高壓開關電氣設備sf6氣體含水量在線監測裝置製造方法
2023-04-25 02:39:31 2
高壓開關電氣設備sf6氣體含水量在線監測裝置製造方法
【專利摘要】一種高壓開關電器設各SF6氣體含水量在線監測裝置，其特徵在於它主要包括模塊電源、三種信號處理放大電路、多路轉換開關、A/D轉換器、單片機、通訊轉換電路以及可以對A，B，C三相分動高壓開關內的三個SF6氣室同時進行測量二隻溫度傳感器、三隻壓力變送器、三隻溼度傳感器等。優點是：1.可改變傳統的電解、凝露等儀器要經常性地帶儀器到現場測量不方便、不準確和操作危險監測方式，實現在線監測和遠程監控。2.各測量傳感器經變送器內部各電路修正補償，輸出線性度好，溼度精度高於國家標準一倍以上。3.適用於高頻電場環境和室外環境。4.大大減少了SF6氣體的排放量，保障工作人員的身體健康和減輕環境汙染。
【專利說明】高壓開關電氣設備SF6氣體含水量在線監測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓開關電氣設備在線狀態監測裝置，尤其是對高壓斷路器、GIS等設備容器內的SF6氣體含水量的在線監測，屬於電力設備測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]SF6氣體是一種惰性氣體，具有良好的絕緣和滅弧性能，它的優點越來越被人們所認可，近二十年來被廣泛運用到高壓斷路器、GIS等設備中。由於SF6氣體的水份含量達到一定程度時，在電荷的作用下，其分解物通過水解反應產生了一些有毒有害氣體；同時SF6氣體又是產生溫室效應的主要氣體。大量的高壓斷路器與GIS等設備大都是在戶外工作，由於設備的滲漏，難免有水份進入SF6氣體中，使SF6氣體的絕緣和滅弧性能大大降低。而且在電弧作用下的SF6氣體會分解產生毒性物，從而引起對設備腐蝕，對電網的安全運行和人身健康也構成了嚴重的威脅。因此國內外電力部門專門嚴格地制訂了 SF6氣體水份含量的規定。為了測量SF6氣體的水份含量，目前主要是以冷鏡凝結的露點方法，專門生產了露點儀，定期或不定期地對各SF6氣室的水份含量進行離線預防性檢測。露點儀是採用了光學系統來測量冷鏡表面返光率的變化，結合露點溫度折算出被測氣體的微水含量，以PPm為單位。此種方法檢測十分麻煩，必須帶上露點儀到高壓電器設備現場去逐一測量。同時測量時還要排放一些SF6氣體，且操作複雜、響應時間長、不能用於連續測量。目前監測裝置存在的問題大致上有以下幾個問題:
[0003]I)要經常性地帶露點儀到現場測量，每次測量必須逐一進行，現場測量人員要做好人工記錄、統計、對比，無法在線進行，也就無法實現遠程監控。
[0004]2)每次的測量都必須從高壓開關電器設備氣體容器內排放一定數量的SF6氣體，對環境汙染及人員的健康構成了嚴重的威脅。
[0005]3)現場測量人員需帶露點儀等設備到高壓電器現場去逐一測量的每次測量數據都不穩定，也許一天就有幾個變化值。因此測量不準確，精度差。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是針對現有技術存在的缺點，提供一種可以實施在線測量和遠程監控的高壓開關電氣設備SF6氣體含水量在線監測裝置。
[0007]本發明目的是這樣實現的:一種高壓開關電器設備SF6氣體含水量在線監測裝置，其特徵徵在於它主要包括模塊電源、三種信號處理放大電路、多路轉換開關、A/D轉換器、單片機、通訊轉換電路以及可以對A.B，C三相分動高壓開關內的三個SF6氣室同時進行測量的三隻溫度傳感器、三隻壓力變送器、三隻溼度傳感器等；其中，它們之間的連接:A相壓力變送器I和A相壓力信號處理放大電路10相接，A相溫度傳感器2和A相溫度信號處理放大電路11相接，A相溼度傳感器3和溼度信號放大處理電路12相接，B相壓力變送器4和B相壓力信號處理放大電路13相接，B相溫度傳感器5和B相溫度信號放大處理