金海望 盧德均 王占偉 董春超 魏 征

（國網(wǎng)冀北電力檢修分公司，北京 102488）

SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置

金海望 盧德均 王占偉 董春超 魏 征

（國網(wǎng)冀北電力檢修分公司，北京 102488）

針對常規(guī)變電站或發(fā)電廠中已發(fā)生過SF6漏氣缺陷的設(shè)備，研制SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置，通過設(shè)置指定壓力值、漏氣速率兩種報(bào)警方式，提前對SF6設(shè)備的壓力降低現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。同時(shí)，可向裝置征詢當(dāng)時(shí)SF6壓力值，實(shí)時(shí)掌握SF6設(shè)備壓力，提高對已出現(xiàn)報(bào)警的設(shè)備“可控在控”能力。本文描述了裝置原理與結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)包括裝置的整體設(shè)計(jì)與制造工藝，元器件的技術(shù)參數(shù)與應(yīng)用安全性等。通過制作針對不同SF6設(shè)備的對接接頭，實(shí)現(xiàn)在不同電壓等級、不同類型SF6設(shè)備上直接帶壓安裝使用，安全可靠。

SF6泄漏；在線監(jiān)測；預(yù)警裝置；漏氣速率

在各個變電站與發(fā)電廠內(nèi)，SF6設(shè)備若出現(xiàn)泄漏，氣體密度表指針達(dá)到一定壓力值后將進(jìn)行報(bào)警。而對于已存在漏氣點(diǎn)的SF6設(shè)備，長期泄漏下，有可能出現(xiàn)漏氣速率加快，待技術(shù)人員趕到現(xiàn)場處理時(shí)，設(shè)備氣體壓力可能已經(jīng)接近或者越過了報(bào)警值。針對SF6斷路器設(shè)備，可能已出現(xiàn)了閉鎖[1]，嚴(yán)重時(shí)還會造成SF6氣體絕緣降低，導(dǎo)致出現(xiàn)擊穿接地故障。針對這一問題，研制一種無線監(jiān)測與預(yù)警裝置，實(shí)現(xiàn)對發(fā)生過漏氣缺陷的SF6設(shè)備壓力的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，達(dá)到提前預(yù)判的目的。

1 缺陷處理的現(xiàn)狀

在常規(guī)變電站或發(fā)電廠內(nèi)，對于發(fā)生過漏氣缺陷的SF6設(shè)備，為保證其不發(fā)生報(bào)警、閉鎖缺陷，甚至是氣體絕緣降低導(dǎo)致?lián)舸┦鹿?，通常是通過加強(qiáng)人工巡視的方式進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，通過人工巡視SF6氣體密度表的指針，監(jiān)視氣體密度，需進(jìn)行讀數(shù)、對比，極為不方便，易出現(xiàn)人員懈怠。

目前的智能變電站或發(fā)電廠中都有SF6設(shè)備的氣體在線監(jiān)測裝置投入應(yīng)用[2-3]，可對SF6設(shè)備氣體壓力實(shí)施進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)送后臺進(jìn)行預(yù)警。但在常規(guī)變電站或發(fā)電廠中欲增加此項(xiàng)功能，需要進(jìn)行大規(guī)模的技改，從人力、成本上考慮，都無法得以實(shí)現(xiàn)。因此，可通過研制SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置，在常規(guī)站實(shí)現(xiàn)對發(fā)生過漏氣缺陷的SF6設(shè)備壓力進(jìn)行在線監(jiān)控，并通過對設(shè)定時(shí)段的漏氣速率進(jìn)行監(jiān)測，可對SF6設(shè)備的壓力降低現(xiàn)象進(jìn)行提前預(yù)警與實(shí)時(shí)掌握，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性[4]。

2 裝置原理與結(jié)構(gòu)

2.1 SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置原理

壓力傳感器將探頭測得的氣體壓力數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)通過串口向GPRS模塊發(fā)送AT指令，GPRS模塊發(fā)送的無線信號通過連通短信服務(wù)中心，將數(shù)據(jù)傳輸給手機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)警，工作流程如圖1所示。

