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高压开关配电室SF6环境监测系统的设计
更新时间:2023-10-27   点击次数:250次

开关室是电厂、变电站等设备集中的地,尤其是装SF6设备的开关,平时因为通风不良可能会缺氧或因设备SF6气体泄漏而污染室内环,使进入开关室进行巡视、检修的工作人员的健康甚至生命受到严重威,给电力安全运行带来隐患。因,国内《电业安全工作规程》特别规,在相关场所安装氧气SF6检测报警装,并安装必要的通风换气装置。同,从环保的角度来考,在电厂、变电站、高压开关厂等相关场所也有必要安SF6检测报警装置。因,设计一套SF6浓度、氧气含量、温度、湿度等参数为一,同时具备自动控制现场排风扇进行排风功能SF6环境监测系统是十分必要的。

1系统组成及功能

1.1SF6气体浓度检测方法的比较

空气中微量SF6气体浓度的检测是比较困难,以前所采用的方法主要:红外吸收法、放射源型电子捕获检定器法、电火花电离法及半导体传感器等方法。红外吸收法和放射源型电子捕获检定器法反应速度快、灵敏度较,但价格昂,设备体积;电火花电离法是放射源型电子捕获检定器法的简易,即利用高频电压放电火花的方法取代放射,而形成一个了离子(),而此基流在接触SF6等强电负性的物资时会使其基流下,从而检测SF6气体的浓度。此种方法灵敏度高、非线,容易受空气中其他物(如水)及温度的影,尤其是放电电极的熔蚀现,使其产生的基流极不稳定。因,此方法常用于便携式卤族元素及其化合物的检漏使,半导体传感器的方法灵敏度较,温度、湿度等环境的影响非常,稳定性,因此应用较少。上述的几种方法都是物理方,并且这几种方法都有一定的缺,所以上述几种方法都没有被广泛应用。

近几年发展起来的电化学传感器检测技术逐渐成,并且由于电化学传感器具有灵敏度高、线性范围宽、稳定性好、使用寿命长、价格低等优,使其在气体检测方面得到了广泛的应用。但,SF6气体的分子结构极其稳,无法使用电化学传感器直接对其进行测,,系统采用热裂-电化学复合检测技术。由仪器内置的吸气泵使SF6气体吸入仪器并通过热裂解器使其发生裂解反,其分解产物与空气中的氧气、水等化合后生成二次产,利用电化学传感器检测其二次反应的生成物就可以达到间接测SF6气体的目的SF6浓度的检测就是采用电化学传感器进行设计的。

1.2系统组成

系统由监控主机、多功能控制器SF6气体采集器SF6浓度电化学传感器、氧气探测器、温度变送器、湿度变送器、红外传感器等组成。

1.3系统功能

监控主机主要完成数据采集、数据显示、报警数据存储、发送控制指令、报警指示、数据上传、软硬复位等功,TFT64位真LCD液晶显示屏、键盘操作面板RS485总线接,具有灵活的人机交流功能。

多功能控制器控SF6采集器中的气泵及电磁,分时将各个通道SF6气体从现场抽SF6采集器的气室,SF6浓度电化学传感器的内置泵从气室内吸SF6,采用热裂-电化学复合检测技术对采集到SF6气体浓度进行分,并将结果转换420mA的标准信号送到多功能控制,多功能控制器通RS485线,将测量结果送到监控主机进行显示、报警、存储。

由于氧气传感器、温度传感器、湿度传感器已经采用RS485总线的通讯方,因此配电室环境中的氧气含量、温度信号、湿度信号通RS485总线直接与监控主机连,监控主机将对接收到的信号进行分析判断、显示、报警、存储。

