張弛 錢平 鄭雷 邵先軍 李俊民 黃展先

摘 要：綜合考慮各種環(huán)境因素對GIS戶外安裝及檢修的影響，對基于GIS拆裝智能平臺的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了滿足GIS戶外安裝及檢修的環(huán)境要求，設(shè)計了一套用于GIS拆裝智能平臺的的環(huán)境檢測系統(tǒng)，大大提高了GIS戶外安裝及檢修的質(zhì)量保證。

關(guān)鍵詞：GIS拆裝智能平臺；環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)；戶外安裝及檢修

中圖文分類號：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：This paper considers the impact of various environmental factors on the outdoor installation， inspection and repair of GIS，studies the environmental monitoring technology based on the intelligent GIS disassembly and assembly platform，sets out the environmental requirements concerning the outdoor installation，inspection and repair of GIS，and designs an environmental monitoring system for the intelligent GIS disassembly and assembly platform， which significantly improves quality assurance of the outdoor installation，inspection and repair of GIS.

Keywords：intelligent GIS disassembly and assembly platform；environmental monitoring system；outdoor installation， inspection and repair

1 引 言

在電力系統(tǒng)中，有眾多類似于變電站的無人值守的工作區(qū)域，同時從實際角度出發(fā)電力系統(tǒng)又需要對發(fā)生問題的區(qū)域做出更快的反應(yīng)，一旦發(fā)生問題必須進(jìn)行應(yīng)急反應(yīng)，及時補(bǔ)修將損失降到最低。將智能化的運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到變電站中，將對變電站內(nèi)的各項指標(biāo)進(jìn)行采集和分析，并將數(shù)據(jù)及時傳輸至統(tǒng)一的管理平臺。這將大大促進(jìn)變電站乃至整個電力系統(tǒng)的智能性，保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行[1]。

相較于傳統(tǒng)的裸露式高壓配電裝置，以SF6氣體為絕緣介質(zhì)的絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備GIS（Gas Insulated Switch gear）具有體積小，設(shè)備故障率低、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電廠、變電站等場所。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計和運(yùn)行經(jīng)驗表明，GIS源于制造廠造成的故障約占GIS總故障的26%、源于現(xiàn)場安裝施工造成的故障約占GIS總故障的40%、源于設(shè)計造成的故障約占GIS總故障的7%、源于其他原因造成的故障約占GIS總故障的27%，其中施工環(huán)境極大的影響了現(xiàn)場安裝施工的質(zhì)量[2-4]。因此，綜合考慮濕度、粉塵等環(huán)境質(zhì)量因素對GIS安裝的影響，確定滿足GIS現(xiàn)場拆裝的環(huán)境要求并提出適用于GIS拆裝智能平臺的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，對提高安裝質(zhì)量具有非常重要的意義。

2 影響GIS現(xiàn)場拆裝質(zhì)量的環(huán)境質(zhì)量因素的種類

純凈的SF6是一種絕緣性能和滅弧性能都非常良好的氣體，而當(dāng)其中混入水分時，氣體絕緣和滅弧性能都受到影響，嚴(yán)重時會發(fā)生閃絡(luò)擊穿。含水量較高的氣體在電弧作用下生成的酸性物質(zhì)，會腐蝕固體有機(jī)材料和金屬，縮短設(shè)備壽命。除去新氣中自帶的一定量水分，GIS裝配過程中帶入的水分是造成SF6氣體含水量增大的最主要原因。安裝工作要求在空氣相對濕度小于80%的條件下進(jìn)行。

環(huán)境溫度對現(xiàn)場產(chǎn)品安裝檢修質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在對氣體含水量的影響上，GIS產(chǎn)品裝配一般規(guī)定在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。溫度過低時，待安裝的殼體、絕緣件、導(dǎo)體等零部件從空氣中吸收水分；組裝完成后，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，零部件中的水分會漸漸釋放到SF6氣體中，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的絕緣性能。當(dāng)現(xiàn)場安裝檢修時間如果遇到溫度由高溫急劇降低時，處于空氣中待安裝的殼體、絕緣件、導(dǎo)體等零部件會在表面形成凝露，嚴(yán)重時甚至發(fā)生流水現(xiàn)象，這時組裝的產(chǎn)品含水量將會受到極大影響[5-7]。

