝缘金属封闭电器（GIS）的应用，打破了传统变电站的概念，使紧凑型、高电压、大容量新式变电站的发展得以实现，成为城网变电站改造的重要途径。

随着我国电力设备无油化、小型化的发展，在35-500kV高压断路器中采用SF₆气体作为绝缘灭弧介质的断路器等逐年增加。对SF₆气体的状态监测已成为保证SF₆断路器等电器设备正常安全运行的主要技术措施之一。

SF₆气体的湿度、密度两项物理指标是否处于额定范围之内，决定着SF₆气体的绝缘和灭弧性能的有效与否。但SF₆高压开关电器在制造和运行中因为：SF₆新气中含有一定水分；在设备安装、解体检修和充气、补气时，因工艺过程中的疏漏，在气室和管阀内会留有水分；在开关工件加工和上述操作中的失误等造成密封失严，SF₆气体向外泄漏，因外部水分压远高于气室中气体的水分压，外部水分会向气室内反向渗入，造成SF₆气体在密度下降的同时含水量上升。超标的水分会造成下列危害：

SF₆气体含有超标的水分后，在一些金属物的参与下，在200℃以上温度时可使SF₆发生水解反应，生成活泼的氢氟酸（HF）和有毒的SOF₂、SO₂F₂、SF₄和SOF₄等低价硫氟化物，在高温拉弧的作用下，还将分解产生温室气体之一的二氧化硫（SO₂）和氢氟酸（HF）。它们将腐蚀绝缘件和金属部件，并产生热量从而导致气室内气体压力的危险升高，断路器耐压强度和开断容量下降，严重情况下将导致断路器爆炸，不仅引起电网事故，还将造成有害和温室气体灌放大气，形成电气和环保灾害。

变电站SF₆断路器SF₆气体的密度、湿度和温度三项物理指标是否处于额定范围之内，决定着该断路器的安全运行状态。电网运行规程强制规定，在设备投运前和运行中都必须定期对SF₆气体的密度和含水量进行检测。SF₆气体含水量的现场检测方法有电解法、冷凝法和阻容法。目前大多采用便携式露点仪进行现场检测。

电力相关规程规定：每日巡回监视气体密度，每1-2年对SF₆气体的含水量进行检测。含水量检测通常采用露点仪进行现场停电检测，检测时按标准取样气体流量，即30-40升/小时计算，一次测试需排放SF₆气体约35升。全国电力工业分成两大电网公司和五大发电集团。至2006年底，仅一个电网公司，即国家电网公司所辖电网中的12-750 kV中高压断路器就有333,294台，上述数量还不包括每年增长的10%左右。平均每台断路器每年排放35升SF₆气体，其总排放量对大气污染效果不言而喻。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种微水密度变送器，它可以在不排放SF₆气体的情况下在线监测SF₆气体的压力值、温度值和湿度值，方便省事，也避免了对大气的污染。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种微水密度变送器，它包括：

连接体，所述连接体设置有气室及与气室相连通、且以便SF₆气体进入气室的进气口；

至少一部分伸入气室内、与气室密封连接且用于采集气室内的压力值、温度值和湿度值的变送器主体。

进一步提供了一种变送器主体的具体结构，所述变送器主体包括底座、安装在底座的下端的传感器组件和安装在底座的上端的信号处理组件；其中，

所述底座与气室密封连接，所述传感器组件置于气室内，所述传感器组件适于采集气室内的压力信号、温度信号和湿度信号；

所述信号处理组件与传感器组件信号连接，所述信号处理组件适于对传感器组件采集的气压信号、温度信号和湿度信号进行处理以得到压力值、温度值和湿度值。

进一步，所述底座与所述连接体螺纹连接；和/或所述信号处理组件与传感器组件通过多个与底座一体成型的烧结针信号连接。

进一步提供了一种传感器组件和信号处理组件的具体结构，所述传感器组件包括安装在底座上的传感器主板及分别集成在传感器主板上的压力传感器、温度传感器和湿度传感器，所述信号处理组件包括安装在底座上的变送器主板及分别集成在变送器主板上的DSP信号处理模块、中央处理器、电源模块和通信接口；其中，

所述压力传感器适于采集气室内的压力信号，所述温度传感器适于采集气室内的SF₆气体的温度信号，所述湿度传感器适于采集气室内的SF₆气体的湿度信号；

所述DSP信号处理模块分别与压力传感器、温度传感器和湿度传感器信号连接，所述DSP信号处理模块适于对气压信号、温度信号和湿度信号进行处理以得到压力值、温度值和湿度值；

