陳海昆，陳玉輝，曹扣成

（上海市電力公司 松江供電公司，上海 201600）

1 研制檢測儀的背景

六氟化硫氣體（SF6）作為一種優(yōu)異的絕緣介質(zhì)，大量應用于高壓開關(guān)、變壓器和全封閉組合電器（GIS）等高壓電氣設(shè)備中。由于設(shè)備的生產(chǎn)、加工和安裝等方面的原因，難免會產(chǎn)生SF6氣體的泄漏。如果不能及時檢測到泄漏的SF6氣體，一旦達到一定的濃度時，會對人體產(chǎn)生傷害。為此，電力行業(yè)制定了許多對于SF6氣體設(shè)備的相關(guān)的安全運行標準，強調(diào)了必須在有SF6氣體的開關(guān)室，安裝SF6氣體和氧氣含量檢測的報警儀器。由于這些檢測儀長期安置在開關(guān)室的地面，空氣的溫度、濕度和雜質(zhì)氣體，對在線監(jiān)測的SF6氣體靈敏度會產(chǎn)生很大的影響，一旦失靈就失去了應有的警戒作用，連運維人員的安全巡檢也難以得到保障。

此外，在一些戶外或者特殊的環(huán)境中，不便于安裝在線式FS6報警裝置，而固定式SF6氣體泄漏檢漏儀的主要問題是，檢漏儀放置一定時間（一般半年左右）后信號漂移嚴重，導致測量精度明顯下降，而且由于安裝數(shù)量多，成本比較高。相比之下，便攜式SF6氣體泄漏檢漏儀具有信號漂移可以及時得以修正，成本低廉，性價比高，確保使用時具有較高的測量精度。

文獻［1］介紹了兩種SF6氣體泄漏檢漏方法：一種是定性檢漏，包括抽真空檢漏和檢漏儀定性檢漏。另一種是定量檢漏，包括局部包扎法、掛瓶法和扣罩法等。但是，上述兩種方法幾乎很難發(fā)展為在線檢測。同時，由于采用非在線檢漏方法，檢測SF6氣體時設(shè)備必須停電，需要較多的人力和依靠個人積累的檢漏經(jīng)驗，所需經(jīng)濟成本和人力成本都較大，檢測結(jié)果的主觀性也較大，而且不夠精確。為此，針對這些問題專門研發(fā)了一種便攜式SF6氣體泄漏檢測儀。

2 應用檢測新技術(shù)

目前市面上有多款SF6氣體泄漏檢測儀，如紫外線電離型、高頻振蕩無極電離型、電子捕獲型和鉑絲熱電子發(fā)射型及負電暈放電型。便攜式SF6氣體泄漏檢測儀是一種采用激光原理和運用雙光束技術(shù)；利用紅外光譜吸收原理（NDIR）設(shè)計紅外SF6傳感器，能夠精確檢測SF6氣體泄漏的儀器。

文獻［2］介紹了紅外光譜的檢測原理。被測SF6氣體通過1個燒結(jié)的不銹鋼阻火器進入氣室，氣室內(nèi)有1盞燈作為循環(huán)的紅外光源，光源在氣室中反射并終止于2個熱感應片上。2個感應片1個是“活躍感應片”，另一個是“參照感應片”，每個熱感應片都各自輸出1個電平，以顯示與其表面接觸的紅外光的強度。“活躍感應片”上覆蓋著1層濾光材料，能透過紅外光譜中被測氣體所吸收的那段光譜；而“參照感應片”上也覆蓋著1層濾光材料，能透過紅外光譜中被測氣體所不被吸收的光譜，當被測氣體進入氣室時，氣體吸收了紅外光輻射的1段，這樣從“活躍感應片”上輸出的信號也就相應減弱，而盡管有被鎖氣體的存在，“參照感應片”上的信號電平保持不變，“活躍感應片”和“參照感應片”上輸出電平的比率就可以用于計算被測氣體的濃度，因為測量中用的2個感應片上的電平比率，光源強度及光源反射路徑導致的誤差就可以忽略，從而保證了測量的精度。

3 構(gòu)建檢測儀的硬件

便攜式SF6氣體泄漏檢測儀主要由SF6、O2氣體采集器和手持數(shù)據(jù)接收器兩部分組成。SF6和O2氣體采集器由SF6傳感器、O2氣體傳感器、無線射頻模塊、微處理器和電源等部分組成，主要完成對SF6和O2氣體的采集，并將測量數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給手持數(shù)據(jù)接收部分。而手持數(shù)據(jù)接收器主要完成對接收的SF6和O2氣體進行分析、顯示和存儲等功能，由無線射頻模塊、微處理器、液晶屏、存儲電路和電源等幾部分組成。

在進行印刷電路板（PCB）設(shè)計時，要考慮到各種電磁干擾可能對探測儀有影響，PCB設(shè)計為雙層電路板，底層敷設(shè)銅，不安置元件；頂層空余部分盡量敷設(shè)銅，底層與頂層間的接地通過通孔緊密連接，并且盡量多打些通孔，使得頂層和底層能夠充分的接觸，用以提高抗干擾能力。檢測儀由雙氣體探測儀、伸縮桿、手持式無線接收儀和充電器組成，各個部件如圖1所示。