圖1 SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置

2.2 SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置結(jié)構(gòu)

該裝置包含以下5個部分。

1）MPT570微功耗壓力變送器。變送器通過自制連接接口與SF6設(shè)備進(jìn)行連接，可帶壓安裝與拆卸，變送器采集數(shù)據(jù)，將物理信號轉(zhuǎn)化為電信號，同時(shí)變送器還帶有A/D轉(zhuǎn)化模塊，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳遞給單片機(jī)，MPT570微功耗壓力變送器如圖2所示。

圖2 MPT570微功耗壓力變送器

2）單片機(jī)。制作PCB，如圖3所示，將CPU（stm32l151c8t6）、GPRS模塊（SIM900A）、開關(guān)電源芯片（MP2303）及電阻電感電容通過外圍電路進(jìn)行連接，形成功能完整的單片機(jī)。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，對SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置的內(nèi)部抗干擾性進(jìn)行了多方面的考慮：如在單片機(jī)的抗干擾GPRS模塊的入口加了磁珠，抑制電路上的超頻電流，防止進(jìn)入模塊；在開關(guān)電源進(jìn)出口都了加電容元件，起到濾波，使電壓更加平滑的作用；PCB較多接地點(diǎn)，起到了靜電屏蔽的作用。

圖3 單片機(jī)

3）電源模塊。SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置由于所需功率較小，在裝置上內(nèi)置12V電池，即可提供百小時(shí)的穩(wěn)定電源，便攜可靠，如圖4所示。

圖4 電源模塊

4）金屬屏蔽外殼。針對來自變電站或發(fā)電廠的電磁干擾，設(shè)備設(shè)計(jì)了金屬外殼，起到靜電屏蔽，抗外界干擾的作用[6]，如圖5所示。另外，外殼上蓋一圈裝有密封圈，可起到密封的作用，如圖6所示。

圖5 金屬屏蔽外殼

圖6 外殼上蓋密封圈

5）無線接收裝置。變送器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)經(jīng)過存儲、計(jì)算后發(fā)送至GPRS模塊，GPRS模塊發(fā)出無線信號，通過連通短信服務(wù)中心將數(shù)據(jù)傳輸給手機(jī)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)監(jiān)控與報(bào)警的目的。壓力數(shù)據(jù)的發(fā)送周期（即壓力、漏氣速率監(jiān)測周期）可在單片機(jī)上進(jìn)行初始設(shè)置，也可后期通過手機(jī)指令進(jìn)行更改，實(shí)現(xiàn)定時(shí)監(jiān)測SF6設(shè)備壓力值的目的。

3 應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場安裝

SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置可直接在帶電運(yùn)行SF6設(shè)備上帶壓安裝與拆卸，針對傳統(tǒng)變電站或發(fā)電廠內(nèi)發(fā)生過漏氣的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測[7]，裝置在現(xiàn)場帶壓安裝如圖7所示。

在接頭制作工藝上，保證密封性，銜接可靠，如圖8所示。針對不同SF6設(shè)備的充氣口，可制作不同形狀的接頭，實(shí)現(xiàn)對接。

另外，從表1壓力傳感器的參數(shù)可以看出，該裝置具有絕對安全性，不影響設(shè)備正常運(yùn)行。

表1 壓力傳感器參數(shù)

裝置采用了無線信號傳輸。減少了站內(nèi)數(shù)據(jù)通訊傳輸接口資源的占用，避免了挖礦鋪路等基建工程。

圖7 現(xiàn)場帶壓安裝

圖8 連接接頭

3.2 報(bào)警設(shè)置

根據(jù)現(xiàn)場需求，本SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置對SF6設(shè)備實(shí)現(xiàn)了3h壓力定時(shí)監(jiān)測，發(fā)送至手機(jī)，實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場壓力，并設(shè)置兩種報(bào)警形式。

1）壓力值報(bào)警

SF6壓力低于設(shè)置報(bào)警壓力值發(fā)出報(bào)警信號。其設(shè)置應(yīng)大于現(xiàn)場中SF6壓力表內(nèi)設(shè)置的機(jī)械報(bào)警壓力值，如現(xiàn)場機(jī)械報(bào)警壓力值為0.55MPa，可設(shè)置裝置報(bào)警壓力值為0.58MPa，實(shí)現(xiàn)對漏氣設(shè)備的加強(qiáng)監(jiān)視。

