胡子珩，胡紅紅，師樹恒，赫樹開，廖永茂

(1．深圳供電局有限公司，廣東深圳　518020；2．華北水利水電大學(xué)，河南鄭州　450011；3．河南省日立信股份有限公司，河南鄭州　450001)

0　引言

SF6作為優(yōu)越的絕緣、滅弧介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)中的高壓斷路器、GIS組合電器變電設(shè)備中。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)使用SF6的電氣設(shè)備達(dá)數(shù)十萬臺(tái)，已成為電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，其應(yīng)用對(duì)提高電力生產(chǎn)的安全運(yùn)行起到了很好的作用。純凈的SF6氣體是無色、無味、無毒、不燃的惰性氣體，但是當(dāng)SF6電氣設(shè)備發(fā)生絕緣故障時(shí)，放電產(chǎn)生的高溫電弧使SF6氣體發(fā)生分解反應(yīng)，生成SF2、SF4、S2F10等多種低氟硫化物，均為毒性氣體，而且這些低氟硫化物很容易與SF6氣體中的微量水分和氧氣等發(fā)生反應(yīng)，生成SOF2、SO2F2、SOF4、SO2、HF等多種毒性氣體，破壞人體粘膜組織和呼吸系統(tǒng)，嚴(yán)重者可引起肺水腫，甚至造成急性中毒死亡，對(duì)人體危害極大[1]。

為確保SF6電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行，電力系統(tǒng)及使用SF6電氣設(shè)備的廠家廣泛使用各種SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀，用于檢測(cè)SF6斷路器、GIS等絕緣設(shè)備中SF6氣體分解產(chǎn)物的含量。

根據(jù)技術(shù)要求，SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀的生產(chǎn)廠家，在出廠前需要按照嚴(yán)格的檢定規(guī)程對(duì)每臺(tái)SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀進(jìn)行檢定，以確保其主要性能指標(biāo)符合要求；SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀在使用半年后需要進(jìn)行一次校驗(yàn)維護(hù)，以確保該儀表的性能、測(cè)試的準(zhǔn)確度和可靠性，而校驗(yàn)的手段直接關(guān)系到儀表的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。

由于SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀表功能較多，校準(zhǔn)檢定點(diǎn)繁雜，傳統(tǒng)的人工校驗(yàn)方式存在著大量的重復(fù)性勞動(dòng)，耗時(shí)耗力，極易導(dǎo)致操作人員疲勞出錯(cuò)，從而引起安全事故，而自動(dòng)化測(cè)試能較好地解決這一問題，它特別適合測(cè)試內(nèi)容復(fù)雜、工作量大的要求，同時(shí)還有測(cè)試結(jié)果一致性較好的優(yōu)點(diǎn)。

目前，SF6分解產(chǎn)物的檢測(cè)對(duì)保障SF6電氣設(shè)備安全運(yùn)行的意義越來越重要，其應(yīng)用呈現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)狀態(tài)。隨著國(guó)家電網(wǎng)對(duì)SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀的檢定方法的逐步明確，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校驗(yàn)的技術(shù)條件逐步完備，研制一種自動(dòng)化SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀檢定平臺(tái)的條件已經(jīng)成熟。

針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)一種SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀智能檢定系統(tǒng)(智能檢定系統(tǒng))，它能夠同時(shí)自動(dòng)檢定、自動(dòng)校準(zhǔn)4臺(tái)SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀，不僅提高了工作效率，減少工作人員接觸有毒有害氣體的機(jī)率，還能減少有毒有害氣體的排放，具有很大的市場(chǎng)潛力及現(xiàn)實(shí)意義。

1　系統(tǒng)構(gòu)成

SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀智能檢定系統(tǒng)從功能上包括：動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、尾氣回收系統(tǒng)等，整套系統(tǒng)集成于一個(gè)工作臺(tái)上，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在工控PC機(jī)上運(yùn)行有信息管理系統(tǒng)軟件，對(duì)SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀和動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的電路、氣路連接和參數(shù)設(shè)置以后，信息管理系統(tǒng)通過串口通信控制動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)配制標(biāo)準(zhǔn)氣體，根據(jù)提前設(shè)定的工作流程，按照國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀進(jìn)行自動(dòng)檢定、自動(dòng)校準(zhǔn)，同時(shí)信息管理系統(tǒng)通過RS-485總線監(jiān)控SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀的數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理后進(jìn)行存儲(chǔ)、繪制曲線，并自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，以供下載和打印?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作環(huán)境狀況，以及有無氣體泄漏，一旦發(fā)現(xiàn)，可通過信息管理系統(tǒng)開啟通風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警。檢定后產(chǎn)生的尾氣可經(jīng)過尾氣回收系統(tǒng)進(jìn)行回收處理，避免SF6分解產(chǎn)物氣體直接排入空氣，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