圖1 檢測儀的部件

使用時先將雙氣體探測儀螺桿旋入伸縮桿的螺絲孔內(nèi)，如圖2所示。旋緊兩部件后，根據(jù)需要還可以調(diào)節(jié)萬向螺絲加以固定。伸縮桿分三段調(diào)節(jié)，根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)長度，調(diào)整好長度后再旋轉(zhuǎn)黑色塑料柄加以固定。

圖2 伸縮桿的伸長調(diào)節(jié)

雙氣體探測儀和手持式無線接收儀兩者均通過無線接收信息方式互聯(lián)。工作時候先按雙氣體探測儀電源開關(guān)使其工作，再按手持式無線接收儀ON／OFF鍵開機，此時儀表可以實時顯示當前在現(xiàn)場探測到的氣體含量值。雙氣體探測儀每次使用后，要及時插上充電器進行充電。

4 檢測儀的軟件設(shè)計

便攜式SF6氣體泄漏檢測儀采用模塊化設(shè)計，檢測流程圖如圖3所示。

圖3 檢測流程圖

由圖3檢測流程方框示意圖可以知道，啟用設(shè)備前首先要進行系統(tǒng)初始化設(shè)置，進入系統(tǒng)主循環(huán)，這時系統(tǒng)自動判斷按鍵電路是否有按鍵按下，有則進入按鍵響應程序，響應完按鍵程序后再進入下一步程序；如果沒有按鍵按下，則直接進入下一步程序；微程序控制器（MCU）處理單元向模數(shù)（AD）轉(zhuǎn)換電路發(fā)出需要數(shù)據(jù)的地址，然后AD轉(zhuǎn)換電路向MCU處理單元回傳數(shù)據(jù)，依次獲得3個信號處理電路的信號數(shù)據(jù)；MCU處理單元將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)寄存器，如果數(shù)據(jù)過多則覆蓋最開始的首存數(shù)據(jù)，同時MCU處理單元將數(shù)據(jù)在液晶屏上加以顯示，并且按照按鍵的指示呈現(xiàn)不同的顯示形式。

5 使用與維護

5.1 手持式無線接收儀的使用

1）開關(guān)機 按一下開關(guān)鍵，儀器開機，再按一下開關(guān)鍵儀器關(guān)機。

2）背光 按一下設(shè)置鍵，打開背光；再按一下設(shè)置鍵，關(guān)閉背光。

3）報警點設(shè)置 按住設(shè)置鍵大約3s，進入設(shè)置畫面，按▼或▲鍵進行相應值的設(shè)定，設(shè)置完成后再按“設(shè)置”鍵，確認退出。

4）報警功能 當SF6或者O2的測量值超過報警值時，發(fā)出聲光報警，并在畫面上提示何種氣體報警。

5.2 雙氣體探測儀的使用

雙氣體探測儀端面功能指示燈和開關(guān)鍵示意圖，如圖4所示。

圖4 雙氣體探測儀端面

1）開機或關(guān)機

按一下開關(guān)鍵，儀器自動開機，再按住“電源開關(guān)”鍵大約3s，儀器自動關(guān)機。需要注意的是，開機后儀器需要預熱120s，待預熱燈熄滅后才可進入正常的測量模式。

2）自動調(diào)零 開機后儀器會自動調(diào)節(jié)SF6氣體和O2氣體的零值（必須在空氣中開機和預熱）。

3）報警功能 當O2濃度小于18.6%或SF6濃度超過1 000×10－6時，手持機和雙氣體探測儀同時發(fā)出報警，當氣體濃度恢復正常后報警撤銷。

6 檢測試驗及測量精度分析

為了對便攜式SF6氣體泄漏檢測儀的測量精度進行標定，采用測量標準值與顯示值多次比對的試驗方法，氧量測量范圍為15%～30%，精度小于小于1%；SF6氣體測量范圍為0～1 500×10－6，精度為±50×10—6。

檢測試驗結(jié)果如表1所示。

表1 O2和SF6氣體檢測結(jié)果比較

7 結(jié)語

1）便攜式SF6氣體泄漏檢測儀采用激光原理和應用雙光束技術(shù)，利用紅外光譜吸收原理（NDIR），設(shè)計紅外SF6傳感器采集SF6氣體來實現(xiàn)對氣體的精確測量，大大減少了測量時間，不僅使用方便，而且可以直觀地判斷氣體泄漏是否超標。

2）便攜式SF6氣體泄漏檢測儀的一大特點，可以在檢測時及時校正檢測儀的靈敏度。在現(xiàn)場可以和在線監(jiān)測裝置作比對測試，迅速發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測儀是否工作在正常狀態(tài)。

3）便攜式SF6氣體泄漏檢測儀，配備了多方向可調(diào)的伸縮桿，可將現(xiàn)場探測的SF6氣體和氧氣含量的數(shù)據(jù)，通過無線發(fā)射至手持接收機上。一旦SF6氣體含量超標便會發(fā)出聲光報警，同時顯示氣體含量。

4）便攜式SF6氣體泄漏檢測儀的應用，大大提高了SF6開關(guān)室氣體探測的靈敏度和設(shè)備運行可靠性。在建設(shè)統(tǒng)一堅強電網(wǎng)的背景下，具有較好的實際應用和推廣價值。

［1］吳劍敏.激光成像技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用［J］.上海電力，2008，21（2）：192－195.

［2］張曉青，王麗敏.基于紅外探測技術(shù)的器材在消防領(lǐng)域中的應用［A］.第十屆中國科協(xié)年會論文集［C］.北京：2008.