GIS在線(xiàn)式SF6微水監測系統的運用研究

一、引言

SF6氣體微水在線(xiàn)監測裝置的發(fā)展背景

1. 國內外研究水平的現狀和發(fā)展趨勢;

SF6氣體微水在線(xiàn)監測裝置國外已在運行，濕度主要采用紅外光譜法，采用壓力傳感器。這種原理性能穩定但是價(jià)格非常昂貴。

國內市場(chǎng)目前普遍采用離線(xiàn)測量微水、，需要放氣、補氣等繁雜的過(guò)程，操作麻煩而且不安全，也有在線(xiàn)微水檢測產(chǎn)品單一，傳感器壽命短，缺少智能化，無(wú)法查看任意點(diǎn)微水及的變化，日常維護量高。產(chǎn)品都存在很大的缺陷，SF6氣體微水在線(xiàn)監測裝置產(chǎn)品的濕度傳感器都采用相對濕度傳感器，這種傳感器誤差大、精度不準確、漂移厲害，通過(guò)程序處理假象顯示，欺騙性大;優(yōu)點(diǎn)就是價(jià)格低廉。

針對以上不足情況，開(kāi)發(fā)一種SF6氣體微水在線(xiàn)監測裝置，性能優(yōu)越，價(jià)格符合國情，因此濕度傳感器采用高精度的高分子薄膜傳感器，運用了先進(jìn)的精確的SF6氣體壓力和溫度之間關(guān)系的數學(xué)模型換算，采用嵌入式微機技術(shù)，實(shí)現報警、閉鎖動(dòng)作點(diǎn)通訊遠傳。接入后臺操作系統跟上位機相連，做到實(shí)時(shí)監控、實(shí)時(shí)顯示。將來(lái)該系統必須融入集控中心，實(shí)現數字化智能變電站多種在線(xiàn)監測聯(lián)網(wǎng)監控。

2. 介紹國內外研究機構對本項目的研究情況;

國外研究在70年代并取得了一定成果，日本三菱公司在“97國際電力設備及技術(shù)展會(huì )”上展示了包含在線(xiàn)微水及在線(xiàn)局放等多項產(chǎn)品。美國紐約電管局及加拿大魁北克水電局1993年安裝了MONITEC監測系統發(fā)現多次事故，保證了電力供應。近年來(lái)隨著(zhù)新型傳感器技術(shù)的不斷應用，國外相繼推出了一些狀態(tài)監測的示范性產(chǎn)品，典型的有日本東芝的C-CIS和ABB公司的EXK型智能化GIS，應用了負電暈傳感器、壓力傳感器、氣體傳感器、溫度傳感器在線(xiàn)監測SF6氣體GIS的微水變化趨勢。使整個(gè)組合電器在二次在線(xiàn)監測系統下安全運行。

國內主要還停留在傳統的SF6氣體微水含量的離線(xiàn)檢測基礎上，具有精度低、檢測繁瑣、檢測數據可比性差等缺點(diǎn)。隨著(zhù)國內GIS廣泛的應用，國內的研究單位在90年代末期也開(kāi)展了相應的研究，目前還處在研究成果多為單一或較少功能的分散式監測，多為相對濕度傳感器，精確性差，無(wú)法實(shí)現數字化智能變電站的聯(lián)網(wǎng)監測。

二、在線(xiàn)式SF6微水監測系統的技術(shù)現狀

1.項目研究的技術(shù)關(guān)鍵與難點(diǎn)。

SF6氣體在線(xiàn)微水監測裝置主要用于在線(xiàn)監測斷路器SF6氣體的微水、、溫度及其變化趨勢。當SF6氣體有關(guān)指標出現變化時(shí)，給出變化曲線(xiàn);有關(guān)指標達到報警狀態(tài)時(shí)，報警或自動(dòng)啟動(dòng)報警裝置;當有關(guān)指標超標達到危險狀況時(shí)，以保障設備和變電站整套系統的安全。

上述監測設備配有RS485/CAN通訊接口，可將監測數據實(shí)時(shí)上傳至變電站、城市中心乃至更上級監控中心，真正實(shí)現變電站，尤其是無(wú)人值班站的設備在線(xiàn)監測。并為斷路器的狀態(tài)檢修提供了有效依據。

(1)技術(shù)關(guān)鍵：

A、在線(xiàn)監測SF6氣體濕度、與溫度.

B、預留RS485/CAN總線(xiàn)通訊接口.