電路14相接，B相溼度傳感器6和B相溼度信號放大處理電路15相接，C相壓力變送器7和C相壓力信號放大處理電路16相接，C相溫度傳感器8和C相溫度信號處理放大電路17相接，C相溼度傳感器9和C相溼度信號處理放大電路18相接:A相壓力信號處理放大電路10，A相溫度信號處理放大電路11, A相溼度信號處理放大電路12，B相壓力信號處理放大電路13, B相溫度信號處理放大電路14, B相溼度信號處理放大電路15, C相壓力信號處理放大電路16，C相溫度信號處理放大電路17，C相溼度信號處理放大電路18分別和多路轉換開關電路19輸入端相併接；多路轉換開關電路19輸出端和A/D轉換電路20輸入端相接；A/D轉換電路20輸出端和單片機CPU電路21輸入端2相接；單片機21輸出端I和Rs485通訊轉換電路22相接；模塊電源電路25輸入端接DC/AC 220V或DC/AC110V電源，輸出端電壓分別為+5V、-5V，+12V、-12V，四路分別和各相關電路電源輸入端相接。
[0008]所述的一種高壓開關電器設備SF6氣體含水量在線監測裝置，其特徵在於還包括上述實時過程中的單片機21輸出端2和顯示與報警電路23相接，單片機CPU電路21輸入端23和地址編碼電路24相接。
[0009]本發明和現有技術中的SF6氣體檢測裝置相比，具有以下幾個優點:
[0010](I)實現實時在線監測和遠程監控
[0011]整個測量系統主要是由現場採集測量單元及主計算機系統組成，可以長期掛線運行。採集測量單元將所監測到實時數據通過其RS485接口電路發送到主計算機(上位機)，上位機軟體可按預先設定的報警門限進行比較，給出報警信息和信號。改變過去傳統的電解、凝露等儀器要經常性地帶儀器到現場測量不方便、不準確和操作危險監測方式，從而實現在線監測和遠程監控。由壓力傳感器、溫度傳感器、溼度傳感器、信號放大電路、多路轉換開關、12位的A/D轉換電路、Inter80C196C.CPU.RS485接口電路等組成。各測量傳感器經變送器內部各電路修正補償，輸出線性度好，其整機測量精度為:溼度精度高於國家標準一倍以上；密度精度更大大高於密度繼電器。監測器的三合一變送器在結構上與電路處理部分融為一體，減少了高頻電場環境下的幹擾，提高了電路工作的可靠性。經常性地帶儀器到現場測量不方便、不準確和操作危險的監測方式，從而實現在線監測和遠程監控。
[0012](2)高精度、高可靠性
[0013]SF6氣體微水在線測量裝置全部採用進口的各種傳感器和大規模集成電路組成，主要包括壓力傳感器、溫度傳感器、溼度傳感器、信號放大電路、多路轉換開關、12位的A/D轉換電路、Inter80C196C.CPu.RS485接口電路等組成。各測量傳感器經變送器內部各電路修正補償，輸出線性度好，其整機測量精度為:溼度精度高於國家標準一倍以上；密度精度更大大高於密度繼電器。監測器的三合一變送器在結構上與電路處理部分融為一體，減少了高頻電場環境下的幹擾，提高了電路工作的可靠性。
[0014](3)結構獨特，設計新穎，而且適用於高頻電場環境和室外環境
[0015]傳感器、採集單元、電源、數據處理和分析電路、Rs485電路和CPU等安裝在同一機殼內；而採樣測量單元採用鑄鋁合金結構，具有防水、抗振、抗鏽蝕、抗強磁幹擾等特點；且該監測裝置採用全封閉設計；因此不僅外形美觀、安裝方便，而且適用於高頻電場環境和室外環境。
[0016](4)數據準確，讀取方便實用
[0017]上位機的數據可以通過Modell、寬帶或其它形式實現遠傳和電力用戶的MIS系統相連接，在電力系統內的任一計算機均可隨時讀取有關數據，分析SF6氣體密度、溫度、壓力的有關信息(如實時數據、變化曲線等)，並可計算出20°C時的相對應的氣體溼度。因此該監測裝置具有讀取數據方便和測量數據準確的優點，解決了過去露點儀離線式SF6測試數據不穩，響應時間長，測量操作複雜等缺點。
[0018](5)具有環保意義
