SF6泄漏报警（共8篇）
SF6泄漏报警 篇1
0前言
SF6是一种人造惰性气体, 它是由法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的。SF6具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能, 其耐电强度为同一压力下氮气的2.5倍, 击穿电压是空气的2.5倍, 灭弧能力是空气的100倍, 是一种优于空气和油之间的新一代超高压绝缘介质材料。由于其卓越性能, 目前已被广泛应用于高压开关、气体绝缘全封闭组合电器 (GIS) 中。
纯净的SF6气体虽然无毒, 但如果其浓度过大或者在电弧作用下分解, 则可能会对人体造成致命伤害。SF6气体的密度大约是空气的五倍、SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处, 如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险。在电弧作用下SF6的分解物如SF4, S2F2, SF2, SOF2, SO2F2, SOF4和HF等, 它们都有强烈的腐蚀性和毒性。因此我国《电业安全工作规程》特别规定, 在GIS等应用SF的工作场所, 必须安装氧气和SF6监测和报警装置, 并安装必要的通风换气装置。
1 SF6泄漏报警自排装置结构及功能
1.1 石泉水电厂GIS室概况
石泉水电厂GIS室, 包括石洋、石葛两回出线和4号主变高压侧开关三个单元及110KVⅠ、Ⅱ母线延伸段设备, 共23个气室, 系陕西电网220kv降压改造时兴建的, 担负着石泉电厂60%左右的负荷送出任务, 是石泉水电厂外送的主要通道, 也是运行操作、巡视和检修作业的重要区域, 一旦发生SF6泄漏而未被及时发现, 将严重威胁人员的生命安全。
1.2 SF6泄漏报警自排装置原理及构成
石泉水电厂GIS室SF6泄漏报警自排系统运用了电子探测技术、数据采集、数据处理、通信技术, 由气体综合分析仪、监控主机、轴流风机以及辅助的温湿度控制仪组成。
(1) 气体综合分析仪。在三台断路器间隔内, 分别装设有SF6气体含量检测分析仪和O2含量检测分析仪, 定时对安装处的环境气体进行检测, 并通过RS485通讯网络将数据上传监控主机。若检测到有SF6气体泄漏时, 气体分析仪面板指示灯点亮, 显示该变送器安装处的间隔或设备有SF6气体泄漏现象。微量监测技术能发出早期现场报警, 并指示气体泄漏相应间隔位置, 及时通知危险地点内人员疏散, 寻找及消除泄漏源, 保护运行设备。
(2) 监控主机。监控主机装设在GIS室门口, 由中央处理单元、语音报警单元、RS485通讯及以太网通讯单元组成, 是整套装置的大脑。能自动记录和处理各种报警数据及实时数据, 并按照设定的方式控制语音报警和启停风机。当工作人员时, 能自动报告SF6气体有无泄漏及氧气含量情况, 并能在液晶屏上显示各单元SF6、O2含量及温湿度数据。
(3) 排风系统。该系统由风机控制箱和和两台轴流风机构成。由于SF6气体密度大于空气, 所以轴流风机装设在靠地面处。风机控制方式灵活, 可在SF6泄漏或温湿度超标时自动启动, 也可通过监控主机定时或手动启动, 在监控主机故障时还能通过控制箱上的开关强制启动。
(4) 温湿度分析仪。温湿度变送器内的温湿度传感器由单片机控制, 实时对安装处的环境进行检测, 并通过RS485通讯网络将数据上传监控主机。其电源和通讯线由集线器通过航空插头引入。
(5) 门禁探测报警灯。该灯由热释红外探测回路和闪光报警回路构成, 当有工作人员进入开关室时, 探测回路发出信号, 通知监控主机启动排风系统, 确保工作环境安全;当系统检测到有SF6泄漏时, 监控主机启动排风系统和闪光报警系灯, 禁止人员进入开关室。
2 运行与维护
SF6泄漏报警自排装置既是确保人身安全的防护装置, 也是监测设备状态的重要工具。在日常维护中, 加强对其的检查和维护。
2.1 科学设置
根据《电力安全工作规程》 (发电厂和变电站电气部分) 规定, 目前其设置缺氧报警点为<18%, SF6气体泄漏报警点为>1000ppm, 并根据运行巡回时间规定, 提前15分钟通风。
2.2 日常维护
运行人员巡回GIS主设备时, 同时应巡视SF6泄漏报警自排装置各部元件完好, 功能正常, 发现异常应及时通知设备管理部门处理。
2.3 应急处置
当发生SF6泄漏时, 应立即轴流风机强制通风30分钟后, 方可进入, 进入时应穿着SF6防护服。如漏气严重, 达到开关闭锁值时, 应立即倒换运行方式, 停运设备, 进行抢修。
3 结语
石泉水电厂GIS室SF6泄漏报警自排系统的装设和使用, 有利于SF6气体的监督, 实现了SF6气体的在线监测, 为SF6设备开展状态检修提供了技术保证;该系统的应用缩短了停电检修、补气的时间, 节约了检修费用;系统的在线实时监测, 即可及时发现设备中SF6气体漏气现象, 及时排除隐患, 有利于安全运行, 又可减少了SF6气体的排放量, 有利于环境保护和工作人员的身心健康, 经济效益和社会效益均十分明显。
摘要：随着GIS设备的广泛应用, SF6气体及其电弧作用下分解产生的气体可能产生的人身伤害, 越来越受到电力行业的重视。本文阐述了石泉水电厂GIS室SF6泄漏报警自排系统的结构、原理, 并介绍了该厂在其运行维护方面的经验。
关键词：SF6泄漏报警,自排装置,应用
参考文献
[1]沈谢林, 林一泓.SF6激光成像检漏技术的应用[J].福建电力与电工, 2008 (03) .
[2]朱科, 张军, 张磊, 付二寅.SF6气体断路器应对低温的方法研究及应用[J].河南科技, 2013 (20) .