2工作原理

2.1监控主机的工作原理

监控主机是系统中一个重要组成部,采用嵌入式操作系,大屏LCD液晶显示,键盘操作面,图形界面友,其控制流程如2所示。

监控主机依次与多功能控制器、氧气探测器、温度变送器、湿度变送器进行通,读取各个通SF6浓度、氧气含量、温度、湿度的数,当监控主机检测到配电室中某通SF6气体的浓度超10-3,或者氧气的含量低18%,系统将自动启动排风扇进行排,并发SF6气体浓度超标或氧气含量过低的声响报,SF6气体浓度数值、氧气含量数值、通道位置等报警信息通RS485总线或网络传输的方,传送到有关负责人及维修人员的办公,提示工作人员进行及时的维,避免产生重大的生产事,同时提示进入配电室工作的工作人员作好防护措施。

,为了保SF6配电室中的空气畅,还专门设计了定时自动启动排风扇的功,即工作人员可以根据需,自行设定几个时间,当设定的时间到,系统将自动启动排风扇排,并且每次排风的时间也可以根据需要设定。为*大程度地保护工作人员的身体健,还设定了手动开启和停止排风扇的手动开,工作人员可以根据需要随时开启和停止排风扇。另,系统采用红外传感,无论什么时,只要有工作人员进SF6配电,红外传感器都能够感知,并且自动启动排风扇进行排,保护进入现场的工作人员生命安全。

2.2多功能控制器的工作原理

2.2.1多功能控制器的硬件设计

多功能控制器是系统中另一个重要的组成部,P89V51RD2单片机作为检测、控制的核,AD7705模数转换器进行数据采,采用继电器、电磁阀控制采集通道的切,485总线方式进行通讯。其硬件结构框图如3所示。

img1 

2.2.2多功能控制器的软件设计

多功能控制器循环检SF6的浓,A/D,将数值转换为数字,保存P89V51RD2单片机RAM,P89V51RD2单片机的串行口工作在中断的工作方式,MAX485芯片与监控主机进485通讯。当监控主机向其发送读取数据的命令,多功能控制器就SF6浓度的数值、通道的信息、报警信息发送到监控主;当设定的通道采集时间到,多功能控制器通过控制继电器、电磁阀、吸气泵等设,完成通道的切换SF6气体的采集。

3安科瑞配电室环境监控系统

3.1概述

配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机UPS电源、视频监控子系统(云台球机、枪机)、环境监测子系统(温度、湿度、水浸、烟感)、控制子系统(灯光、空调、除湿机、风机、水泵)、门禁监控子系统(读卡器、开门按钮、磁力锁)、安防监控子系统(双鉴检测器)。

3.2应用场所

适用于轨道交通,工业,建筑,学校,商业综合体35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

3.3系统结构

img2 

3.4系统功能

3.4.1实时监测

能够显示配电室设备的运行状态,实时监测配电室环境参数信息,实时显示有关故障、告警等信息。

3.4.2数据查询

在人机界面中,可以直接查看配电室中各个设备的运行数据。

img3 

3.4.3曲线查询

可以直接查看各电参量曲线。

img4 

3.4.4运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表。

img5 

3.4.5实时告警

具有实时告警功能,系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。

img6 

3.4.6历史事件查询

能够对产生的所有事件记录进行存储和管理,方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析 

img7 

3.4.7用户权限管理

设置了用户权限管理功能,可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

img8 

3.4.8网络拓扑图

支持实时监视并诊断各设备的通讯状态,能够完整的显示整个系统网络结构。

img9 

3.4.9遥控功能

可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

img10 

3.5系统硬件配置

名称

型号

图片

功能

系统

ACREL-2000E

img11 

Acrel-2000E配电室综合监控系统,可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控,可对灯光、风机、除湿机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制,优化动力环境,避免运行环境的失控导致配电设备运行故障,保证维护人员安全,延长设备使用寿命,实现配电动力环境的分布式远程管理。

