組合電器SF6氣體壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)的研究

歐陽福星

摘要：SF6氣體是一種人造惰性氣體，具有強電負(fù)性，在均勻電場中，其絕緣強度可達(dá)到空氣的2.5倍，其滅弧能力約為空氣的100倍。正因為具備優(yōu)良的絕緣性能和滅弧性能，SF6氣體通常作為一種絕緣介質(zhì)被廣泛地應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備。氣體泄漏將會導(dǎo)致斷路器發(fā)生故障，引起電力設(shè)備事故，從而導(dǎo)致重大經(jīng)濟損失。因此，保證組合電器中SF6氣體壓力、密度和溫度等在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定內(nèi)是確保設(shè)備安全運行的重要指標(biāo)。而實時監(jiān)測系統(tǒng)無疑將會提高電氣設(shè)備工作的可靠性。

關(guān)鍵詞：組合電器;SF6;監(jiān)測系統(tǒng)

1 現(xiàn)狀分析

1.1 工作人員手工抄錄效率低，導(dǎo)致時間消耗大，多點作業(yè)

相對所需員工也增加，同時人工作業(yè)容易產(chǎn)生遺漏、偏差，耗費人力物力。

1.2 手工抄錄數(shù)據(jù)不利于數(shù)據(jù)的共享和保存，導(dǎo)致瀏覽數(shù)

據(jù)、分析檢測設(shè)備狀態(tài)效率降低，且在設(shè)施編程、數(shù)據(jù)的格式上沒有統(tǒng)一要求，形成了數(shù)據(jù)孤島，對數(shù)據(jù)的共享形成了制約。

1.3 可能導(dǎo)致對突發(fā)情況處理不及時。

無法實時監(jiān)測，不能實時掌握設(shè)備運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障，從發(fā)現(xiàn)到分析再到處理，浪費了很多寶貴時間，在故障和事故處理方面尤為被動。

2 項目主要研究內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)采集，包括溫度、濕度、壓力等。

具體實施方案為：將組合電器的傳統(tǒng)SF6壓力表更換為高精度的無線密度繼電器，連接到開發(fā)板且配置狀態(tài)采集傳感器，包括壓力傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器等，目的是為了實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的SF6氣體氣密狀態(tài)的遠(yuǎn)程感知。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸，可通過無線傳輸、GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸、5G傳輸?shù)?/p>

達(dá)到在線監(jiān)測，部署網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)，從而實現(xiàn)變電站組合電器氣室的SF6氣體壓力實時在線監(jiān)測。該模式具有延遲低、效率高等優(yōu)點，能保證檢測及傳輸系統(tǒng)的精度及可靠性，避免了人工抄錄數(shù)據(jù)所帶來的精確性差、不易長期保存等弊端。

2.3 數(shù)據(jù)處理，包括了數(shù)據(jù)的預(yù)處理、記錄變化量以及統(tǒng)計累積量。

針對監(jiān)測結(jié)果得到的數(shù)據(jù)搭建并不斷完善數(shù)據(jù)庫，并以此為基礎(chǔ)制作可視化的圖形、列表界面或者梯形模式，可以方便快捷地對數(shù)據(jù)進行存儲和管理。

2.4 信息反饋，經(jīng)由技術(shù)人員監(jiān)測得到數(shù)據(jù)后，在對設(shè)備進行評估。

反饋過程是通過數(shù)據(jù)的積累和處理制作出一個數(shù)據(jù)變化量的監(jiān)測報表，在對比分析后還應(yīng)撰寫評估，再根據(jù)評估結(jié)果來決定是否需要維護以及確定維護方案。

通過數(shù)據(jù)積累以及數(shù)據(jù)處理，并搭建出可靠的用戶平臺，具備觀看實時數(shù)據(jù)、查看歷史數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)分析等功能，在發(fā)現(xiàn)故障并制定維護、處理決策的同時，也提高了對故障發(fā)生預(yù)知的能力。