[0019]SF6氣體作為一種氟化物，不僅能破壞地球臭氧層，而且是產生溫室效應的有害氣體之一。在電弧作用下，它和水的反應後是一種極毒的化學物(極少量就可以致人死命):SF6氣體經斷路器的帶電分合拉閘後會分解出多種有害物質，直接影響現場檢測人員的身心健康:另外傳統的SF6的檢測方法還要求有一定的SF6氣體排放；利用這種在線的檢測裝置就可改變傳統的SF6檢測方法，大大減少了 SF6氣體的排放量，這對保障工作人員的身體健康和減輕環境汙染，有著非常重要的意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明高壓開關電器設備SF6氣體含水量在線監測裝置的電原理框圖。
[0021]圖2和圖3為本發明高壓開關電器設備SF6氣體含水量在線監測裝置的電路圖。
[0022]框圖中:1、A相壓力變送器2、A相溫度傳感器；3、A相溼度傳感器；4、B相壓力變送器；5、B相溫度傳感器；6、B相溼度傳感器；7、C相壓力變送器；8、C相溫度傳感器；9、C相溼度傳感器；10、A相壓力信號處理放大電路；11、A相溫度信號處理放大電路；12、A相溼度信號處理放大電路；13、B相壓力信號處理放大電路；14、B相溫度信號處理放大電路；15、
13相溼度信號處理放大電路；16、C相壓力信號處理放大電路:17、C相溫度信號處理放大電路；18、C相溼度信號處理放大電路；19、多路轉換開關電路；20、A/D轉換電路；21、單片機CPU電路；22、RS485通訊轉換電路；23、顯示與報警電路；24、地址編碼電路；25、模塊電源電路。
【具體實施方式】
[0023]以下結合有關附圖對本發明具體情況進一步詳細加以描述。
[0024]如圖1所示，其電路連接為:A相壓力變送器I和A相壓力信號處理放大電路10相接；A相溫度傳感器2和A相溫度信號處理放大電路11相接；A相溼度傳感器3和溼度信號放大處理電路12相接；B相壓力變送器4和B相壓力信號處理放大電路13相接；B相溫度傳感器5和B相溫度信號放大處理電路14相接；B相溼度傳感器6和B相溼度信號放大處理電路15相接；C相壓力變送器7和C相壓力信號放大處理電路16相接；C相溫度傳感器8和C相溫度傳感器17相接；C相溼度傳感器9和C相溼度信號處理放大電路18相接；A相壓力信號處理放大電路10、A相溫度信號處理放大電路11、A相溼度信號處理放大電路12、B相壓力信號處理放大電路13、B相溫度信號處理放大電路14、B相溼度信號處理放大電路15、C相壓力信號處理放大電路16, C相溫度信號處理放大電路17和C相溼度信號處理放大電路18分別和多路轉換開關電路19輸入端相連接；多路轉換開關電路19輸出端和A/D轉換電路20輸入端相接；A/D轉換電路20輸出端和單片機CPU電路21輸入端2相接；單片機CPU電路21輸出端I和RS485通訊轉換電路22相接；單片機CPU電路21輸出端2和顯示與報警電路23相接，單片機CPU電路21輸入端和地址編碼電路24相接；模塊電源電路25輸入端接AC/DC220V或AC/DC110V電源；輸出端電壓分別為+5V、-5V、+12V、-12V四路和各相關電路(1-24)電源輸入端相接。
[0025]A、B、C三相容器內的壓力、溫度、溼度分別由三相9個傳感器或變送器所得到，有關的測量輸出值分別由各自的信號處理放大電路進行放大、處理後得到相關的幅值，後經多路轉換開關電路19選通後，送到A/D轉換電路20進行A/D轉換，再經A/D轉換後的數位訊號，送到單片機CPU電路21輸入端，CPU電路21 (即單片機)將各有關數值進行計算，(PU將各數值和原所有的設定值相比較，將有關數據內容和報警狀態通過液晶顯示出來，並通過RS485通訊電路22將所有的地址和數據送到上位機，同時單片機CPU把所有的狀態和數據進行實時比較，並通過顯示與報警電路23給予顯示報警，現場告知用戶。