智能通信管理机

Anet-2E4SM

img12 

通用网关2路网口4RS485,可选1LORA,带电告警功能,支4854G从模块扩展。

主机

Acrel-2000E/A

img13 

数据采集、状态监测、设备控制、报警事件记录查询,可以根据采集到的设备数据或状态联动启动风机、声光报警器、空调、水泵等设备。

Acrel-2000E/B

img14 

参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。

Acrel-2000E/M

img15 

参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。立柜式安装。

Acrel-2000E/G

img16 

参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。立柜式安装

环境监测硬件

RS-WS-NO1-8

img17 

用于配电房温度和湿度。工作电源AC/DC85265V工作温度-400999工作湿度0%RH99%RH

BRJ-307

img18 

光电式烟雾传;电源正极DC12V+12V,继电器输出:常开触点

RS-SJ-N01R01-2

img19 

接触式水浸传感器,监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况,工作电源DC10-30V工作温度-20~+60工作湿度0%RH~80%RH响应时间1s继电器输出:常开触点

环境监测硬件

T35-II-56

img20 

4800,带温控器,带消声段,电机变频

AT8002

img21 

常开型;感应距离30-50mm材质:锌合金,银灰色电度干接点输出

DS-2DC6120BY-A

img22 

视频监控

ARTU-KJ8

img23 

8路开关量输入8路继电器输出

4结束语

实现高压开关配电室环境SF6气体的监,对电力行业、高压开关生产厂家的安全生,保障现场工作人员的身体健,都有着重要的意义。随着国内工业的不断发,电力的需求也必将迅速增,必然会新建更多的电厂、变电,高压开关配电SF6环境监测系统必然有广泛的应用前景。

参考文:

[1]陈家.SF6断路器实用技.:中国水利水电出版,2004.

[2]孔祥.SF6气体在线检测装置的设.西:第九届全国敏感元件与传感器学术会议论文,2005:466-469.

[3]求是科.单片机典型模块设计实例导.:清华大学出版,2004.

[4]朱善,孙新,吉吟.单片机接口技术与应.:清华大学出版,2005:217-224.

[5]马忠,籍顺,,.单片机C语言应用程序设.:北京航空航天大学出版,2003.

[6]徐爱,彭秀.单片机高级语C51Windows环境编程与应.:电子工业出版,2001.

[7]何方,吕成.高压开关配电SF6环境监测系统的设[J].

[8]企业微电网设计与应用手2022.05.

开关室是电厂、变电站等设备集中的地,尤其是装SF6设备的开关,平时因为通风不良可能会缺氧或因设备SF6气体泄漏而污染室内环,使进入开关室进行巡视、检修的工作人员的健康甚至生命受到严重威,给电力安全运行带来隐患。因,国内《电业安全工作规程》特别规,在相关场所安装氧气SF6检测报警装,并安装必要的通风换气装置。同,从环保的角度来考,在电厂、变电站、高压开关厂等相关场所也有必要安SF6检测报警装置。因,设计一套SF6浓度、氧气含量、温度、湿度等参数为一,同时具备自动控制现场排风扇进行排风功能SF6环境监测系统是十分必要的。

1系统组成及功能

1.1SF6气体浓度检测方法的比较

空气中微量SF6气体浓度的检测是比较困难,以前所采用的方法主要:红外吸收法、放射源型电子捕获检定器法、电火花电离法及半导体传感器等方法。红外吸收法和放射源型电子捕获检定器法反应速度快、灵敏度较,但价格昂,设备体积;电火花电离法是放射源型电子捕获检定器法的简易,即利用高频电压放电火花的方法取代放射,而形成一个了离子(),而此基流在接触SF6等强电负性的物资时会使其基流下,从而检测SF6气体的浓度。此种方法灵敏度高、非线,容易受空气中其他物(如水)及温度的影,尤其是放电电极的熔蚀现,使其产生的基流极不稳定。因,此方法常用于便携式卤族元素及其化合物的检漏使,半导体传感器的方法灵敏度较,温度、湿度等环境的影响非常,稳定性,因此应用较少。上述的几种方法都是物理方,并且这几种方法都有一定的缺,所以上述几种方法都没有被广泛应用。