風(fēng)力達(dá)到4級時就會吹起地面及其它物體上的灰塵等顆粒物，嚴(yán)重影響施工場地的空氣潔凈度進(jìn)而影響氣室的凈度；無風(fēng)時又不利于拆裝中設(shè)備有毒氣體的擴(kuò)散。因此，對風(fēng)速的控制也是影響現(xiàn)場產(chǎn)品安裝檢修質(zhì)量及人身安全的重要因素。

另外對于GIS絕緣來說，灰塵、金屬屑、紗纖維等顆粒物容易積存在殼體的底部，尤其是垂直殼體和管道的水平盤式絕緣子的上表面處。在高電壓作用下，顆粒物開始漂浮，當(dāng)顆粒物運(yùn)動到電場較弱處，特別是遷移到殼體邊緣或盤式絕緣子邊緣時，氣體發(fā)生局部放電。輕則造成絕緣試驗不通過，重則造成絕緣子的絕緣性能永久性破壞，設(shè)備損壞，財產(chǎn)嚴(yán)重?fù)p失。因此，保證空氣凈度是GIS安裝時質(zhì)量控制的關(guān)鍵，施工環(huán)境中顆粒物含量應(yīng)被嚴(yán)格控制，要求無風(fēng)沙，無粉塵。

3 基于GIS拆裝智能平臺的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

在GIS拆裝智能平臺的應(yīng)用中，環(huán)境監(jiān)測占據(jù)著重要的地位。通過對影響GIS安裝質(zhì)量的環(huán)境指標(biāo)的監(jiān)測，對施工現(xiàn)場的環(huán)境進(jìn)行有效地控制，來保證GIS的安裝質(zhì)量，正是研究環(huán)境監(jiān)測的意義所在。

3.1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

提出一種以單片機(jī)為核心的便攜式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測裝置。用戶通過設(shè)定監(jiān)測組數(shù)及每組監(jiān)測的時間間隔，使單片機(jī)在特定時間段、時間間隔內(nèi)采集環(huán)境數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋和處理。整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、無線通信和自動報警五個主要模塊組成。監(jiān)測系統(tǒng)具有測量范圍廣、測量精度高、具有聲光報警功能、報警參數(shù)可以根據(jù)用戶需要設(shè)定更改、安裝方便，可以固定在GIS拆裝智能平臺的運(yùn)輸車上，隨車移動等優(yōu)點(diǎn)。基于MSP430F167的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框圖見圖2

3.1.1 微處理器選擇

選用IT公司的MSP430F167微處理器作為主控芯片，該芯片功耗極低、處理速度快、抗干擾能力強(qiáng)、成本低廉、運(yùn)行穩(wěn)定行高，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于民用及工業(yè)生產(chǎn)各個領(lǐng)域。芯片工作溫度為-40℃至80℃。

3.1.2 溫濕度檢測

在測量溫濕度方面，選用DHT22（AM2302）數(shù)字溫濕傳感器作為采集器。該傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，含有一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，在對環(huán)境溫度與濕度測量要求較高的情況下使用，具有極高的可靠性和出色的穩(wěn)定性。傳感器測量范圍為-40℃至80℃，精確度達(dá)到0.1℃。

3.1.3 粉塵檢測

粉塵檢測原理圖見圖3。通過抽氣泵將待檢空氣吸入光學(xué)系統(tǒng)所在的暗室中，經(jīng)過大功率LED光源照射，將粉塵的散射光射在光敏感區(qū)的光電倍增管上。光電倍增管是基于外光電效應(yīng)和二次電子發(fā)射效應(yīng)的電子真空器件，它輸出的電流和照射到陰極的散射光成比例關(guān)系，而受到光照時粉塵的散射光強(qiáng)又正比于其質(zhì)量濃度，因此，通過測量光電倍增管輸出的電流即可計算出被測粉塵的質(zhì)量濃度。粉塵檢測電路原理圖見圖4。