[0026]圖2和圖3為本發明高壓開關電器設備SF6、氣體含水量在線監測裝置的電路圖。將分別置於高壓電器設備A，B，C三相SF6氣體容器內，A，B，C三相的三隻壓力變送器1、4，、7信號輸出端分別和對應的壓力信號處理放大電路10，13，16輸入端相接；A，B, C三相壓力信號輸入分別為YLA，YLB, YLC表示((YL為中文壓力的第一字母，A，B, C表示三相的相內容)，即:YLA為A相壓力變送信號1，YLB為B相壓力變送信號4，YLC為C相壓力變送信號7，壓力信號處理放大電路10，13，16分別將壓力變送器1，4，7所測量的壓力輸出的電流信號轉換成O?2V的電壓信號(其三隻壓力變送器1,4,7輸出信號標準電流變送信號4?20mA，精度為0.25級、量程為:0?IMPa，壓力變送器採用要求只有和螺紋接口有關，採用M15為最好)；將分別置於A，B，C三相SF6氣體容器內的三隻溫度傳感器2，5，8的輸出端分別和溫度信號處理電路11，14，17輸入端相接；A，B，C三相溫度輸入分別為WDA，WDB，WDC表示(WD表示中文溫度的第一字母)；溫度信號處理電路11，14，17分別將三個容器內的溫度傳感器2，5，8所測量到的溫度信號轉換成0-2V的電壓信號(其溫度傳感器型號為KD590，KD591.SP08等最好是採用KD590，S0P封裝，測量範圍為_40°C?+12°C，精度士 0.5°C );將分別置於A, B, C三相SF6氣體容器內的低溼度傳感器3,6,9的輸出端分別和溼度信號處理電路12，15，18輸入端相接，A，B, C三相溼度輸入分別為SDA，SDB, SDC表示(SD表示中文溼度的第一字母)；溼度信號處理放大電路12，15，18分別將A，t3，C三相溼度傳感器3，6，9所測量的三相溼度信號轉換成0-2V的電壓信號(其溼度傳感器採用美國Humirel公司生產的型號為HM1520低溼度傳感器，溼度測量範圍為1PPm?5000PPm);為了準確測量A，B，C三相內的溫度、壓力溼度的信號，將A.B，C三相的壓力信號處理放大電路10，13，16的輸出端、A，B，C三相的溫度信號處理放大電路11，14，17的輸出端、A，B.C溼度信號處理放大電路12.15，18的輸出端分別送到多路轉換開關電路19的輸入端(多路轉換開關電路為美國AD公司生產的型號為AD7506，是只快速16選I開關，輸入端為第11腳、第19腳至第26腳)，多路轉換開關電路19的輸出端第28腳經U12D第12腳輸入，第14腳輸出端和A/D轉換電路20輸入端為13腳相接(A/D轉換電路20採用MC公司生產的12位AD轉換器，型號為MC1674)o A/D轉換電路輸出端第16腳至27腳和單片機CPU中輸入端P3 口(第5至60腳)相併接，單片機CPU電路21輸入端PO 口為第4腳至11腳接八位拔碼開關SW、上拉排阻RPI相併接，SW另一端接地，RPl另一端接5V電源；單片機CPU電路21輸出端P2.0和P2.1 口和Rs485通迅轉換電路輸入端22相接，CPU電路21的第18腳和接口電路22的第4腳相接、第17腳和接口電路22的第I腳相接；CPU電路21第28腳和接口電路22的第2，3腳相接(RS485通迅轉換電路為MAX公司生產的MAX485或65BC184);接口電路22以RS485總線輸出端(5，6腳)通過通迅轉換器和上位機相接、其第8腳接5V、第5腳接地；單片機CPU電路21的輸出端2和顯示與報警電路23相接；CPU電路21的輸出端2為CPU的f3 口，P3 口為串口方式和顯示與報警電路23相接(顯示與報警電路採用240128的點陣液晶屏，選用香港精電公司或臺灣臺威公司生產的寬溫型)；單片機CPU電路21輸入端O和地址編碼電路24相接(編碼採用BCD碼，為八位拔動開關以確定本測量裝置的編號)，使單片機(計算機)能有效識別本裝置所測量的內容和上位機所設定的地址碼一致；模塊電源電路25是本裝置提供的工作電源，工作電源的輸入端通過接線端子和變電所內的DC/AC ；220V或DC/AC110V相接，輸出端分別和各電路及傳感器相接，輸出端電壓分別為+5V、-5V、+12V、-12V四迴路輸出，共計功率為15W左右(選用北京星原嘉泰公司生產的模塊型號為XR15-4)。總之整個系統能夠實時的測量一隻SF6高壓電器設備A，Q，C三相的三隻容器內SF6氣體的實時壓力、溼度、溫度，並可以通過實時的測量值計算出相對的密度，20°C時的壓力、溼度等，系統還可以設定門限，如有測量的數值超出了門限設定值即可以發出報警，裝置也通過RS485通迅發送到上位機，在變電站和電力區域網內的任一計算機均可以查閱。