C、可按預設值或用戶(hù)給定值自動(dòng)啟動(dòng)低壓報警、微水超標報警和閉鎖裝置.

D、通過(guò)后臺軟件顯示實(shí)時(shí)數據并自動(dòng)繪制狀態(tài)變化趨勢圖.

E、大屏幕液晶顯示器現場(chǎng)顯示實(shí)時(shí)數據。具備液晶屏屏幕保護功能.

F、手持遙控器設置底層各項技術(shù)參數、報警與閉鎖門(mén)限值和顯示方式.

G、全密封，抗干擾，適用于室外和低溫環(huán)境.

(2)難點(diǎn)：

A、氣密性及抗干擾試驗.

B、通過(guò)RS485或CAN總線(xiàn)遠傳集控中心.

C、氣體的流動(dòng)性與穩定性

本文重點(diǎn)介紹了目前SF6氣體在線(xiàn)微水監測裝置的硬件及軟件設計，克服氣密性及抗干擾試驗。

三、SF6氣體在線(xiàn)微水監測裝置的原理及實(shí)現方案

SF6氣體微水含量在線(xiàn)監測系統需要采集GIS的濕度、溫度和壓力3個(gè)特征量 ,并對這3個(gè)特征量信號進(jìn)行預處理、傳送、存儲、計算、判斷和顯示來(lái)完成整個(gè)在線(xiàn)監測過(guò)程 ,因此該系統由傳感器、變送器、主控 PC機組成。單片機是采用美國Silabs公司C8051F高速MCU，該單片機為CIP51內核, 具有Cygnal指令與MCS51指令系統全兼容的特點(diǎn)。系統采用RS485與PC 機通信。SF6在線(xiàn)監測系統通信理論距離是 1. 2 km，一臺計算機理論上可以與128臺SF6在線(xiàn)檢測儀中的單片機進(jìn)行通信。計算機可以隨時(shí)向SF6 在線(xiàn)監測儀中的單片機請求當前及歷史的濕度、溫度、壓力探頭信號數據。PC機與單片機的通信方式為: PC 機采用主控方式，單片機采用中斷方式。每個(gè)單片機都有一個(gè)“本機 ”地址，以便計算機對其尋址。工作原理圖參見(jiàn)圖1。

GIS微水在線(xiàn)監測裝置的傳感器主要由3部分組成：濕度傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器。為了便于隨時(shí)裝卸，設計了一種將傳感器安裝于設備取氣口外接的在線(xiàn)監測儀的測量腔體中的方法，通過(guò)取氣口使傳感器與被測氣體連通。這樣，當 GIS中的微水含量變化時(shí)，由于自然擴散的作用，安裝于設備取氣口外部的濕度探頭也可以在較短時(shí)間內檢測到GIS中微水的變化。在實(shí)驗室內對一段母線(xiàn)筒中與測量腔體中微水的自然平衡過(guò)程進(jìn)行了試驗研究，從而為現場(chǎng)在取氣口外接傳感器進(jìn)行濕度的在線(xiàn)監測提供了依據。

SF6氣體中微水含量的檢測屬于低濕度測量的范疇，因此該系統選用的是適于低濕環(huán)境測量的薄膜電容型濕度傳感器，該傳感器具有長(cháng)期穩定性好、靈敏度高、響應快等優(yōu)點(diǎn)。溫度和壓力的測量較濕度測量要容易一些，而且溫度傳感器和壓力傳感器技術(shù)要比濕度傳感器成熟得多。該系統溫度傳感器采用的是AD590,該器件具有良好的線(xiàn)性和互換性，測量準確度高，并具有消除電源波動(dòng)的特性;壓力傳感器選用的是壓阻應變式壓力傳感器。

1.主要傳感器技術(shù)部分

芬蘭維薩拉(Vaisala)是聚合物薄膜測量傳感器的首創(chuàng )者，在濕度測量領(lǐng)域有60年的實(shí)踐經(jīng)驗，其利用聚合物薄膜開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)用于測量低露點(diǎn)的傳感器DRYCAP®性能穩定，不受凝結水和大多數化學(xué)物質(zhì)的影響，并且由于使用DRYCAP®的露點(diǎn)儀采用了零點(diǎn)自動(dòng)校準、增益回歸兩項專(zhuān)利技術(shù)，使得露點(diǎn)測量范圍寬、精度高、長(cháng)期穩定性好、性?xún)r(jià)比極佳。