1．1動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)

動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)是對(duì)不同的氣源進(jìn)行稀釋或按一定濃度混合的儀器設(shè)備，它可以用來配制多組分的標(biāo)準(zhǔn)氣體，也可以直接用于氣體分析、測(cè)試類儀器的標(biāo)定、校準(zhǔn)[2]。

動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)的配氣原理為質(zhì)量流量混合法，采用高精度的質(zhì)量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)，通過嚴(yán)格控制稀釋氣體和組分氣體的流量，并加以混合而制得標(biāo)準(zhǔn)氣體[3]。由于MFC控制的是氣體實(shí)際的質(zhì)量流量，而不是體積流量，因此，配制的標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度將不受環(huán)境溫度和壓力變化的影響。

表1　動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

使用動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)配制的混合氣體作為標(biāo)準(zhǔn)氣體，這對(duì)動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)的配氣精度提出了極高的要求，表1列出了動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

1．2尾氣回收系統(tǒng)

由于進(jìn)行SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀檢定的場(chǎng)所一般都在實(shí)驗(yàn)室，環(huán)境相對(duì)比較封閉，檢定后排放的尾氣如果直接排入大氣，會(huì)造成嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，而且采用尾氣直接排放，不可避免會(huì)有部分尾氣排放到實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，傷害實(shí)驗(yàn)人員。采用尾氣回收系統(tǒng)，可以高效智能的把尾氣回收到存儲(chǔ)罐中，不會(huì)對(duì)人體造成傷害，回收的尾氣經(jīng)再生處理后還可以重復(fù)使用。圖2為尾氣回收系統(tǒng)框圖。

圖2　尾氣回收系統(tǒng)框圖

1．3空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在儀表檢定過程中，由于密封不嚴(yán)等原因，可能會(huì)出現(xiàn)氣體泄漏問題，SF6分解產(chǎn)物氣體主要為H2S、SO2、CO 3種(以SF6為底氣)，均為有毒有害氣體，且密度大于空氣，泄漏后容易沉積在空間底部，當(dāng)泄漏氣體積累到一定程度后，就會(huì)對(duì)人體造成傷害。

空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用進(jìn)口電化學(xué)傳感器，把檢測(cè)到的氣體濃度值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過運(yùn)算放大、AD轉(zhuǎn)換后傳送至主控MCU，由主控MCU對(duì)其進(jìn)行計(jì)算處理，并把計(jì)算結(jié)果通過RS485總線上傳到工控PC機(jī)上顯示；工控PC機(jī)上運(yùn)行的信息管理系統(tǒng)比較檢測(cè)到的氣體濃度值與預(yù)定氣體濃度報(bào)警值，當(dāng)超過預(yù)定報(bào)警值時(shí)，啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)并進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒工作人員進(jìn)行處理或撤離，同時(shí)記錄、保存數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3　環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖

2　軟件編程

在工控PC機(jī)上運(yùn)行有信息管理系統(tǒng)軟件，該軟件程序是在Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境下[4]用C#開發(fā)[5-6]，它采用圖形用戶界面(GUI)設(shè)計(jì)原則，是一種PC機(jī)操控應(yīng)用程序，非常駐內(nèi)存，為整體程序應(yīng)用，無覆蓋要求，多線程并發(fā)處理。

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括人機(jī)交互模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、自動(dòng)檢定模塊、自動(dòng)校準(zhǔn)模塊、打印模塊等，其功能流程圖如圖4所示。

通過軟件編程，智能檢定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下功能：

(1)通過串口通信采集動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)的氣體流量、濃度信息，并顯示在PC機(jī)界面上，用曲線圖形的方式直觀的表示氣體濃度值的變化。在監(jiān)測(cè)過程中可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)圖像進(jìn)行調(diào)整，以及隨時(shí)提取各個(gè)通訊端口的信息。

(2)根據(jù)提前設(shè)定的工作流程，按照國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定的檢定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀進(jìn)行自動(dòng)檢定。

(3)根據(jù)提前設(shè)定的工作流程，按照國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。

(4)根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)生成標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)報(bào)告存入數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)檢定完成或者需要手動(dòng)打印時(shí)，從數(shù)據(jù)庫中讀取檢定報(bào)告并進(jìn)行打印。

圖4　系統(tǒng)功能流程圖

3　實(shí)驗(yàn)分析

為保證SF6氣體分解產(chǎn)物現(xiàn)場(chǎng)檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要通過實(shí)驗(yàn)對(duì)常用的SF6氣體分解產(chǎn)物測(cè)試儀進(jìn)行性能測(cè)試，驗(yàn)證智能檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和正確性。