燃气泄漏报警与切断 篇2
随着城镇燃气事业的飞速发展以及人民生活水平的逐渐提高，用户的数量不断增加，到今年三月为止，福州市包括商业营业和职工食堂的用户(管道燃气)累计已达270家，年用气量32．18万m3，占总用气量的17．8％。但是燃气的泄漏或燃烧不完全时有发生，这也同时危害着人们的生命和财产安全，一旦发生燃气泄漏，遇到明火，将引起爆炸，其后果不堪设想。发生泄漏的因素主要有：工程施工质量、燃气计量装置和管材、管件的质量等因素。因此不但要有效地控制上述因素，而且在使用过程中对可能的燃气泄漏进行有效的监测和控制，才能确保用气安全。根据《城镇燃气设计规范GB50028-93》7．5．1条和《火灾自动报警系统设计规范GB50116-98》规定，公建用户的内厨房(没有直接通向室外的门和窗)和受一、二级保护对象的公建(单层建筑面积超过2000m2)，应安装燃气泄漏报警控制系统。
二、基本原理
目前燃气泄漏报警控制系统一般可分为总线制和分线制两种，所谓总线制即各硬件之间连接仅用一根四芯电缆，整个系统可靠性高，技术性强、功能卓越，但成本高，较适合于大型公建；所谓分线制即每一个气体探测器与控制器都有一根电缆连接，其系统设备成本低，价格优势明显，适合于中小型公建。但它们的基本原理一样：当燃气发生泄漏时，气体探测器采集信号通过电缆传送给控制器，当达到设定的报警浓度时，控制器发出声光报警，同时启动外联设备：排、送风机和紧急自动切断阀(电磁阀)等。
三、总线制燃气泄漏报警控制系
该系统由主控制器、计算机、探测器、远程联动设备、输入模块、分线制报警控制器以及其它外联设备组成。主控制器安装在消防监控中心或保安监控中心，其他外联设备均分布在现场。
3-1主控制器
主控制器的作用是为探测器等外联设备提供电源或控制电源，可接250个左右的探测器，对探测器进行巡检，并处理显示探测器传送的信息。当故障和报警信号同时存在时，报警信号优先。
3—2探测器
探测器的工作原理是气敏传感元件在通电加热过程中，根据不同的气体浓度引起的电阻变化。当现场有燃气泄漏时，探测器采集信号通过电缆传送给主控制器，控制器进行分析判断后显示出其浓度值，超出报警设定的浓度值时，发出声、光报警。
探测器的安装高度：燃气比空气轻时，应安装在距天花板20cm以内；燃气比空气重时，应安装在距地面30cm以内。
3-3紧急自动切断阀(电磁阀)
当用气点发生燃气泄漏时，通过探测器报警和控制器输出联动控制信号，并供给紧急自动切断阀电源，其继电器工作，紧急自动切断阀关闭，切断气源。
3-4计算机：
当发生燃气泄漏时，显示事故类型和事故处理程序；设置或改变外联设备之间的联动控制程序；可以将报警、故障和用户设置的信息存储打印。
3-5远程联动器：
当出现燃气泄漏时，接受主控制器传来的联动控制信号，进行通风控制，并向现场人员发出声光报警，提示人们进行事故处理。
3—6分线制报警控制器
与主控制器相似，也是功能完备的燃气泄漏报警装置。其主要功能特点是：与探测器采用分线制连接，最多可接8个探测器，数码管显示报警浓度，6路联动输出。该装置能形成独立监控系统，又可嵌入总线制系统中作为分机联网运行。
3—7输入模块
用于采集现场的各种输入信号，并发送到主控制器进行处理。其主要用途是：接收现场报警按钮的手动报警信号，作为探测器的补充与确认。四。分线制燃气报警控制系统
当燃气发生泄漏，浓度超过设定值时，探测器发出报警信号，控制器发出声光报警信号，显示其泄漏浓度和报警探测器地址号，按联动程序自动或手动启动风机或关闭紧急自动切断阀。当按下复位按键或探测器的报警信号消失，控制器自动恢复正常监视状态。当探测器或总线发生故障时，控制器发出故障信号，故障排除后自动恢复。当故障和报警信号同时存在时，报警信号优先。
五、总线制和分线制的比较
分线制由于设备较为简单，投资少，对于中小型用户，由于面积小，相对用气规模小且集中，所需的探测器数量少，是很适用的。但对大型用户来讲，因为面积大，用气点分散，探测器数量多且远离控制器的情况下，管线浪费，联动功能弱，管理难度大。而总线制由于系统功能强大，运行可靠，但成本高。经调研分析，总线制报警控制系统是适用于大型用户的。
六、几个注意问题
(1)一个用气点应至少安装二个以上的探测器，(一个探测器有效半径约为6m)确保安全可靠报警。
(2)紧急自动切断阀宜安装在室外主管上，并位于手动阀门之后。
(3)事故处理后，紧急切断阀应采取人工复位的方法，而不应采取自动复位的方法，这样做是为了防止由于突然断气，而其它正常用气点的供气阀门仍处于开启状态造成燃气大量泄漏，只有确保所有用气设备的供气阀门处于关闭状态下，才能进行人工复位操作。
七、改进措施
目前国内市场上的紧急切断阀有的是进口的，有的是国产的。它们都存在这样的问题，即紧急切断阀上的继电器接线盒都只有三个接口：火线、零线和接地，当消控中心(值班室)报警控制器给出电源信号时，其阀应关闭，但它却无法返回已关闭的信号给消控中心或值班室，值班人员就无法判断其紧急切断阀是否已真正关闭(紧急切断阀可能由于某种原因而突然失效)。所以建议在紧急切断阀的继电器上增设二个常开触点，这样一旦其阀门关闭，二个触点连通，通过另二条电缆到消控中心(值班室)，阀门已关闭的指示灯点亮，否则应马上关闭紧急切断阀前面的手动阀门。
八、小结
SF6泄漏报警 篇3
SF6气体具有理想的绝缘和灭弧性能,已广泛应用于高压开关设备中.由于制造、安装等质量差异以及材料老化等因素,SF6高压开关设备发生SF6气体泄漏是一个普遍存在的现象[1]。高压开关设备一旦发生SF6气体泄漏,将给电力设备的安全运行和室内工作人员的安全带来严重的威胁,因此,实现对开关室内环境的在线监测、实时报警和启动通风控制具有十分重要意义[2]。
国家电网公司2005年发布的“国家电网公司电力安全工作规程(变电站和发电厂电气部分)”和国家电网公司2006年发布的“国家电网公司安全技术劳动保护七项重点措施(试行)”中都明确规定了安装SF6气体环境泄露在线监测装置,并规定了具体的指标。
1 几种SF6气体测量的原理方法和特点
当前,SF6的测量方法有紫外线电离型、高频振荡无极电离型、电子捕获型、钢丝热电子发热型、负电晕放电型、气压表测量法、密度继电器测量法、半导体传感器法和激光红外成像法等多种。
目前应用较多的有电子捕获探测(ECD)和局部真空负离子捕获(NIC)探测等技术.前者需内置辐射源,在使用、储存和运输等方面将受到诸多的限制,而且还需要纯度高达99.998%的氩气;后者需要微型真空泵和流量传感器的配合,结构复杂、技术难度大、不适合作为现场在线监测仪器的使用[1][5]。
传统的SF6气体测量方式:气压表测量法和密度继电器测量法。气压表测量法的主要原理是用气压表监测气体压力。但是由于SF6气体压力随温度变化而变化,因此这种方法只有在环境温度变化不大、泄漏明显的情况下起作用,而且还需要工作人员不断监控,不适用于无人值守的变电站中。密度继电器测量法中,密度继电器为机械装置,精度一般,抗震能力差,不能及时反应在安全值以上的气体微量泄漏[4]。
半导体传感器采用镀锡的二氧化锡半导体作为电极,由于二氧化锡半导体具有较强的亲氟化物特性,因此当空气中含有一定量的被测气体时,传感器阻值将随之下降,被测气体的浓度越高,传感器阻位越低。传感器的底部装有电加热丝,目的是增加被检测气体的活性。与传统测量方式相比,半导体测量法检测SF6具有精度高,价格低等优点,但是寿命短,误报率高。
