GIS在線式SF6微水監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)用研究

一、引言

SF6氣體微水在線監(jiān)測裝置的發(fā)展背景

1. 國內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢;

SF6氣體微水在線監(jiān)測裝置國外已在運(yùn)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(wěn)定但是價(jià)格非常昂貴。

國內(nèi)市場目前普遍采用離線測量微水、，需要放氣、補(bǔ)氣等繁雜的過程，操作麻煩而且不安全，也有在線微水檢測產(chǎn)品單一，傳感器壽命短，缺少智能化，無法查看任意點(diǎn)微水及的變化，日常維護(hù)量高。產(chǎn)品都存在很大的缺陷，SF6氣體微水在線監(jiān)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(zhǔn)確、漂移厲害，通過程序處理假象顯示，欺騙性大;優(yōu)點(diǎn)就是價(jià)格低廉。

針對以上不足情況，開發(fā)一種SF6氣體微水在線監(jiān)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(yùn)用了先進(jìn)的精確的SF6氣體壓力和溫度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型換算，采用嵌入式微機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、閉鎖動作點(diǎn)通訊遠(yuǎn)傳。接入后臺操作系統(tǒng)跟上位機(jī)相連，做到實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)顯示。將來該系統(tǒng)必須融入集控中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能變電站多種在線監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

2. 介紹國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對本項(xiàng)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(shè)備及技術(shù)展會”上展示了包含在線微水及在線局放等多項(xiàng)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(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)多次事故，保證了電力供應(yīng)。近年來隨著新型傳感器技術(shù)的不斷應(yīng)用，國外相繼推出了一些狀態(tài)監(jiān)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(yīng)用了負(fù)電暈傳感器、壓力傳感器、氣體傳感器、溫度傳感器在線監(jiān)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監(jiān)測系統(tǒng)下安全運(yùn)行。

國內(nèi)主要還停留在傳統(tǒng)的SF6氣體微水含量的離線檢測基礎(chǔ)上，具有精度低、檢測繁瑣、檢測數(shù)據(jù)可比性差等缺點(diǎn)。隨著國內(nèi)GIS廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)的研究單位在90年代末期也開展了相應(yīng)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(jiān)測，多為相對濕度傳感器，精確性差，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能變電站的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測。

二、在線式SF6微水監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀

1.項(xiàng)目研究的技術(shù)關(guān)鍵與難點(diǎn)。

SF6氣體在線微水監(jiān)測裝置主要用于在線監(jiān)測斷路器SF6氣體的微水、、溫度及其變化趨勢。當(dāng)SF6氣體有關(guān)指標(biāo)出現(xiàn)變化時(shí)，給出變化曲線;有關(guān)指標(biāo)達(dá)到報(bào)警狀態(tài)時(shí)，報(bào)警或自動啟動報(bào)警裝置;當(dāng)有關(guān)指標(biāo)超標(biāo)達(dá)到危險(xiǎn)狀況時(shí)，以保障設(shè)備和變電站整套系統(tǒng)的安全。

上述監(jiān)測設(shè)備配有RS485/CAN通訊接口，可將監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至變電站、城市中心乃至更上級監(jiān)控中心，真正實(shí)現(xiàn)變電站，尤其是無人值班站的設(shè)備在線監(jiān)測。并為斷路器的狀態(tài)檢修提供了有效依據(jù)。

(1)技術(shù)關(guān)鍵：

A、在線監(jiān)測SF6氣體濕度、與溫度.

B、預(yù)留RS485/CAN總線通訊接口.

C、可按預(yù)設(shè)值或用戶給定值自動啟動低壓報(bào)警、微水超標(biāo)報(bào)警和閉鎖裝置.

D、通過后臺軟件顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并自動繪制狀態(tài)變化趨勢圖.

E、大屏幕液晶顯示器現(xiàn)場顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。具備液晶屏屏幕保護(hù)功能.

F、手持遙控器設(shè)置底層各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)、報(bào)警與閉鎖門限值和顯示方式.

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(yàn).

B、通過RS485或CAN總線遠(yuǎn)傳集控中心.

C、氣體的流動性與穩(wěn)定性

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

三、SF6氣體在線微水監(jiān)測裝置的原理及實(shí)現(xiàn)方案

SF6氣體微水含量在線監(jiān)測系統(tǒng)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(yù)處理、傳送、存儲、計(jì)算、判斷和顯示來完成整個(gè)在線監(jiān)測過程 ,因此該系統(tǒng)由傳感器、變送器、主控 PC機(jī)組成。單片機(jī)是采用美國Silabs公司C8051F高速M(fèi)CU，該單片機(jī)為CIP51內(nèi)核, 具有Cygnal指令與MCS51指令系統(tǒng)全兼容的特點(diǎn)。系統(tǒng)采用RS485與PC 機(jī)通信。SF6在線監(jiān)測系統(tǒng)通信理論距離是 1. 2 km，一臺計(jì)算機(jī)理論上可以與128臺SF6在線檢測儀中的單片機(jī)進(jìn)行通信。計(jì)算機(jī)可以隨時(shí)向SF6 在線監(jiān)測儀中的單片機(jī)請求當(dāng)前及歷史的濕度、溫度、壓力探頭信號數(shù)據(jù)。PC機(jī)與單片機(jī)的通信方式為: PC 機(jī)采用主控方式，單片機(jī)采用中斷方式。每個(gè)單片機(jī)都有一個(gè)“本機(jī) ”地址，以便計(jì)算機(jī)對其尋址。工作原理圖參見圖1。

GIS微水在線監(jiān)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(shè)計(jì)了一種將傳感器安裝于設(shè)備取氣口外接的在線監(jiān)測儀的測量腔體中的方法，通過取氣口使傳感器與被測氣體連通。這樣，當(dāng) GIS中的微水含量變化時(shí)，由于自然擴(kuò)散的作用，安裝于設(shè)備取氣口外部的濕度探頭也可以在較短時(shí)間內(nèi)檢測到GIS中微水的變化。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對一段母線筒中與測量腔體中微水的自然平衡過程進(jìn)行了試驗(yàn)研究，從而為現(xiàn)場在取氣口外接傳感器進(jìn)行濕度的在線監(jiān)測提供了依據(jù)。

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(tǒng)選用的是適于低濕環(huán)境測量的薄膜電容型濕度傳感器，該傳感器具有長期穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)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(tǒng)溫度傳感器采用的是AD590,該器件具有良好的線性和互換性，測量準(zhǔn)確度高，并具有消除電源波動的特性;壓力傳感器選用的是壓阻應(yīng)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(yàn)，其利用聚合物薄膜開發(fā)的專門用于測量低露點(diǎn)的傳感器DRYCAP®性能穩(wěn)定，不受凝結(jié)水和大多數(shù)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)自動校準(zhǔn)、增益回歸兩項(xiàng)專利技術(shù)，使得露點(diǎn)測量范圍寬、精度高、長期穩(wěn)定性好、性價(jià)比極佳。