近几年发展起来的电化学传感器检测技术逐渐成,并且由于电化学传感器具有灵敏度高、线性范围宽、稳定性好、使用寿命长、价格低等优,使其在气体检测方面得到了广泛的应用。但,SF6气体的分子结构极其稳,无法使用电化学传感器直接对其进行测,,系统采用热裂-电化学复合检测技术。由仪器内置的吸气泵使SF6气体吸入仪器并通过热裂解器使其发生裂解反,其分解产物与空气中的氧气、水等化合后生成二次产,利用电化学传感器检测其二次反应的生成物就可以达到间接测SF6气体的目的SF6浓度的检测就是采用电化学传感器进行设计的。

1.2系统组成

系统由监控主机、多功能控制器SF6气体采集器SF6浓度电化学传感器、氧气探测器、温度变送器、湿度变送器、红外传感器等组成。

1.3系统功能

监控主机主要完成数据采集、数据显示、报警数据存储、发送控制指令、报警指示、数据上传、软硬复位等功,TFT64位真LCD液晶显示屏、键盘操作面板RS485总线接,具有灵活的人机交流功能。

多功能控制器控SF6采集器中的气泵及电磁,分时将各个通道SF6气体从现场抽SF6采集器的气室,SF6浓度电化学传感器的内置泵从气室内吸SF6,采用热裂-电化学复合检测技术对采集到SF6气体浓度进行分,并将结果转换420mA的标准信号送到多功能控制,多功能控制器通RS485线,将测量结果送到监控主机进行显示、报警、存储。

由于氧气传感器、温度传感器、湿度传感器已经采用RS485总线的通讯方,因此配电室环境中的氧气含量、温度信号、湿度信号通RS485总线直接与监控主机连,监控主机将对接收到的信号进行分析判断、显示、报警、存储。

2工作原理

2.1监控主机的工作原理

监控主机是系统中一个重要组成部,采用嵌入式操作系,大屏LCD液晶显示,键盘操作面,图形界面友,其控制流程如2所示。

监控主机依次与多功能控制器、氧气探测器、温度变送器、湿度变送器进行通,读取各个通SF6浓度、氧气含量、温度、湿度的数,当监控主机检测到配电室中某通SF6气体的浓度超10-3,或者氧气的含量低18%,系统将自动启动排风扇进行排,并发SF6气体浓度超标或氧气含量过低的声响报,SF6气体浓度数值、氧气含量数值、通道位置等报警信息通RS485总线或网络传输的方,传送到有关负责人及维修人员的办公,提示工作人员进行及时的维,避免产生重大的生产事,同时提示进入配电室工作的工作人员作好防护措施。

,为了保SF6配电室中的空气畅,还专门设计了定时自动启动排风扇的功,即工作人员可以根据需,自行设定几个时间,当设定的时间到,系统将自动启动排风扇排,并且每次排风的时间也可以根据需要设定。为*大程度地保护工作人员的身体健,还设定了手动开启和停止排风扇的手动开,工作人员可以根据需要随时开启和停止排风扇。另,系统采用红外传感,无论什么时,只要有工作人员进SF6配电,红外传感器都能够感知,并且自动启动排风扇进行排,保护进入现场的工作人员生命安全。

2.2多功能控制器的工作原理

2.2.1多功能控制器的硬件设计

多功能控制器是系统中另一个重要的组成部,P89V51RD2单片机作为检测、控制的核,AD7705模数转换器进行数据采,采用继电器、电磁阀控制采集通道的切,485总线方式进行通讯。其硬件结构框图如3所示。

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2.2.2多功能控制器的软件设计

多功能控制器循环检SF6的浓,A/D,将数值转换为数字,保存P89V51RD2单片机RAM,P89V51RD2单片机的串行口工作在中断的工作方式,MAX485芯片与监控主机进485通讯。当监控主机向其发送读取数据的命令,多功能控制器就SF6浓度的数值、通道的信息、报警信息发送到监控主;当设定的通道采集时间到,多功能控制器通过控制继电器、电磁阀、吸气泵等设,完成通道的切换SF6气体的采集。