基于负电晕放电原理设计的SF6在线监控系统是当前用于高压变电站开关室内SF6气体泄漏监测的主流设备,其结构简单,安全可靠,成本较低,适合于大范围的在线监测是该系统的特点。但该系统存在传感器的使用寿命较短,容易引起误报警等缺点,严重影响该系统作为监测设备的可信度[5]。
采用超声波测速法进行SF6泄漏的测量,其原理是超声波速度在不同摩尔质量的气体的传输速度是不同的。声波是一种在弹性媒质中传播的机械波,它是纵波。超声波具有波长短、易于定向发射等优点,而且超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性和状态有关,通过媒质中声波的测定可了解媒质的特点。当通过差分法消除温度影响后,声波速度就仅和气体摩尔质量有关。对于SF6气体,其气体摩尔质量为空气的5倍,因此当空气中泄漏SF6含量变化时,其气体摩尔质量也会发生变化,对应到声速上也会产生对应的改变。通过超声传感器测量超声波的传播速度,反推出SF6气体的含量,即可实现定量测量空气中SF6泄漏气体的浓度。
该测试方法技术成熟、稳定、不易受环境因素影响,寿命较长,精度可以达到10 μL/L,不足之处是价格昂贵,多为国外公司用户所采用,对浓度较高时适用。
红外激光吸收方法主要利用SF6对特定波段有强吸收的特性来检测SF6气体浓度,采用此种方法测量SF6浓度具有灵敏度高、受环境影响较小、寿命长等特点,并且适合于实时在线监测[6]。光辐射在气体中传播时由于气体分子对辐射的吸收、散射而衰减[7],因此可以利用气体在某一特定波段的吸收来实现对该气体的检测。
2 监测方案
2.1采用激光检测原理测试SF6气体
经综合比较分析,建议采用激光探测器检测SF6的泄漏。激光探测器测量范围为0~2 000 μL/L,其灵敏度为1 μL/L,而目前安全规程规定SF6浓度报警为1 000 μL/L,因此激光探测器可以定量检测空气中SF6的浓度,随着国家环保力度的加大,规定SF6浓度报警值会不断的降低,这样就可以随时更改,也避免了其它检测类型无法定量检测的缺点,目前比较先进的SF6气体泄漏在线监测都采用了激光检测技术。尽管激光检测技术一次性投资成本高,但是由于使用寿命长,维护量小,准确度高,误报率低,尤其是采用现场气管式安装,通过气泵循环抽气到激光检测室的方案,现场安装的费用会降低很多。考虑到激光探测的现场测点多为8路,这样对220 kV及以上电压等级的变电站,空间较大,测点就显得少了,因此建议在维持目前成本或较少增加成本的情况下增加现场测点。目前已经有产品在简单增加分路器的条件下,将测点可以增加到16路和32路,甚至更多。
2.2 采用独立的氧气传感器检测
通常采用的氧气传感器是与SF6传感器组合在一起,统称双气体探头,因为该种SF6传感器检测准确度和稳定性不高,需要氧气配合检测,同时一个测点在检测SF6气体也要检测氧气,所以做成双气体探头。因为建议采用激光检测SF6气体的技术,所以,在此就采用独立的氧气传感器。先进的氧气传感器是独立的一个氧气变送器,因采用激光检测SF6准确度高,所以不需要每个测点安装氧气传感器,这样氧气传感器只需要一台,安装在开关室适当位置,信号传递到控制中心。氧气传感器技术指标建议,其测量范围为1%~25%之间,精度不小于1%,纯氧量报警为不大于20%,并且可以定量检测空气中氧气的含量。
2.3 采用温度和湿度一体的传感器检测
采用温度和湿度于一体的传感器,将检测的温度和湿度变成数字信号,通过电缆传送信号到控制中心即可。温湿度变送器在一个开关室只需要安装一个就可以,一般安装在开关室中间墙壁上,安装位置离地大约1.65 m左右。
2.4 风机的控制
鉴于SF6气体比空气重很多,为达到对SF6气体的排泄,安全规程规定风机必须安装于开关室的下方。当开关室内空气中的SF6气体浓度达到1 000 μL/L或氧气含量低于18%时,风机自动启动进行排风。排风机自启动后能连续排风到整定时间(如30 min),自动关闭。若在整定时间的排风后,SF6气体和氧气仍高于启动值时,风机再次启动排风直至满足要求为止。风机的配置的数量与开关室的空间大小有关,但不宜少于2台。风机不仅能自启动,而且还能手动启动,以满足不同情况的需要。
2.5 红外探测器
建议应该在开关室入门处安装红外探测器,并配置显示和发音的功能,在探测到人员靠近开关室入门处,应该主动以声音提示人员,当前室内的SF6气体和氧气浓度,提示人员注意安全,并在人员确定要进入时,按照安全规程主动启动风机排风。
2.6 集中控制台
对于集中控制操作台部分,分为两种开发方式。一种是采用单片机系统;另一种是工控机系统。采用单片机系统的控制操作部分优点是成本低、可靠性高、环境适应能力强、安装灵活方便、占地小,缺点是控制的能力不高、存储能力差、各种远程通信的能力非常弱、使用方面可提供的功能有限。采用工控机系统的控制操作部分优点是能力强、存储能力大、具备良好的各种远程通信的能力、可提供非常方便的使用方面的功能,缺点是成本高、可靠性比单片机弱、对环境要求高、安装不方便、占地面积大。经综合考虑建议采用先进的嵌入式多任务开发方式的控制部分,结合前两种方式的优点既以有限的成本构建运行可靠性高、安装灵活方便、存储能力大、使用方便功能强,同时又具备良好的远程通信能力的控制系统。
3 国内应用现状
从监测装置的结构方面主要是分布式和集中式。分布式多采用在现场布置多个采集单元,每个采集单元都独立具备SF6气体的测试功能,测量后的信号通过电缆传送到后台的集中控制台,同时,其它的有关测试元件也是独立测试,例如:氧气、温度、湿度及红外等等。集中控制台负责统计、报警、控制风机及人机交互。这种分立的测试方式测量SF6气体多数是非激光红外测试原理的。这种测试方法优点是:价格低、布置灵活、测点量可以任意增加。缺点是:采用测试原理简单、定量测量不准、误报率高、寿命短、维护量大、现场需要多根电缆、测点增加将直接增加费用等。目前国内多数以此种方式安装。
集中式的监测装置主要是以激光红外测试原理为主。现场采用布置多个测点。但是测点又分为多个气管布置加一个激光红外集中测试和多个激光红外现场测试区别。多个气管布置加一个激光红外集中测试是在现场布置多个气管,在集中控制柜进行激光红外检测,由于现场只是简单的气管布置,因此安装简单容易。多个激光红外现场测试是在现场根据需要安装几个相对方向的激光发射器和红外接收测量装置,准确度高。激光红外集中测试优点是:可以准确定量测试、寿命长、准确率高。缺点是:费用高,测点增加难度大。是目前国内比较先进的用于更新换代的产品。
4 结束语
随着更加先进的控制技术的应用,SF6气体泄漏环境在线监测装置更多的和变电站安全系统融合,逐步的变为和消防等结为一体,在集中控制方面更加的模块化。同时,不仅局限于对SF6气体的检测,各种SF6气体泄露后的化学变化产物的检测也逐步的增加,使得检测范围更加广泛。
参考文献
[1]孟忠.SF6开关室环境中SF6及氧气含量在线监测的应用研究[J].华北电力技术,2005,(增刊):1~5.
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[6]王春宁.SF6气体综合在线监测装置[J].高压电器,2005,(2):152~154.