2）漏氣速率報(bào)警

對SF6壓力進(jìn)行采樣，當(dāng)單片機(jī)計(jì)算1h內(nèi)漏氣速率超0.000025MPs/h，即使實(shí)際壓力未低于報(bào)警壓力時(shí)，可認(rèn)為SF6設(shè)備出現(xiàn)壓力快速下降現(xiàn)象，馬上發(fā)出警示信號，提醒注意，其漏氣速率的計(jì)算公式如下：

式中，測量壓力值t1：t1時(shí)刻測量值；測量壓力值t2：t2時(shí)刻測量值。

漏氣速率的監(jiān)測周期（t1-t2）可以進(jìn)行任意設(shè)置，本裝置設(shè)置1h低于以上壓力值報(bào)警的3h定時(shí)監(jiān)測，好處是若SF6氣體漏氣速率出現(xiàn)突然增大時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)提前報(bào)警，為處理這類嚴(yán)重的漏氣缺陷提供的時(shí)間，也為SF6設(shè)備氣體壓力報(bào)警提供了新的判據(jù)[8-9]。

設(shè)備壓力出現(xiàn)以上兩個任一個報(bào)警，即可加強(qiáng)人工遠(yuǎn)程監(jiān)視，通過人工發(fā)送指令，向SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置征詢當(dāng)時(shí)SF6壓力值，便于設(shè)備管轄人員實(shí)時(shí)掌握SF6壓力值，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)做出對應(yīng)的消缺處理方案。

3.3 應(yīng)用效果

該裝置目前在多個變電站或發(fā)電廠內(nèi)進(jìn)行試用，已成功進(jìn)行了多次提前報(bào)警，有效提高的SF6設(shè)備的運(yùn)行可靠性。通過制作針對不同設(shè)備的連接接頭，可實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的連接監(jiān)視，隨著GIS設(shè)備的數(shù)量不斷增多，其應(yīng)用處也隨之廣泛?？稍谌珖秶鷥?nèi)推廣應(yīng)用，縮短該類SF6泄漏設(shè)備的監(jiān)視周期，降低人員車輛需求、資金耗費(fèi)，有效避免了嚴(yán)重泄漏導(dǎo)致的SF6設(shè)備絕緣不夠引發(fā)故障，減少了負(fù)荷損失，保證供電安全可靠，將取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[10]。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)描述了該裝置原理與結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)包括SF6泄漏類缺陷無線監(jiān)測與預(yù)警裝置的整體設(shè)計(jì)與制造工藝，元器件的技術(shù)參數(shù)與應(yīng)用安全性等。通過在裝置設(shè)置指定壓力值、漏氣速率，提供兩種報(bào)警方式，提前對SF6設(shè)備的壓力降低現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警，加強(qiáng)對SF6設(shè)備的在線監(jiān)測。同時(shí)，可通過向裝置發(fā)送指令，征詢當(dāng)時(shí)SF6壓力值，實(shí)時(shí)掌握SF6設(shè)備壓力，提高對已出現(xiàn)報(bào)警的設(shè)備“可控在控”能力。

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Wireless Monitoring and Early Warning Devices for SF6Leakage Defect

Jin Haiwang Lu Dejun Wang Zhanwei Dong Chunchao Wei Zheng
(Jibei Electric Power Maintenance Company, Beijing 102488)

For the equipment which has SF6gas leakage defect in the in plant station, wireless monitoring and early warning devices for SF6leakage defect were developed, and the early warning for reducing of SF6equipment pressure was developed in by setting the specified pressure value and air leakage rate. At the same time, through consulting SF6pressure value in the device, the ability of controlling the device which had given alarm increased. In this paper the principle and structure were described, mainly including the overall design and manufacturing technology of the devices, technical parameters and application safety of components and so on. By making butt joints of different SF6equipment, directly installing and using with voltage on SF6devices with different voltage grades and different types were realized, and it was safe and reliable.

SF6leakage; on-line monitoring; warning devices; leakage rate