3．1自動(dòng)檢定實(shí)驗(yàn)

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)定和客戶需求，一臺(tái)新的SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀在出廠前需要進(jìn)行一系列測(cè)試，對(duì)其主要技術(shù)指標(biāo)：準(zhǔn)確性、重復(fù)性及多組分測(cè)量進(jìn)行檢定，并根據(jù)檢定報(bào)告判定儀器性能是否合格。

實(shí)驗(yàn)中抽取的被檢定儀表為RA601FA分解產(chǎn)物測(cè)試儀，將其放在智能檢定系統(tǒng)的工作臺(tái)上，連接好SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀和動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)氣路、電路。啟動(dòng)智能檢定系統(tǒng)，進(jìn)入“自動(dòng)檢定”頁面，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)定的檢定標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置本次自動(dòng)檢定進(jìn)行的檢定項(xiàng)目：準(zhǔn)確性、重復(fù)性、多組分測(cè)試的次數(shù)分別為6、6、5，即準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)需要對(duì)3種常用SF6分解產(chǎn)物氣體(以SF6為底氣的SO2、H2S和CO氣體)的6個(gè)不同濃度點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，重復(fù)性試驗(yàn)需要對(duì)每種氣體在設(shè)定濃度點(diǎn)進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)試，多組分測(cè)量實(shí)驗(yàn)需要對(duì)3種氣體進(jìn)行5次不同混合濃度測(cè)試。設(shè)置本次檢定需要控制的工位，然后點(diǎn)擊“開始檢定”按鈕，智能檢定系統(tǒng)即可根據(jù)預(yù)定的檢定方案對(duì)SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀進(jìn)行自動(dòng)檢定?！白詣?dòng)檢定”功能運(yùn)行界面如圖5所示。

圖5　“自動(dòng)檢定”運(yùn)行界面示意圖

實(shí)驗(yàn)中同時(shí)對(duì)4臺(tái)RA601FA分解產(chǎn)物測(cè)試儀進(jìn)行自動(dòng)檢定，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用智能檢定系統(tǒng)，可以在2 h內(nèi)完成4臺(tái)RA601FA分解產(chǎn)物測(cè)試儀的檢定工作。如果采用人工檢定，需要至少10 h，可見采用智能檢定系統(tǒng)，可提高檢定效率80%以上，還大大減少了測(cè)試人員接觸有毒、有害氣體的機(jī)率，實(shí)驗(yàn)效果良好。

3．2自動(dòng)校準(zhǔn)(標(biāo)定)實(shí)驗(yàn)

一臺(tái)新的SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀在裝配好后，需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，以確定其各項(xiàng)性能指標(biāo)；在使用一段時(shí)間或修理后，性能指標(biāo)通常會(huì)發(fā)生變化，需要對(duì)主要性能指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，確保其達(dá)到要求[7]。

自動(dòng)校準(zhǔn)(標(biāo)定)實(shí)驗(yàn)操作方式和自動(dòng)檢定相仿，在“自動(dòng)校準(zhǔn)”頁面，分別對(duì)3種SF6分解產(chǎn)物氣體設(shè)置低點(diǎn)校準(zhǔn)濃度值、高點(diǎn)校準(zhǔn)濃度值，點(diǎn)擊“開始校準(zhǔn)”按鈕，智能檢定系統(tǒng)即可根據(jù)預(yù)定的校準(zhǔn)方案對(duì)SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)?！白詣?dòng)校準(zhǔn)”功能運(yùn)行界面如圖6所示。

圖6　“自動(dòng)校準(zhǔn)”運(yùn)行界面示意圖

實(shí)驗(yàn)中同時(shí)對(duì)4臺(tái)RA601FA分解產(chǎn)物測(cè)試儀進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用智能檢定系統(tǒng)，可以在30 min內(nèi)完成4臺(tái)RA601FA分解產(chǎn)物測(cè)試儀的校準(zhǔn)工作，比人工校準(zhǔn)的效率提高80%以上，而且采用智能化校準(zhǔn)，校準(zhǔn)過程的一致性比人工校準(zhǔn)方式更精準(zhǔn)。

4　結(jié)束語

設(shè)計(jì)一種SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀智能檢定系統(tǒng)，以工控PC機(jī)為主控制器，控制動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)配制標(biāo)準(zhǔn)氣體，同時(shí)自動(dòng)檢定、自動(dòng)校準(zhǔn)4臺(tái)SF6分解產(chǎn)物測(cè)試儀，工作效率比人工方式提高80%，并能大大減少測(cè)試人員接觸有毒、有害氣體的機(jī)率。該系統(tǒng)的研發(fā)具有良好的實(shí)用價(jià)值和巨大的市場(chǎng)潛力，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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