基于超声法的微量SF6泄漏检测 篇4
SF6绝缘和灭弧性能优良,化学性质稳定,被广泛应用于高压电气设备中[1,2],如:气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)、高压变压器、断路器等。由于电力设备的制造和安装差异、老化以及运行维护过程中存在不当操作,可能导致SF6发生泄漏[3]。一方面,泄漏的SF6气体在放电或高温作用下会发生分解产生有毒气体,而且SF6密度比空气大,易造成低层空间缺氧从而使人窒息[4]。另一方面,电力设备的SF6泄漏会导致其绝缘性能下降,可能引发故障[5]。因此,为确保电力设备的可靠运行,保障现场工作人员的人身安全,准确检测出SF6的泄漏浓度具有重要意义。目前,常见的SF6气体浓度检测方法有红外吸收法、电化学传感器法、气相色谱法、超声检测法等[6]。红外吸收法虽然检测精度很高,但其设备造价成本较高;电化学传感器法在使用过程中易受环境中某些物质影响而中毒失效,灵敏度亦会随年限而降低;气相色谱法价格高昂又受实验室条件的限制,无法运用于现场检测。相对而言,超声法具有造价低廉、设计简单、不易受电磁干扰影响、易于安装等优势,适合运用于电力系统的现场在线监测[7]。
本文在前人的研究基础上,结合不同频率的超声波在二元混合气体传播过程的相位变化特点,根据气体状态方程推算出相位角与待测气体浓度之间的关系。使用单通道超声传感器进行检测,通过改变频率采用DFT测相位角法测得其相位差,改善了单独测时间精度不高和双通道不能保证完全相同的严苛性问题。设计并应用更为精确的定标容器对检测浓度进行标定,实现SF6浓度的精确检测。
1 超声法测气体浓度原理
超声波为一种弹性波,在不同浓度气体介质中的传播速度会发生变化[8]。对于二元混合气体,常温常压下可视为理想气体,超声波在气体中以高频、小振幅振动传播,该过程被视为绝热过程[9]。根据理想气体模型,其声速可由气体相对分子质量、温度等参数表示。对于单一成分气体,其声速为:
式中,γ为气体的定压比热与定容比热的比值;M为气体的相对分子质量;R为摩尔气体常数;T为温度。
对于二元混合气体,其平均声速为:
式中,为二元混合气体平均声速;为混合气体的定压定容比热比;为混合气体的平均相对分子质量。
设α、β分别为待测气体和背景气体,Mα、Mβ分别为α、β气体的相对分子质量。则有:
式中,n为α气体的浓度,1-n为β气体的浓度;分别为α、β气体的定容比热容;分别为α、β气体的定压比热容。
由式(2)~式(4)整理可得:
对式(4)解方程仅有单根,可求得α气体的浓度:
为方便求解,求出方程中的系数A、B、D,引入参量Y:
则求得浓度方程的3个系数分别为参量Y的表达式:
由上式推导可知,参量Y可由混合气体声速和温度T求得,当确定背景气体及待测气体时,其他参数均为易于获取的常量,温度T亦可通过高精度温度传感器获得。因此,求得混合气体声速便可求得气体的浓度n。
综合式(6)~式(10),化简可求得:
综上所述,在温度压强相同条件下,求待测气体浓度n便可转化为求混合气体平均声速的问题。
2 基于测相位的气体浓度检测
2.1 相位差法测声速
常用的声速测量方法是检测出超声波的传输时间,即固定超声波通过气体介质的距离,发射超声波的同时开始脉冲计数,直到检测到回波信号的幅值超过一定阈值后停止计数,再与计数周期相乘便得到超声传播时间[10],固定的传播距离除以该时间即为声速C。但是由于超声换能器收发头振动、噪声干扰以及超声波在气体介质中能量衰减特性,使得最终所测时间精度不高。为解决此问题,有学者提出采用双腔式两组超声测量通道法进行检测[8],分别检测背景气体和待测气体超声传播参数,经差分后间接测定气体的浓度。但是两个通道的换能器特性、声程、温度等条件需要保证严格相同,因此难以实现。
本文采用单通道检测,通过检测改变两次发送脉冲驱动的频率而引起的相位差来计算出混合气体中的超声传播速度。该方法实现如下:分别采用两个频率差很小的脉冲驱动信号f1、f2来驱动发射传感器,经过混合气体的腔室后。其声程可表示为:
式中,t为超声波传播时间;T1、T2分别为两驱动信号的周期;n1、n2分别为2个超声波在固定通道中传播的周期数;t1、t2分别为经过整数周期后所余时间;为混合气体平均声速;设定(其中,△f=f1-f2)时,n2=n1或n2=n1+1,因此求出t1、t2的差值即可。
t1、t2非常微小,难以直接通过脉冲计数获得。本文通过相位差法来测混合气体中的声速,式(12)、式(13)变式可得,超声传播距离L与相位差的表达式如下:
式中,θ1、θ2分别为超声接收传感器产生的不同相位差;λ1、λ2分别为2个频率下超声波长。
由式(15)、式(16)可求得其相位差为:
由改变频率法的两束超声波经过混合气体腔室后的产生相位差的过程如图1所示。
则超声波在混合气体中的波速为:
由此,声速的测量便转化为超声波收发信号的相位差的检测。
2.2 DFT测相位
中心频率为f0的输入信号x(t),以采样频率fs进行采样,得到深度为N的采样序列x(n),则x(n)的离散傅里叶变换为:
其中,k=0,1,…,N-1。若X(k)最大谱线对应的k记为m,则式(19)可得基波频率的相位为[11]:
两列超声回波信号经过调理后,由A/D分别采样后进入处理器,处理器通过对采样信号做DFT变换后测出该频率下的相位,最后计算出两频率下接收信号的相位差。
3 检测系统的设计与实现
本文所述的超声检测SF6气体浓度系统结构框图如图2所示,主要包含超声波信号的发射与接收、温度信号的采集、与上位机的通信以及数字相位计测相差。由ARM顺序发出2个频率分别为f1、f2的脉冲经过发射电路驱动发射换能器工作,经过含有待测混合气体的腔室后,回波信号通过滤波放大处理,由A/D分别采样后进入ARM,由数字相位计得到2个频率超声信号的相位差,进而实现SF6浓度的测量。
超声发射电路是由超声波驱动电路和超声波换能器(探头)构成,如图3所示。本文所选超声换能器中心频率约40 k Hz,发射驱动电压为10Vpp。ARM以41 k Hz的频率发出6-8个连续PWM脉冲波,信号输入至SP3232后通过其升压、电压极性反转特性,在输出端产生12Vpp电压来驱动超声换能器工作。待接收端完成信号采集后,用上述方法继续发送6-8个40 k Hz的连续PWM脉冲波驱动换能器工作,完成下一次检测。
超声波传感器将超声回波信号转变成电脉冲信号,但是单片机无法直接采集该信号,因此需要进行信号调理,其接收电路如图4所示。超声波信号在传播过程中会伴随着能量的衰减,接收到的信号也会引入杂波,因此在硬件设计中,采用了两级带通滤波放大,最后达到了峰-峰值为2 V、中心频率在40 k Hz附近的回波信号。两列回波信号先后通过A/D模块进行采集进入ARM处理器。
4 实验及结果分析
由于气体浓度检测受温度、压力等因素的影响较大,气体均匀混合所需要的时间也与气体流量有关,特别是低浓度检测时对标准气体检测要求更高,故自行构建了气体标定装置。该气体浓度标定装置如图5所示,装置主要由真空主腔体、腔体盖板、过渡板、真空穿通电极、温度计、流量计、压力表等构成。腔体内壁涂有聚四氟乙烯以减少气体吸附,超声传感器安装在盖板内侧的可拆卸过渡板上,电源及信号通过真空穿通电极实现内外传输。检测前先将腔室抽真空,而后缓慢充入一定浓度的标准气体,观察气体流量计示数以便调节进气流量大小,待腔室充满后开始检测。重复上述过程,改变充入的标准气体浓度,并观察各监测仪表示数以保证每次实验环境及条件的一致性,经过多次实验完成SF6浓度标定工作。