3安科瑞配电室环境监控系统

3.1概述

配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机UPS电源、视频监控子系统(云台球机、枪机)、环境监测子系统(温度、湿度、水浸、烟感)、控制子系统(灯光、空调、除湿机、风机、水泵)、门禁监控子系统(读卡器、开门按钮、磁力锁)、安防监控子系统(双鉴检测器)。

3.2应用场所

适用于轨道交通,工业,建筑,学校,商业综合体35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

3.3系统结构

img25 

3.4系统功能

3.4.1实时监测

能够显示配电室设备的运行状态,实时监测配电室环境参数信息,实时显示有关故障、告警等信息。

3.4.2数据查询

在人机界面中,可以直接查看配电室中各个设备的运行数据。

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3.4.3曲线查询

可以直接查看各电参量曲线。

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3.4.4运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表。

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3.4.5实时告警

具有实时告警功能,系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。

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3.4.6历史事件查询

能够对产生的所有事件记录进行存储和管理,方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析 

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3.4.7用户权限管理

设置了用户权限管理功能,可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

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3.4.8网络拓扑图

支持实时监视并诊断各设备的通讯状态,能够完整的显示整个系统网络结构。

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3.4.9遥控功能

可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

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3.5系统硬件配置

名称

型号

图片

功能

系统

ACREL-2000E

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Acrel-2000E配电室综合监控系统,可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控,可对灯光、风机、除湿机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制,优化动力环境,避免运行环境的失控导致配电设备运行故障,保证维护人员安全,延长设备使用寿命,实现配电动力环境的分布式远程管理。

智能通信管理机

Anet-2E4SM

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通用网关2路网口4RS485,可选1LORA,带电告警功能,支4854G从模块扩展。

主机

Acrel-2000E/A

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数据采集、状态监测、设备控制、报警事件记录查询,可以根据采集到的设备数据或状态联动启动风机、声光报警器、空调、水泵等设备。

Acrel-2000E/B

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参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。

Acrel-2000E/M

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参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。立柜式安装。

Acrel-2000E/G

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参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。立柜式安装

环境监测硬件

RS-WS-NO1-8

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用于配电房温度和湿度。工作电源AC/DC85265V工作温度-400999工作湿度0%RH99%RH

BRJ-307

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光电式烟雾传;电源正极DC12V+12V,继电器输出:常开触点

RS-SJ-N01R01-2

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接触式水浸传感器,监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况,工作电源DC10-30V工作温度-20~+60工作湿度0%RH~80%RH响应时间1s继电器输出:常开触点

环境监测硬件

T35-II-56

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4800,带温控器,带消声段,电机变频

AT8002

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常开型;感应距离30-50mm材质:锌合金,银灰色电度干接点输出

DS-2DC6120BY-A

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视频监控

ARTU-KJ8

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8路开关量输入8路继电器输出

4结束语

实现高压开关配电室环境SF6气体的监,对电力行业、高压开关生产厂家的安全生,保障现场工作人员的身体健,都有着重要的意义。随着国内工业的不断发,电力的需求也必将迅速增,必然会新建更多的电厂、变电,高压开关配电SF6环境监测系统必然有广泛的应用前景。

参考文:

[1]陈家.SF6断路器实用技.:中国水利水电出版,2004.

[2]孔祥.SF6气体在线检测装置的设.西:第九届全国敏感元件与传感器学术会议论文,2005:466-469.

[3]求是科.单片机典型模块设计实例导.:清华大学出版,2004.

[4]朱善,孙新,吉吟.单片机接口技术与应.:清华大学出版,2005:217-224.

[5]马忠,籍顺,,.单片机C语言应用程序设.:北京航空航天大学出版,2003.

[6]徐爱,彭秀.单片机高级语C51Windows环境编程与应.:电子工业出版,2001.

[7]何方,吕成.高压开关配电SF6环境监测系统的设[J].

[8]企业微电网设计与应用手2022.05.

 

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