所述中央处理器分别与DSP信号处理模块和通信接口信号连接，所述中央处理器适于接收DSP信号处理模块发送的压力值、温度值和湿度值，并通过通信接口外发；

所述电源模块分别与DSP信号处理模块和中央处理器电性连接，所述电源模块适于为DSP信号处理模块和中央处理器供电。

进一步为了在空间有限的情况下增大变送器主板的面积，所述变送器主板包括并列设置的第一主板和第二主板，所述第一主板安装在底座上，所述第二主板通过至少一个卡扣可拆卸地固定在第一主板上。

进一步为了保护信号处理组件并方便信号处理组件与其它设备的连接，所述变送器主体还包括外壳和顶盖，所述外壳套装在信号处理组件的外侧并与底座固定连接，所述顶盖固定在外壳的上端，且所述顶盖上安装有与所述信号处理组件信号连接的电气接头。

进一步为了方便为GIS室补充SF₆气体，所述连接体还设置有与气室相连通的补气口。

进一步提供了一种连接体的具体结构，所述连接体为三通自封阀，所述三通自封阀的一个接口作为进气口，所述三通自封阀的另一个接口作为补气口。

本实用新型还提供了一种SF₆微水密度在线监测系统，它包括：

多个微水密度变送器，微水密度变送器的进气口与外部的GIS室相连通；

通信服务器，所述通信服务器与每个微水密度变送器均信号连接，以便通过通信服务器接收微水密度变送器所采集的压力值、温度值和湿度值，储存并显示。

进一步为了可以远程监控，SF₆微水密度在线监测系统还包括：

工控机，所述工控机网络连接所述通信服务器，以便通信服务器将其接收到的压力值、温度值和湿度值同步至工控机；

远程设备，所述远程设备与工控机网络连接，以便工控机将压力值、温度值和湿度值上传至远程设备。

采用了上述技术方案后，将进气口与变电站现场的GIS室相连通，则GIS室内的SF₆气体进入气室内，变送器主体与气室密封连接，进而通过变送器主体采集气室内的SF₆气体的压力值、温度值和湿度值，又可有效避免气室内的SF₆气体外泄，本实用新型的微水密度变送器可以在不排放SF₆气体的情况下在线监测SF₆气体的压力值、温度值和湿度值，方便省事，也避免了对大气的污染，且在安装微水密度变送器时，将进气口与GIS室连通即可，方便快捷；本实用新型的SF₆微水密度在线监测系统通过通信服务器接收微水密度变送器所采集的压力值、温度值和湿度值，储存并显示，所述通信服务器通过TCP/IP或IEC61850协议将压力值、温度值和湿度值同步至工控机，工控机再通过局域网或因特网将压力值、温度值和湿度值上传至远程设备，则方便工作人员通过远程设备实时监控变电站现场信息。

附图说明

图1为本实用新型的微水密度变送器的结构示意图；

图2为本实用新型的变送器主体的主视图；

图3为本实用新型的变送器主体的左视图；

图4为本实用新型的变送器主体的仰视图；

图5本实用新型的SF₆微水密度在线监测系统的原理框图；

图6为本实用新型的通信服务器的主视图；

图7为本实用新型的通信服务器的后视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一

如图1~4所示，一种微水密度变送器，它包括：

连接体1，所述连接体1设置有气室11及与气室11相连通、且以便SF₆气体进入气室11的进气口12；

至少一部分伸入气室11内、与气室11密封连接且用于采集气室11内的压力值、温度值和湿度值的变送器主体。

如图1~4所示，所述变送器主体包括底座2、安装在底座2的下端的传感器组件和安装在底座2的上端的信号处理组件；其中，

所述底座2与气室11密封连接，所述传感器组件置于气室11内，所述传感器组件适于采集气室11内的压力信号、温度信号和湿度信号；

所述信号处理组件与传感器组件信号连接，所述信号处理组件适于对传感器组件采集的气压信号、温度信号和湿度信号进行处理以得到压力值、温度值和湿度值。具体地，可通过压力值和温度值计算出SF6气体的密度值，此计算方法为现有技术，不做详细介绍。

如图1~4所示，所述底座2与所述连接体1螺纹连接；和/或所述信号处理组件与传感器组件通过多个与底座2一体成型的烧结针21信号连接。在本实施例中，为了防止微水密度变送器在震动时发生松动，底座2与连接体1螺纹连接的地方涂有紧固螺纹胶。

如图2、3、4所示，所述传感器组件包括安装在底座2上的传感器主板31及分别集成在传感器主板31上的压力传感器32、温度传感器33和湿度传感器34，所述信号处理组件包括安装在底座2上的变送器主板及分别集成在变送器主板上的DSP信号处理模块、中央处理器、电源模块和通信接口；其中，