实验中,真空腔室长度为0.4 m,温度为25℃,选取采样频率fs为1 MHz,运算过程中各参数为:Mα=146.06 g/mol,CVα=0.603 k J/(kg·K),CPα=0.66 k J/(kg·K),CVβ=0.72 k J/(kg·K),Mβ=28.96 g/mol,CPβ=1.007 k J/(kg·K)。实验过程中通入的SF6标准气体浓度和超声法检测的SF6浓度实验数据,如表1所示。
由表1数据可知,超声法检测的SF6浓度精度能达到μL/L水平,其平均相对误差在5%以内,满足大部分使用要求。
5 结束语
本文以检测电气设备中SF6泄漏为背景,采用超声法对其进行检测。首先结合二元混合气体模型,对微量气体浓度理论计算公式进行简化,寻找出待测气体浓度与声速的相关性。其次,建立单通道超声检测模型,采用DFT数字相位计测相位差法求取声速,进而得到待测气体浓度。最后,通过设计的超声检测系统对SF6标准气体做检测试验。为保证定标检测试验的可靠性与一致性,本文构建气体标定装置,严格保证标定时温度、流量、压力等因素相同。实验结果表明:由超声技术检测二元混合气体浓度是可行的,对SF6浓度检测,精度可达到μL/L水平,在电气设备周围的SF6浓度监测应用方面具有广阔前景。
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发电机断路器SF6气体泄漏处理 篇5
SF6断路器与传统的油断路器和压缩空气断路器相比, 具有断口电压高、开断能力强、同期性好, 允许连续开断的次数多、维护简单 (基本免维护) , 断路器尺寸小、重量轻、容量大等优点, 在电力系统中得到了广泛的应用。某FKG2S型断路器, 带弹簧操作机构FK3-4, 由三相机械联动的三台单相断路器组成, 采用六氟化硫气体作为绝缘介质和灭弧介质。断路器整体运输到现场安装, 环境温度20℃时, 额定压力0.75MPa。设备安装就位后, 按现场环境温度参照厂家提供的温度压力表格, 充入合格SF6气体0.74MPa, 4小时后, 压力即下降为0.70Mpa, 设备存在明显的气体泄漏, 不能达到电气安装工程电气设备交接标准要求, 不能正常投运。
2 SF6气体泄漏的后果
1) 影响断路器的绝缘性能及正常操作, 严重时导致断路器合闸闭锁, 威胁系统的安全运行;
2) 导致设备内气体湿度增加, 适当条件下可引起SF6水解, 对设备绝缘件和金属部件产生腐蚀作用;另一方面, 水分附着在绝缘件表面, 造成沿面闪络;
3) SF6 气体作为强温室效应气体, 其增温潜势 (GWP, 衡量温室效应大小) 是二氧化碳的22200倍以上, 且不易降解, 大气寿命长达3200年, 对环境影响较大, 保护环境, 控制温室气体排放已可不容缓。
3 SF6气体泄漏的查找方法
1) SF6检漏仪法:利用电子捕获原理, 采用放射性同位素Ni63作为检测器的离子发射体, 只对具有电负性的气体 (如卤素物质以及含有O、S、分子的物质) 产生信号, 灵敏度随物质电负性的增强而增高。由于SF6气体是负电性气体, 具有吸收自由电子形成负离子的特性, 当载气通过放射源时, 被高能射线电离成正离子和慢速电子, 并形成基流。当电负性气体 (如SF6) 从探头进入检测器时, 捕获了检测器中的慢速电子生成负离子, 待检气体负离子与载气正离子复合成为中性化合物, 被载气带出检测室外, 而使原有的基流减少。该基流的减少量与被测气体的浓度成一定数量的比例关系。这样, 通过信号放大器, 将变化了的基流转为浓度指示信号输出, 从而达到检测气体浓度 (体积比) 的要求。
2) 红外成像法:利用SF6 气体的红外吸收特性较空气强, 致使二者反应的红外影像不同的原理, 将通常可见光下看不到的气体泄漏。以红外视频图像的形式直观地反映出来红外成像技术在不需要被测设备停电的情况下, 进行远距离检测 (0～30m) , 能够捕捉微量气体的泄漏 (0.001mL/s) , 准确地找出泄漏位置。
光辐射在气体中传播时由于气体分子对辐射的吸收、散射而衰减, 因此可以利用气体对某一特定波段的吸收来实现对该气体的检测。当光波入射到被检测区域的物体上, 并在物体表面上反射, 反射光沿着原来的光路, 重新返回到检测设备处。由于被测气体与背景有不同的吸收率 (反射率) , 被反射回探测器的光子数量不同, 返回的数据被处理后, 通过显示设备成像。
3) 简易定性检漏法, 利用传统的肥皂水检漏, 用2份洗涤剂, 6份水和2份甘油制成混合液, 用毛刷蘸肥皂液涂抹于可疑的接触面和密封点, 观察是否有气泡产生。
4) 局部包扎法:局部包扎法是对密封面进行局部包扎, 包扎后经24h测定包扎腔内SF6气体的浓度, 取不同位置四点的平均值, 计算该密封环节的漏气率并与标准值比较, 判定其是否泄漏超标。
4 现场检查与处理
现场查漏要根据具体情况确定是定性检测还是定量检测, 一般综合运用上述方法, 互相印证, 缩小范围, 逐步排除, 最终确定泄漏点的准确位置。
本次查漏采用了SF6气体检漏仪定性测试, 分别测量断路器三相各箱体内部, 测试仪显示各相数值为45-50, 38-40, 37-41, 箱体上部数值小, 下部数值略高。可以初步判定三相箱体内部应无气体泄漏, 三相数值不同反应泄漏的气体扩散后, 污染区域受风向影响引起的显示仪数值差异。断路器箱体外部管路见图1。对断路器外部仪表、管路、转轴密封处等部位检测, 发现断路器下部大部分区域均有报警声, 数值显示为130～200, 泄漏的SF6气体积聚在断路器箱体外的下部区域。
SF6相对分子量是146, 而空气的平均分子量是29, 密度约为空气的5倍, SF6气体较重, 不易流动, 在无风的自然环境下有较长的残存期。所以断路器下部SF6气体聚积较多, 影响精确查找泄漏点, 此时可采用强力通风措施, 吹散SF6气体, 更换新鲜空气, 重新检测各疑似泄漏点, 报警区域大幅减少, 反复验证发现B相联管接头区域一直有报警, 用肥皂水核实, 发现确有气泡, 确认了漏点。
连接压力表的接头和充气管的接头都是逆止阀结构, 连接断路器灭弧室的接头也采用逆止阀结构, 拧下B相连接灭弧室的接头后充气管内不应有气体漏出, 此时观察压力表, 压力在缓慢下降, 拧下三相充气管与灭弧室相连处的接头, 压力表读数快速下降, 说明与充气管相连系统有漏点。拆除B相管路侧接头外部整体包覆的黑色塑料皮, , 仔细观察可见丝扣露出3圈, 接头未拧紧, 怀疑此处即是SF6气体泄漏的根源。
恢复所有三相断路器连接管路, 充SF6气体, 补压到额定值0.74MPa, 24小时无泄漏, 说明没有其它漏点, SF6气体泄漏问题圆满解决。
5 结束语
SF6气体泄漏直接影响到设备安全, 如何快速、有效地查找漏点, 消除缺陷是设备管理的重要工作。以上给出了针对ALSTOM发电机出口断路器SF6气体泄漏查找的实例, 为防止类似问题出现, 对同类型成套设备安装交接时应重点防止管路接头的泄漏。
摘要：介绍一起发电机出口SF6断路器的气体泄漏故障判断典型实例, 提出处理的方法。
关键词：发电机出口断路器 (GCB) ,SF6断路器,缺陷,气体泄漏,设备安全
参考文献
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SF6泄漏报警 篇6