3 工作原理和設(shè)計

SF6氣體監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)值為：在額定溫度為20℃時，電氣設(shè)備中SF6氣體的密度值。在電氣設(shè)備工作時，SF6氣體壓力不是一成不變的，會根據(jù)外界溫度的變化而做出相應(yīng)的改變，但如果采用密封性能良好的SF6斷路器，電氣設(shè)備中SF6氣體的密度值應(yīng)維持不變。所以，為了準(zhǔn)確地判斷SF6氣體密度值變化的原因，電氣設(shè)備中SF6氣體應(yīng)該經(jīng)過溫度補償后，在溫度為20℃的條件下，通過壓力檢測，并以壓力值表示出來。

為使無線密度繼電器正常運行，必須確保工作在額定壓力下進行。當(dāng)作業(yè)環(huán)境的溫度發(fā)生改變時，電氣設(shè)備中SF6氣體的壓力隨之改變，這時繼電器內(nèi)部所包含的溫度補償單元將會對變化的壓力不斷修正，使其額定壓力示值不變，遠(yuǎn)傳部分把壓力信號轉(zhuǎn)變RS485差模信號，進行遠(yuǎn)距離傳送。在控制室內(nèi)即可監(jiān)測到SF6的壓力狀態(tài)。繼電器還有保護和控制功能，當(dāng)SF6氣體發(fā)生意外泄漏事故，壓力下降，到達(dá)報警閾值時，繼電器將會發(fā)出報警信息，提醒監(jiān)督人員及時維護;而當(dāng)事故加劇，到達(dá)閉鎖閾值時，繼電器將直接閉鎖整套系統(tǒng)，停止電氣設(shè)備運行，為設(shè)備的安全運行做出保障。

4 技術(shù)難點及創(chuàng)新點

4.1 技術(shù)難點。

第一，實現(xiàn)組合電器SF6氣體壓力值的實時無線遠(yuǎn)傳監(jiān)測。使SF6氣體壓力值具備無線遠(yuǎn)傳功能，首先要做到傳感器與監(jiān)控模塊之間的無線通信，這樣才能保證數(shù)據(jù)的實時性及有效性。第二，針對監(jiān)測結(jié)果搭建完善的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫在整個系統(tǒng)架構(gòu)中起到數(shù)據(jù)匯總和轉(zhuǎn)發(fā)的作用，負(fù)責(zé)接收監(jiān)控模塊上傳的數(shù)據(jù)，也可以由客戶端直接調(diào)取數(shù)據(jù)，從而使技術(shù)人員可以方便快捷的對數(shù)據(jù)進行存儲和管理。第三，客戶端的搭建。建立可視化圖形、列表界面或梯形模式，還應(yīng)對數(shù)據(jù)進行處理，例如將組合電器SF6氣體壓力值換算為年泄漏率等關(guān)鍵指標(biāo)，設(shè)置預(yù)警閾值和區(qū)間等。

4.2 創(chuàng)新點。

第一，實現(xiàn)壓力值監(jiān)測結(jié)果的無線遠(yuǎn)傳。目前在運的組合電器，均通過傳統(tǒng)SF6壓力表顯示壓力值，僅能通過人工進行抄錄，不具有SF6氣體壓力值實時信號輸出功能。第二，基于數(shù)據(jù)庫的用戶平臺開發(fā)。以往人工抄錄的組合電器SF6氣體壓力值是由后臺分析人員進行查看并分析的，這種方式效率低，勞動強度大，且分析過程和結(jié)果容易出現(xiàn)紕漏，依賴工作經(jīng)驗程度，不具有客觀性和科學(xué)性。用戶平臺則可以全面地、真實地得到監(jiān)測壓力值，不僅有助于減少手工抄錄信息的二次處理工作量，還可以減少人為錯誤的發(fā)生，從而進行科學(xué)地分析，最終得出科學(xué)結(jié)果。數(shù)據(jù)的透明化和可靠性還利于電器設(shè)備的規(guī)范化檢查管理，避免錯檢、漏檢，及時有效的做出設(shè)備維護檢修方案。

5 結(jié)論

實現(xiàn)SF6氣體壓力值的實時監(jiān)測及無線傳輸，可以遠(yuǎn)程動態(tài)掌握組合電器SF6氣體壓力值的狀態(tài)，通過實驗檢測評估各類感知設(shè)備的可行度及傳輸數(shù)據(jù)的精確度，并完成數(shù)據(jù)采集、處理、評估及維護，從而加速推進無人值守，加快變電站智能化布局。

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