所述压力传感器32适于采集气室11内的压力信号，所述温度传感器33适于采集气室11内的SF₆气体的温度信号，所述湿度传感器34适于采集气室11内的SF₆气体的湿度信号；

所述DSP信号处理模块分别与压力传感器32、温度传感器33和湿度传感器34信号连接，所述DSP信号处理模块适于对气压信号、温度信号和湿度信号进行处理以得到压力值、温度值和湿度值；

所述中央处理器分别与DSP信号处理模块和通信接口信号连接，所述中央处理器适于接收DSP信号处理模块发送的压力值、温度值和湿度值，并通过通信接口外发；

所述电源模块分别与DSP信号处理模块和中央处理器电性连接，所述电源模块适于为DSP信号处理模块和中央处理器供电。

如图2、3所示，为了在空间有限的情况下增大变送器主板的面积，所述变送器主板包括并列设置的第一主板41和第二主板42，所述第一主板41安装在底座2上，所述第二主板42通过至少一个卡扣43可拆卸地固定在第一主板41上。

如图1~3所示，为了保护信号处理组件并方便信号处理组件与其它设备的连接，所述变送器主体还包括外壳5和顶盖6，所述外壳5套装在信号处理组件的外侧并与底座2固定连接，所述顶盖6固定在外壳5的上端，且所述顶盖6上安装有与所述信号处理组件信号连接的电气接头7。在本实施例中，所述电气接头7通过插接头71与所述信号处理组件信号连接，所述外壳5与底座2之间及顶盖6与外壳5之间分别通过螺栓固定，且外壳5与底座2之间及顶盖6与外壳5之间分别通过密封圈密封。

如图1所示，为了方便为GIS室补充SF₆气体，所述连接体1还设置有与气室11相连通的补气口13。

如图1所示，所述连接体1为三通自封阀，所述三通自封阀的一个接口作为进气口12，所述三通自封阀的另一个接口作为补气口13。

在本实施例中，所述压力传感器的型号为MS 5108；温度传感器的型号为ISTAG150；湿度传感器的型号为IST K5-W；DSP信号处理模块的型号为UCC27511DBVR；中央处理器的型号为STM32。

实施例二

如图5所示，一种SF₆微水密度在线监测系统，它包括：

多个如实施例一所述的微水密度变送器，微水密度变送器的进气口12与外部的GIS室相连通；

通信服务器8，所述通信服务器8与每个微水密度变送器均信号连接，以便通过通信服务器8接收微水密度变送器所采集的压力值、温度值和湿度值，储存并显示。在本实施例中，SF₆微水密度在线监测系统还包括与通信服务器8相匹配的监控屏柜，所述通信服务器8的至少一部分放置在监控屏柜内，如图6、7所示，所述通信服务器8的壳体81呈长方体以方便置入监控屏柜内，所述通信服务器8的前面板82略宽于监控屏柜，且前面板82的四角设有用于固定的螺栓孔83，以便通过螺栓将前面板82固定值监控屏柜，所述前面板82设有用于拿取的把手84，前面板82中央设有显示屏85，在前面板82上还设有电源开关86，在通信服务器8的后面板89设有多个变送器接口87，所述通信服务器8通过变送器接口87与微水密度变送器信号连接，后面板89还设有电源接口881、网口882、上位机接口883和地线接口884。具体地，所述微水密度变送器通过RS485通信方式将压力值、温度值和湿度值发送至通信服务器8。

如图5所示，为了可以远程监控，SF₆微水密度在线监测系统还包括：

工控机9，所述工控机9网络连接所述通信服务器8，以便通信服务器8将其接收到的压力值、温度值和湿度值同步至工控机9；

远程设备10，所述远程设备10与工控机9网络连接，以便工控机9将压力值、温度值和湿度值上传至远程设备10。在本实施例中，所述通信服务器8通过TCP/IP或IEC61850协议将压力值、温度值和湿度值同步至工控机9，工控机9再通过局域网或因特网将压力值、温度值和湿度值上传至远程设备10，则方便通过远程设备10实时监控变电站现场信息。

本实用新型的工作原理如下：

将进气口12与变电站现场的GIS室相连通，则GIS室内的SF₆气体进入气室11内，变送器主体与气室11密封连接，进而通过变送器主体采集气室11内的SF₆气体的压力值、温度值和湿度值，又可有效避免气室11内的SF₆气体外泄，本实用新型的微水密度变送器可以在不排放SF₆气体的情况下在线监测SF₆气体的压力值、温度值和湿度值，方便省事，也避免了对大气的污染，且在安装微水密度变送器时，将进气口12与GIS室连通即可，方便快捷；本实用新型的SF₆微水密度在线监测系统通过通信服务器8接收微水密度变送器所采集的压力值、温度值和湿度值，储存并显示，所述通信服务器8通过TCP/IP或IEC61850协议将压力值、温度值和湿度值同步至工控机9，工控机9再通过局域网或因特网将压力值、温度值和湿度值上传至远程设备10，则方便工作人员通过远程设备10实时监控变电站现场信息。