气体绝缘金属封闭开关设备 (简称GIS) , 是指六氟化硫封闭式组合电器, 国际上称为“气体绝缘开关设备” (Gas Insulated Switchgear) 简称GIS, 它将一座变电站中除变压器以外的一次设备, 包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等, 经优化设计有机地组合成一个整体。就是我们经常可以看到的开关站, 也叫高压配电装置。
我公司2012年建立的为厂内化工区供电的66KV变电所采用的是西安西电开关电气有限公司生产的ZF7A—126型9间隔GIS开关设备, 自2013年1月投入运行至今运行较平稳, 部分优良特性已在运行中充分显现, 但却没有避免SF6气体泄漏这一GIS开关设备较普遍存在的问题。我分析一下GIS开关设备SF6气体泄漏的原因、检查, 为今后的运行及检修工作提供参考。
2 SF6漏气的危害
(1) SF6气体是一种无毒、无色、无味, 化学性能极稳定的物质, 具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能, 但SF6在高温或电弧作用下可分解成氟化氢、二氧化硫、四氟化硫、硫化氢等有毒物质, 因此SF6漏气会造成环境污染和危害人员健康。
(2) GIS漏气会导致水分进入GIS气室内, 造成气室内SF6微水含量增大, 电气绝缘降低, 灭弧性能下降, 影响设备的安全运行。
(3) GIS漏气使密闭的气室内气体压力下降, 气室绝缘降低、灭弧能力减弱甚至造成气体密度继电器报警及闭锁开关动作, 在出现故障时会造成停电范围扩大。
(4) 维护费用升高。由于GIS漏气需及时进行补充SF6气体, SF6气体价格比较高 (5万元/吨左右) , 会增加运行维护费用, 运行成本大大增加。
3 SF6漏气的原因
GIS对材料、加工工艺、装配等要求严格, 尤其是气体密封性。经过初步了解从我国电力系统SF6开关设备实际运行情况来看, 或多或少, 都存在SF6气体泄漏的问题, 这与GSI制造质量、安装和检修质量都密切相关。
(1) 设备制造质量问题, 如外壳上有有缺陷存在砂岩, 密封材料加工与焊接不严密有裂纹、密封圈质量不合格尺寸与密封槽不配合、密度继电器存在质量缺陷等。
(2) 安装和检修质量问题, 如组装中密封工艺处理不当、未安装密封圈、密封圈损坏、操作不当使密封面有划痕、砂眼或裂纹、密封面螺栓未紧固等。
(3) 由于设备在运行中产生的振动、密封材料老化等原因产生的漏气。
4 SF6漏气的检查方法
4.1 在运设备的检查
(1) 变电所运行人员在每天的巡检中应认真记录每个间隔的气体压力, 并与近期的记录相比较, 看压力值有无明显下降, 初步判断有无泄漏气现象。
(2) 巡检中发现有刺激臭味, 有可能发生大量气体泄漏现象。
(3) 若某一气室压力有下降趋势6个月内需补气一次, 应引起注意。
(4) 在检修试验时, 若发现微水值超标也可判断此气室有泄漏现象。
4.2 常用检漏方法:
(1) 肥皂泡法检漏。此种方法是设备在运行中作为初步检查而采用的较为简单、普遍的方法。将肥皂水用刷子刷在可能泄漏的地方, 如果出现向外鼓泡就说明有漏点。
(2) 使用SF6检漏仪。用灵敏度1ppm的SF6气体检漏仪沿外壳焊缝、密封面、管路接头等部位, 用不大于2.5 mm/s的速度在上述部位缓慢移动, 若SF6检测仪读数为0则认为密封性能良好。根据实际经验, SF6检测仪读数为30以上则认为发生泄露。还可使用局部包扎法, 将被检气隔的所有密封环节逐个用塑料布包起来, 边缘用胶带粘贴密封, 塑料布与被测品应保持一定的间隙一般为5mm左右, 包扎后经24h测定包扎腔内SF6气体的浓度, 再计算年泄露量。
我公司66千伏变电所GIS组合电气2013年发生SF6气体泄漏, 通过巡检发现66千伏II段电压互感器, 66千伏II段进线及66千伏II段母线气室的压力表数值和以前数值相比有下降趋势, 其中66千伏II段母线气室压力下降较快, 三个月左右即从额定压力0.5MPa下降至报警压力0.45MPa。变电所运行人员使用测量浓度的SF6检漏仪对各密封面逐一进行检查, 并结合用塑料布对密封面局部包扎的方法测量, 测得8处密封面泄漏值从50~125不等。
我公司66k V GIS工程布置形式为单母单分段结构, 从漏气位置分析都是由密封面泄漏, 分析泄漏原因可能是密封垫圈自身缺陷或装配不当造成密封面结合不良, 要彻底解决漏气问题, 需对7# (PT) 间隔、8# (进线) 断路器及M2母线停电进行解体检查, 并根据检查结果更换相关零部件。目前在不具备停电条件的情况下, 进行了运行中对泄漏气室补充SF6气体的处理。
5 结束语
由于GIS设备的诸多优点, 已被广泛的运用于各类变电站, 但GIS在运行中也经常发生一些问题, 例如SF6气体泄露等。我们应从GIS设备的安装、运行维护、检修等方面不断总结经验, 提高各方面的管理水平, 才能使其优点更好地发挥出来。
参考文献
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SF6泄漏报警 篇7
关键词：SF6电气设备,气体泄漏,击穿电压,检漏
0引言
SF6气体作为良好的灭弧和绝缘介质, 目前已广泛应 用于GIS组合电器、断路器等电气设备中。今天, 在高压、超高压及特高压领域, SF6气体几乎成为断路器和GIS组合电器唯一的绝缘和灭弧介质。在中压领域, SF6断路器和真空断路器已成为并驾齐驱的两大支柱。随着SF6气体使用量的增加, 范围的扩大, SF6电气设备的气体泄漏也成了非常重要的问题, 日益受到关注。
1SF6电气设备发生气体泄漏的危害
SF6气体作为电气设备中的绝缘介质和灭弧介质, 其绝缘和灭弧能力主要依赖于足够的充气压力和气体的高纯度, 一旦设备中SF6气体发生泄漏将直接影响到设备的安全运行, 同时会对工作人员和 环境造成 较大的危 害。其危害 主要有以 下几点:
1.1SF6气体泄漏会降低电气设备中SF6气体的击穿电压
1.1.1SF6气体的密度降低对 SF6击穿电压的影响
SF6气体的绝缘强度和灭弧能力取决于气体的密度。因此SF6气体密度的降低, 将带来两方面的危害:一是导致设备绝缘强度降低, 二是断路器等气室的开断容量下降, 直接影响设 备运行的可靠性。SF6气体密度的降低通常是由设备的泄漏引起的, SF6气体的工作压力肯定会降低。为了监视运行中SF6气体密度, 断路器通常设有二级信号, 即低压报警信号和闭锁压 力信号。如果设备发生泄漏, 压力降至低压报警值就会及时发出信号、灯光报警, 提示设备内部气体压力降低了, 有异常, 应及时处理。如果压力继续下降至设置的闭锁值, 设备就会 闭锁, 无法操作, 因为此时的SF6气体已经失去了绝缘和灭弧能力, 设备有爆炸的可能。
2009年12月18日, 某变电所GIS组合电器F2-3气室 (110kVⅠ段母线压 变) C相低压报 警, 现场测得 气室压力 为0.285 MPa (额定气压为0.40 MPa) , 水分含量1062μL/L (国标注意值为500μL/L) , 经检漏发 现, 法兰连接 处有针状 缝2个。后来经过补焊等处理, 抽真空, 更换SF6气体, 消除了设备隐患。
1.1.2SF6气体含有杂质、水分对 SF6击穿电压的影响
设备发生泄漏, 外界大气中的空气、水分会 通过泄漏 点进入设备内部, 从而显著降低SF6气体的绝缘能力。空气、杂质微粒在电场作用下易形成“导电小桥”, 致使气体的击穿电压明显降低。管路接头、充气口、法兰处等泄漏点, 是水分进入设备内部的通道。侵入的水分会腐蚀设备, 也会阻碍SF6分解产物的复合, 降低SF6的介质恢复强度。当SF6气体中水分含量超过一定限度时, SF6气体的稳定性会受到破坏, 从而使绝缘性能大大降低。水分特别是液态水分对SF6电气设备的绝缘能力危害极大, 当SF6气体中的水分在绝缘子表面凝成“露”时, 则击穿电压显著下降, 绝缘受到破坏。