[0027]本發明採用了美國Humirel公司生產的型號為HM1520低溼度傳感器，溼度測量範圍為10PPm-5000PPm)特別滿足了高壓電器容器內的SF6氣體的低溼特性測試。過去HM1520低溼傳感器一直運用於高精度溼度測量，線性度難控制等，一直沒有在高壓電器SF6氣體測量中運用。所以本發明高壓開關電器設備SF6氣體含水量在線監測裝置使用MH1520低溼傳感器對SF6氣體的溼度測量具有實質性意義。同時採用壓力變送器、溫度傳感器和溼度傳感器的有機結合，使溫度、壓力、溼度之間的內在關係得到實時的測量和統計，為SF6氣體狀態在線測量提供了技術保證。
【權利要求】
1.一種高壓開關電器設備SF6氣體含水量在線監測裝置，其特徵在於，它包括模塊電源、三種信號處理放大電路、多路轉換開關、A/D轉換器、單片機、通訊轉換電路以及可以對A，B, C三相分動高壓開關內的三個SF6氣室同時進行測量的三隻溫度傳感器、三隻壓力變送器、三隻溼度傳感器；其中，它們之間的連接關係為:A相壓力變送器(I)和A相壓力信號處理放大電路(10)相接，A相溫度傳感器(2)和A相溫度信號處理放大電路(11)相接，A相溼度傳感器(3)和溼度信號放大處理電路(12)相接，B相壓力變送器(4)和B相壓力信號處理放大電路(13)相接，B相溫度傳感器(5)和B相溫度信號放大處理電路(14)相接，B相溼度傳感器(6)和B相溼度信號放大處理電路(15)相接，C相壓力變送器(7)和C相壓力信號放大處理電路(16)相接，C相溫度傳感器(8)和C相溫度信號處理放大電路(17)相接，C相溼度傳感器(9)和C相溼度信號處理放大電路(18)相接；A相壓力信處理放大電路(10) ;A相溫度信號處理放大電路(11)，A相溼度信號處理放大電路(12)，B相壓力信號處理放大電路(13)，B相溫度信號處理放大電路(14)，B相溼度信號處理放大電路(15)，C相壓力信號處理放大電路(16)，C相溫度信號處理放大電路(17)，C相溼度信號處理放大電路(18)分別和多路轉換開關電路(19)輸入端相併接；多路轉換開關電路(19)輸出端和A/D轉換電路(20)輸入端相接；A/D轉換電路(20)輸出端和單片機CPU電路(21)輸入端2相接；單片機CPU電路(21)輸出端(I)和RS485通訊轉換電路(22)相接；模塊電源電路(25)輸入端接DC/AC 220V或DC/AC IlOV電源，輸出端電壓分別為+5V、_5V，+12V、_12V四路和各相關電路電源輸入端相接。
2.根據權利要求1所述的一種高壓開關電器設備SF6氣體含水量在線監測裝置，其特徵在於，還包括單片機CPU電路(21)輸出端2和顯示與報警電路(23)相接，單片機CPU電路(21)輸入端2，3和地址編碼電路(24)相接。
3.根據權利要求1或2所述的一種高壓開關電器設備SF6氣體含水量在線監測裝置，其特徵在於，A，B, C相溼度傳感器(3)，(6)，(9)是採用美國Humirel公司生產的型號為HM1520低溼度傳感器。
【文檔編號】G01N35/00GK104237543SQ201410472035
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】胡紹剛, 劉君, 戚雪, 李旭陽, 陳昱達, 孫道軍 申請人:國家電網公司, 國網遼寧省電力有限公司鞍山供電公司