以上所述的具体实施例，对本实用新型解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型中，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。

Claims (10)

1.一种微水密度变送器，其特征在于，它包括：

连接体（1），所述连接体（1）设置有气室（11）及与气室（11）相连通、且以便SF₆气体进入气室（11）的进气口（12）；

至少一部分伸入气室（11）内、与气室（11）密封连接且用于采集气室（11）内的压力值、温度值和湿度值的变送器主体。

2.根据权利要求1所述的微水密度变送器，其特征在于：所述变送器主体包括底座（2）、安装在底座（2）的下端的传感器组件和安装在底座（2）的上端的信号处理组件；其中，

所述底座（2）与气室（11）密封连接，所述传感器组件置于气室（11）内，所述传感器组件适于采集气室（11）内的压力信号、温度信号和湿度信号；

所述信号处理组件与传感器组件信号连接，所述信号处理组件适于对传感器组件采集的气压信号、温度信号和湿度信号进行处理以得到压力值、温度值和湿度值。

3.根据权利要求2所述的微水密度变送器，其特征在于：所述底座（2）与所述连接体（1）螺纹连接；和/或所述信号处理组件与传感器组件通过多个与底座（2）一体成型的烧结针（21）信号连接。

4.根据权利要求2所述的微水密度变送器，其特征在于：

所述传感器组件包括安装在底座（2）上的传感器主板（31）及分别集成在传感器主板（31）上的压力传感器（32）、温度传感器（33）和湿度传感器（34），所述信号处理组件包括安装在底座（2）上的变送器主板及分别集成在变送器主板上的DSP信号处理模块、中央处理器、电源模块和通信接口；其中，

所述压力传感器（32）适于采集气室（11）内的压力信号，所述温度传感器（33）适于采集气室（11）内的SF₆气体的温度信号，所述湿度传感器（34）适于采集气室（11）内的SF₆气体的湿度信号；

所述DSP信号处理模块分别与压力传感器（32）、温度传感器（33）和湿度传感器（34）信号连接，所述DSP信号处理模块适于对气压信号、温度信号和湿度信号进行处理以得到压力值、温度值和湿度值；

所述中央处理器分别与DSP信号处理模块和通信接口信号连接，所述中央处理器适于接收DSP信号处理模块发送的压力值、温度值和湿度值，并通过通信接口外发；

所述电源模块分别与DSP信号处理模块和中央处理器电性连接，所述电源模块适于为DSP信号处理模块和中央处理器供电。

5.根据权利要求4所述的微水密度变送器，其特征在于：所述变送器主板包括并列设置的第一主板（41）和第二主板（42），所述第一主板（41）安装在底座（2）上，所述第二主板（42）通过至少一个卡扣（43）可拆卸地固定在第一主板（41）上。

6.根据权利要求2所述的微水密度变送器，其特征在于：所述变送器主体还包括外壳（5）和顶盖（6），所述外壳（5）套装在信号处理组件的外侧并与底座（2）固定连接，所述顶盖（6）固定在外壳（5）的上端，且所述顶盖（6）上安装有与所述信号处理组件信号连接的电气接头（7）。

7.根据权利要求1所述的微水密度变送器，其特征在于：所述连接体（1）还设置有与气室（11）相连通的补气口（13）。

8.根据权利要求7所述的微水密度变送器，其特征在于：所述连接体（1）为三通自封阀，所述三通自封阀的一个接口作为进气口（12），所述三通自封阀的另一个接口作为补气口（13）。

9.一种SF₆微水密度在线监测系统，其特征在于，它包括：

多个如权利要求1~8任一项所述的微水密度变送器，微水密度变送器的进气口（12）与外部的GIS室相连通；

通信服务器（8），所述通信服务器（8）与每个微水密度变送器均信号连接，以便通过通信服务器（8）接收微水密度变送器所采集的压力值、温度值和湿度值，储存并显示。

10.根据权利要求9所述的SF₆微水密度在线监测系统，其特征在于，还包括：

工控机（9），所述工控机（9）网络连接所述通信服务器（8），以便通信服务器（8）将其接收到的压力值、温度值和湿度值同步至工控机（9）；

远程设备（10），所述远程设备（10）与工控机（9）网络连接，以便工控机（9）将压力值、温度值和湿度值上传至远程设备（10）。