某变电所常清线712开关自投运后气 体水分含 量就逐步上升, 达550μL/L。当时就估计设备可能有泄漏, 但在设备不停电情况下没有查到明显的泄漏点。此后该设备多次低 压报警, 每次报警后均采取补气的办法来消除报警信号, 补气周期在一周左右。2010年2月13日, 停电检查, 当时设备 气压为0.44 MPa (额定气压0.50 MPa, 报警气压0.45 MPa) 。经检漏, 发现B相中法兰与 上段瓷瓶 的胶合面 有缝隙, 漏气严重。后将B相瓷瓶整体更换, 消除了故障。
1.2泄漏出的SF6气体对人体的危害
纯净的SF6气体无色、无味, 在常温下化学性能稳定。但在断路器多次分断操作中, 由于电弧放电及水分等杂质的 影响, 不可避免地会生成一些SF6分解产物, 其中一部分是高毒性分解物, 它们会对皮肤、黏膜等产生刺激, 如果大量 吸入, 会引起肺水肿和头晕, 甚至有致人死亡的可能。
1.3泄漏出的SF6气体对环境的影响
温室效应, 是指大气中的CO2、SF6等气体能透过太阳短波的辐射, 使地球表面温度升高, 同时又能有效地阻挡地球 表面发射长波辐射, 使得大气温度升高。SF6气体就是产生温室效应的气体之一, 并且具有较严重的危害, 因为一个SF6气体分子比一个CO2分子对温室效应的影响要大得多, 约为一个CO2分子的20000多倍。另外大气中的SF6气体性质稳定, 寿命特别长, 难以分解, 对环境的影响相当大。
2控制SF6电气设备发生气体泄漏的方法
2.1加强对SF6电气设备的检漏
GB/T8905—1996规定SF6设备每个隔室的年漏气率不大于1%, 并且将SF6气体泄漏量的检查作为SF6电气设备交接和运行监督的主要项目。通过仔细的检漏, 可以发现泄漏点并及时处理, 提高设备的 密封性能, 减少或消 除设备的 泄漏情况。SF6气体泄漏检查一般可分为定性检漏和定量检漏2种。
2.1.1定性检漏
定性检漏是对设备进行直接检测, 查出设备的泄漏情况及泄漏点的具体部位, 从而为设备检修提供可靠的依据。定性检漏并不能有效地反映泄漏量, 仅能判断设备是否存在漏 气, 它应该是定量检漏前的预检。定性检漏通常有检漏仪检漏、抽真空检漏2种方法。
现场工作中常用的是检漏仪检漏。用高灵敏度的SF6气体检漏仪探头在设备 充气口、密度 继电器及 连接件附 近进行反复、缓慢移动, 根据检漏仪的声光等信号来判断被测部件的气体泄漏情况。对气路管道各连接处必 须仔细检查, 速度一般以10mm/s左右为宜, 以防探头移动过快而错过泄漏点。如无漏点则认为设备密封性能良好。
2.1.2定量检漏
定量检漏是通过计算泄漏点的泄漏量, 从而得到气室的年漏气率。定量检漏通常采用扣罩法、挂瓶法、包扎法、压力折算法等。
包扎法是工作中常用的方法。用厚塑料 薄膜将设 备围一圈半以上, 尽量使缝口朝上, 构成圆形或方形等规则形状, 然后边缘用白布带扎紧或胶带粘贴密封。薄膜与设备间保留空隙, 一般5mm左右, 在规定的时间间隔后, 用仪器测量间隙内SF6气体浓度值, 然后分别计算出漏气量、年漏气率, 得出设备的泄漏情况。
2.2加强对SF6气体密度的运行监测
SF6气体耐压强度取决于气体的密度, 即单位体积内SF6气体的分子数。因此为了保证设备的可靠运行, 必须监测SF6气体的密度。在实际工作中, 常常用压力表来监测SF6气体的泄漏。我们可以根据测量时的气体温度, 在SF6气体的温度特性曲线上找到相应的额定气压值, 通过与实际测量值比较, 了解气体的泄漏情况。
2.3采用新材料、新技术, 减少设备泄漏
通过技术革新来提高设备的密封性能, 同时采用 新工艺、新技术, 有效减少SF6气体泄漏量。如设备的直动密封、转动密封采用波纹管结构, 靠波纹管 的蠕变来 提供所需 的行程或 转角。提高设备的设计水平, 改变设备结构, 减小充气空间, 这样可减少SF6气体的使用量, 降低泄漏率。另外在保证电气设备性能的前提下, 尽量降低SF6气体充气压力, 这样可能减少漏气, 提高密封性能。
2.4采用混合气体代替SF6气体
寻找能完全代替SF6的气体, 是有效防止SF6气体泄漏 产生危害的终极措施。N2/SF6混合气体是良好的绝缘介质, 能满足电气设备绝缘强度的要求, 有接近于纯SF6气体的绝缘性能。西门子公司已开始在高寒地区的断路器中使用N2/SF6混合气体, 取得了一定的效果。
3结语
SF6气体作为绝缘介质, 在电力系统中得到广泛使用, 而且使用量越来越大, 这样不可避免地会发生泄漏, 从而给设 备和电网的安全运行带来威胁, 给人类赖以生存的环境带来污染和破坏。减少SF6气体的泄漏量, 寻找综合性能更好的气体, 是有效控制其泄漏导致危害的方法。
机电信息2014年第33期总第423期89
参考文献
SF6泄漏报警 篇8
SF6是由两位法国化学家Moissan和Lebeau在1900年合成的。从20世纪60年代起, SF6作为极其优越的绝缘、灭弧介质广泛应用于全世界电力行业中的高压断路器及变电设备中。在今天, SF6气体几乎成为高压、超高压断路器和GIS中唯一的绝缘和灭弧介质[1,2]。
其优点可概括如下:
(1) SF6无色、无味、无毒、不燃且不溶于水, 是目前已知的最不活泼的气体之一。
(2) SF6气体具有优异的绝缘性能。
(3) SF6是一种具有优异灭弧性能的气体。
常态下SF6气体的绝缘性能是空气的2.5倍以上, 灭弧能力相当于空气的100倍, 但并不代表其不存在缺陷, 使用中可能会出现下列问题。 (1) SF6气体本身虽然无色、无味、无毒性, 是常温下化学性能稳定的惰性气体, 且其密度比空气重, 不易与空气混合。但经过SF6开关开断时的高温电离会进行分解, 主要分解物有SOF2、SO2F2、SF4、SF2、S2F2、HF等, 这些气体一般都有毒性, 对人体有危害, 有些甚至含有剧毒, 即使吸入微量也能致人非命。 (2) 当使用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的室内开关在使用过程中发生泄漏时, 泄漏出来的SF6气体及其分解物易在室内低层空间积聚, 造成局部缺氧和带毒, 对进入室内的工作人员的生命安全产生严重威胁。
(3) SF6气体作为绝缘和灭弧介质封闭在SF6电力设备中, 由于制造质量和安装工艺、密封元件的老化等原因, SF6设备的泄漏是难以避免的, 水分的渗入现象也是存在的。这一现象必将直接影响介质的绝缘强度和灭弧能力, 降低开关的开断性能, 进而给设备的运行带来严重隐患, 影响电力输送的安全。
为此, 《电业安全工作规程》特别规定, 装有SF6设备的配电装置室和气体实验室必须保证SF6气体浓度小于1 000×10-6 (ppm) , 除装有强力通风装置外, 还必须安装能报警的氧量仪和SF6气体泄漏报警仪。因此, 对SF6电力设备的实时准确监控十分重要, 研制SF6开关室监控报警系统也势在必行。
1系统构成原理
本系统用于实时监测变电所内部多种参量, 是为某企业开发的新产品, 与现有产品比较, 它具有体积小、测点多、易扩展等优点。