3.1.4 風(fēng)速監(jiān)測

采用一個帶扇葉的直流電機(jī)裝置，風(fēng)吹過扇葉帶動電機(jī)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生直流電壓。將直流電壓接入主控芯片的ADC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）接口，利用風(fēng)速與轉(zhuǎn)速成正比、轉(zhuǎn)速與直流電機(jī)電壓成正比的關(guān)系，通過編程將電壓輸入轉(zhuǎn)化為0-30m/s的風(fēng)速數(shù)據(jù)。

3.1.5 顯示系統(tǒng)

采用HT16K33 mixly 8 × 8 LED點(diǎn)陣，該點(diǎn)陣模塊采用HT16K33芯片作為驅(qū)動，可以僅僅使用2個IO管腳就能驅(qū)動點(diǎn)亮I2C點(diǎn)陣模塊。通過編程轉(zhuǎn)換將芯片接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)在LED點(diǎn)陣上滾動播出。

3.1.6 自動報警裝置

由揚(yáng)聲器和指示燈組成。通過編程實現(xiàn)，當(dāng)檢測結(jié)果超出給定數(shù)值時，由芯片控制報警模塊接入電源，揚(yáng)聲器發(fā)聲，指示燈亮。

3.1.7 無線通信

選用愛立信公司的藍(lán)牙模塊ROK101008來實現(xiàn)處理器與上位機(jī)的通訊。該模塊具有藍(lán)牙通訊功能，能夠?qū)纹瑱C(jī)采集的數(shù)據(jù)和要發(fā)送的信息無線傳輸給具有藍(lán)牙功能的手機(jī)，電腦等上位機(jī)[7-10]。

4 GIS戶外安裝及檢修的環(huán)境要求

為了滿足GIS戶外安裝及檢修的環(huán)境要求，國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司和各級產(chǎn)品制作商都作了大量的研究，摸索出一套行之有效的規(guī)定。

施工現(xiàn)場作業(yè)區(qū)內(nèi)不得進(jìn)行產(chǎn)生粉塵及金屬微粒的工作，不得在風(fēng)沙的天氣施工，不得在陰雨天施工，不得在有昆蟲、蒼蠅、蚊子飛舞的狀況下施工。

空氣質(zhì)量按照空氣質(zhì)量指數(shù)（IAQI）大小分為六級，相對應(yīng)空氣質(zhì)量的六個類別，指數(shù)越大、級別越高說明污染的情況越嚴(yán)重；根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 633-2012）規(guī)定：空氣污染指數(shù)劃分為0-50、51-100、101-150、151-200、201-300和大于300六檔，對應(yīng)于空氣質(zhì)量的六個級別，指數(shù)越大，級別越高，說明污染越嚴(yán)重，對應(yīng)顆粒物（粒徑小于等于10μm）24小時平均濃度限值見表1。

電網(wǎng)公司規(guī)定，裝配施工時，作業(yè)區(qū)內(nèi)滅弧室安裝時空氣潔凈度等級應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于 8 級，其它部件安裝時空氣潔凈度等級應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于 9 級。因此為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須選擇空氣質(zhì)量指數(shù)優(yōu)（0-50）的條件進(jìn)行，也就是PM10≤50 μg/m3。

綜合以上考慮，總結(jié)出GIS智能拆裝平臺的環(huán)境監(jiān)測具體指標(biāo)要求：①PM10參數(shù)值大于50 μg/m3時；② 濕度大于80%時；③風(fēng)速達(dá)到7.9 m/s時（對應(yīng)風(fēng)力4級）三個報警值并列存在，只要一個參數(shù)報警，施工現(xiàn)場就應(yīng)停止進(jìn)行安裝檢修工作，從環(huán)境因素方面確保產(chǎn)品的質(zhì)量。

5 結(jié) 論

闡述了各種環(huán)境因素對GIS戶外安裝及檢修的影響，提出應(yīng)用于GIS智能拆裝平臺的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，最后結(jié)合電網(wǎng)公司的規(guī)定及用戶探索，確定了滿足GIS戶外安裝及檢修的環(huán)境要求，作為監(jiān)測系統(tǒng)的報警條件：①PM10參數(shù)值大于50 μg/m3時；② 濕度大于80%時；③風(fēng)速達(dá)到7.9 m/s時，根據(jù)三個報警參數(shù)設(shè)計了GIS戶外安裝及檢修監(jiān)測系統(tǒng)，為GIS拆裝提供環(huán)境保障。

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