整个系统构成如图1所示。系统的探头由SF6传感器、氧气传感器、温度传感器、湿度传感器、露点传感器和密度传感器构成。监控计算机是PIII级的PC/104+模块, A/D模块采用研华的ADAM 4017组成, D/A模块采用ADAM 4050, RS-232/RS-485转接头采用ADAM 4520, 进行通风换气的风扇和声光报警的喇叭和指示灯就作为被控制的对象。
系统中所有各种传感器的输入通过RS485总线传输到监控计算机, 监控程序对检测到的输入量进行比较, 超过设定标准范围的, 则监控计算机向被控对象发出相应的指令。比如SF6含量超标, 则风机启动, 同时进行声光报警。人体红外探头的作用是当有人员进入监控区域时, 监控计算机通过喇叭发出提示, 提醒人员注意安全。监控计算机还要负责把实时采集的数据通过以太网传给上位计算机, 以供有关人员进行数据分析。
由系统结构可以看出, 监控计算机是通过AD-AM 4017、ADAM 4050和ADAM 4520与外界传感器及被控对象进行联系的, 它们都属于ADAM 4000系列。
2亚当ADAM4000模块介绍[3]
ADAM—4000系列模块是一种模块内置式微控制器, 传感器到计算机接口的智能设备。这些模块通过发出ASCII码格式的简单命令集并以RS—485通讯协议发送予以控制。该模块系列提供信号调理、隔离、调整量程、A/D转换、数据比较及数据通讯功能。ADAM—4000模块无需设置电位器和开关, 仅从主机发出的命令就能改变模拟量输入模块各种量的电压输入。全部模块的配置参数均可以远程设定, 配置参数和校准参数存入EEPROM存储器, 在掉电情况下也能保存。
2.1ADAM-4017模块
ADAM—4017是一个16位、8通道的模拟量输入模块, 它为所有通道都提供了可编程的输入范围, 这些模块在工业测量和监控的应用中具有很好的性价比;而且它的模拟量输入通道和模块之间还提供了3 000 V的电压隔离, 这样就有效的防止模块在受到高压冲击时而损坏。
2.2ADAM—4050模块
ADAM—4050模块有7个数字量输入通道以及8个数字量输出通道, 输出通道可以通过主机来控制, 当然也可以通过开关来进行控制, 主机可以利用模块的数字输入来决定限制或安全开关或者改变数字信号的状态。
2.3ADAM—4520模块
ADAM—4520模块是隔离RS—232到RS—422/485转换器, 具有最高采样速率115.2 kb/s、自动内部RS—485总线监督、自动数据流控制、3 000 V DC隔离保护 (ADAM—4520) 的特点。可同时与多个ADAM4000模块进行通信, 根据各个模块的地址来确定数据来自哪个模块, 而无需更改计算机的任何硬件或软件。
3系统软件功能模块
3.1语音功能使能
当发生SF6泄漏或者O2浓度过低时, 系统发出相应的语音报警并启动风机。对于氧气浓度, 系统设置两级措施, 第一级O2浓度很低时, 系统发出语音、指示灯报警, 并启动风机;第二级时, 当浓度偏低但不是很低, 系统自动启动风机进行通风, 不进行声光报警。语音板采用CR7942E数码语音录放板, 可实现分段录音、高电平触发放音、跳段或循环放音。
3.2网络功能使能
网络功能是向上位机发送各传感器实时采集的数据, 以供有关人员进行在线或离线分析、统计泄漏概率。根据系统需要可以实现自动发送数据和禁止发送数据, 该项功能是通过以太网来实现。
3.3风机启动、停止时间设定
该项功能供操作人员设定每天风机的定时通风和风机自动关闭。通过程序读取文本文件, 把每天风机启动和启动的时间值以数据文本的形式保存在硬盘中, 系统一起动, 立刻从硬盘中读取这两组数据, 并判断当前时间是否在这两端时间的区间内, 如果是, 则启动风机, 并在15 min (可自行设定) 自动停止风机。
3.4系统时钟调整设定
这项功能主要是进行时间校准, 当系统时钟与真实时间误差较大时可由操作人员进行校准。系统时钟是程序中所有需要定时操作的各项功能的基准, 如果误差较大, 可能会引起后续数据记录的可靠性大打折扣。
3.5风机上次启动、停止时间显示
这项功能是让操作人员掌握最近一次风机自动或定时启动的时间。一般情况下, 系统良好运行时, 气体发生泄漏的概率比较低, 所以这上面显示的一般都是风机定时启动、停止的时间。如果发生时间不是定时启动、停止时间, 则系统软件界面上会提示风机是以何种方式启动的, 是O2浓度低还是SF6泄漏, 所以可以提醒有关人员即使掌握情况, 查看系统是否真地发生过泄漏。
3.6薄膜按钮锁定
为了操作方便, 同时也因为系统体积要求比较小, 要尽量减少计算机的一些配件, 所以制作了薄膜扁平按钮, 省去功能复杂且体积偏大的键盘。在本系统中, 薄膜扁平按钮是唯一进行人机交互的渠道。系统各项功能操作, 都是通过图2所示的这几个键来完成, 其中有单键操作, 也有双键组合操作。为了防止不相关的人员对系统进行误操作, 系统设定了薄膜扁平按钮锁定功能, 通过两个按钮组合, 一起按下, 并保持3 s, 单按钮就被锁定, 如果要解锁, 则另外两个按钮组合按下, 就可实现解锁。
4软件实现思想
本软件采用Visual C++语言在Windows2000环境下实现, 整个软件的流程如图3所示。
开机后, 系统完成初始化, 从硬盘中读取以文本文件形式存在的每天开、关机时间, 以及本地时钟, 并判断当前时刻是否是风机自动开启时刻, 并根据情况执行相应任务。之后读取各类传感器发送的相应数据, 并把实时数据通过以太网传送给上位计算机, 同时对SF6和O2含量分别与其设定值进行比对。对于O2含量作两级判断, 如3.1所述;对SF6只判断其是否泄漏, 泄漏则开启风机, 并声光报警, 记录风机开启时间。如两种气体含量都在正常范围, 则系统继续循环检测。如用户发出关机指令, 则系统自动关机。
本系统中所有按键的输入都是通过ADAM—4050模块的7个数字量输入通道来实现的, 每一个键都与一个数字量输入通道相连。无输入情况下, 7个通道的状态为16进制0x7F, 对应为0～6位为高电平, 如果按下某个键, 如“确定”按钮, 其对应第二个通道, 则表示第1位置为0, 则7个通道的状态值为0x7D, 通过这种方法就可以知道是哪个或哪几个按钮被按下。各个被控对象的控制是通过ADAM-4050的8个数字量输出通道来实现, 在这里设置ADAM-4050的输出为继电器方式。通过使其某位置0或置1来控制各个接触器, 接触器再控制风机、语音板等。
语音板CR7942E设置了三段语音:O2一级含量报警、SF6泄漏报警、人体感应提示。该板可以多段录制、回放语音, 每一段语音可对应一个引脚, 让该引脚与公共端短接就可实现该段语音播放。
5结束语
本报警系统操作方便, 界面直观。所有检测数据均以柱状图和文本形式显示, 并以颜色进行区分;风机的动作也以动画形式保持与实物风机的开、停同步。
系统实现了包括SF6气体泄漏在内的多种参量的多点在线监测, 同时对数据进行记录保存, 以供有关人员进行各种分析, 预测可能发生的泄漏点, 这样可缩短停电检修、补气的时间, 节约检修费用, 及时发现设备中SF6气体泄漏现象, 减少SF6气体排放, 有利于环境保护和工作人员身心健康, 具有十分明显的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]程小芳, 廖俊慧.高压电器中SF6气体对环境影响及采取的相应措施.铜业工程, 2003; (4) :38—39
[2]张永斌, 李宁元, 王广君.高压断路器使用SF6气体应注意的若干问题.黑龙江电力, 2003;25 (5) :390—391