GIS在线式SF6微水监测系统的运用研究.docx

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1、GIS在线式SF6微水监测系统的运用探讨一、引言SF6气体微水在线监测装置的发展背景1 .国内夕隙讨水平的现状和发展趋势；SF6气体微水在线监测装置国外已在运行，湿度主要采纳红外光谱法，采纳压力传感器.这种原理性能稳定但是价格特别昂贵.国内市场目前普遍采纳离线测量微水、，须要放气、补气等繁杂的过程，操作麻烦而且担心全，也有在线微水检测产品单一，传感器寿命短，缺少智能化,无法查看随意点微水及的改变，日常维护量高产品都存在很大的缺陷，SF6气体微水在线监测）装置产品的湿度传感器都采纳相就显度传感器,这种传感器误差大、精度不精确、漂移厉害，通过程序处理假象显示，欺瞒性大;优点就是价格三.针对以上不足

2、状况，开发一种SF6气体微水在线监测装省，性能优越，价格符合国情，因此湿度传感器采纳高精度的高分子薄膜传感器，运用了先进的精确的SF6气体压力和温度之间关系的数学模型换算，采纳嵌入式微机技术,实现报警、闭锁动作点通讯远传.接入后台操作系统跟上位机相连，借倒实时监控、实时显示.将来该系统必需融入集控中心，实现数字化智能变电站多种在线监测联网监控.2 .介绍国内外探讨机构对本项目的探讨状况;国外探讨在70年头并取得了肯定成果,日本三菱公司在“97国际电力设备及技术展会”上展示了包含在线微水及在线局放等多项产品.美国纽约电管局及加拿大魁北克水电局1993年安装了MONITEC监测系统发觉多次事故保证

3、了电力供应.近年来随着新型传感器技术的不断应用，国外相继推出了一些状态监测的示范性产品,典型的!/Changzhoulaolegu/有日本东芝的C-CIS和ABB公司的EXK型智能化GIS,应用了负电晕传感器、压力传感器、气体传感器、温度传感器在线监测SF6气体GIS的微水改变趋势.使整个组合电器在二次在线监测系统下平安运行国内主要还停留在彳专统的SF6气体微水含量的离线检测基础上，具有精度低、检测繁琐、检测数据可比性差等缺点.随着国内GIS广泛的应用，国内的探讨单位在90年头末期也开展了相应的探讨r目前还处在探讨成果多为单一或较少功能的分散式监测，多为相对湿度传感器，精确性差，无法实现数字化

4、智能变电站的联网监测.二、在线式SF6微水监测系统的技术现状1.项目探讨的技术关键与难点。SF6气体在线微水监测装置主要用于在线监测断路器SF6气体的微水、温度及其改变趋势.当SF6气体有关指标出现改变时，给出改变曲线;有关指标达至眼警状态时，报警或自动启动报警装首;当有关指标超标达到危急状况时，以保障设备和变电站整套系统的平安.上述监测设备配有RS485/CAN通讯接口，可将监测数据实时上传至变电站、城市中心乃至更上级监控中心，真正实现变电站，尤其是无人值班站的设备在线监测.并为断路器的状态检修供应了有效依据.Q）技术关键：A、在线监测SF6气体湿度、与温度.B、预留RS485CAN总线通讯

5、接口.U可按预设值或用户给定值自动启动低压报警、微水超标报警和闭锁装置.D、通过后台软件显示实时数据并自动绘制状态改变趋势图.E、大屏幕液晶显示器现场显示实时数据.具备液晶屏屏幕爱护功能.F、手持遥控器设苣底层各项技术参数、报警与闭锁门限值和显示方式.G、全密封，抗干扰,适用于室外和低温环境.港点：A、气密性及抗干扰试验.B、通：WUXitaolegu/过RS485或CAN总线远传集控中心.U气体的流淌性与稳定性本文重点介绍了目前SF6气体在线微水监测装置的硬件及软件设计，克三气密性及抗干扰试验。三、SF6气体在线微水监测装置的原理及实现方案SF6气体微水含量在线监测系统须要采集GIS的湿度、

6、温度和压力3个特征量，并对这3个特征量信号进行预处理、传送、存储、计算、推断和显示来完成整个在线监测过程，因此该系统由传感器、变送器、主控PC机组成.单片机是采纳美国Silabs公司C8051F高速MCU,该单片机为CIP51内核，具有Cygnal指令与MCS51指令系统全兼容的特点.系统采纳RS485与PC机通信.SF6在线监测系统通信理论距离是1.2km,一台计算机理论上可以与128台SF6在线检测仪中的单片机进行通信.计算机可以随时向SF6在线监测仪中的单片机恳求当前及历史的湿度、温度、压力探头信号数据。PC机与单片机的通信方式为:PC机采纳：SUZhoU.ta。IegU/主控方式，单片

7、机采纳中断方式.每个单片机都有一个本机”地址,以便计算机对其寻址.工作原理图参见图1.GIS微水在线监测装置的传感器主要由3部分组成：湿度传感器、温度传感器和压力传感器。为了便于随时装卸，设计了一种将传感器安装于设备取气口外接的在线监测仪的测量腔体中的方法，通过取气口使传感器与被测气体连通.这样，当GIS中的微水含量改变时，由于自然扩散的作用，安装于设备取气口外部的湿度探头也可以在较短时间内检测到GIS中微水的改变。在试验室内对一段母线筒中与测超腔体中微水的自然平衡过程进行了试验探讨,从而为现场在取气口外接传感器进行湿度的在线监测供应了依据。SF6气体中微水含量的检测属于低湿度测量的范畴，因此

8、该系统选用的是适于低J显环境测量的薄膜电容型湿度传感器,该传感器具有长期稳定性好、灵敏度高、响应快等优点。温度和压力的测量较湿度测量要简单一些，而且温度传感器和压力传感器技术要比湿度传感器成熟得多.该系统温度传感器采纳的是AD590,该器件：hefei.ta。IegU/具有良好的线性和互换性测量精确度高，并具有消退电源波动的特性;压力传感器选用的是压阻应变式压力传感器.1.主要传感器技术部分芬兰维萨拉（VaiSa是聚合物薄膜测量传感器的首创者,在湿度测量领域有60年的实践阅历，其利用聚合物薄膜开发的特地用于测量低露点的传感器DRYCAP性能稳定,不受凝聚水和大多数化学物质的影响，并且由于运用D

9、RYCAP的露点仪采纳了零点自动校准、增益回来两项专利技术，使得露点测量范围宽、精度高、长期稳定性好、性价匕匕极佳.DRYCAP传感器由两部分组成:电容型聚合物薄膜测湿传感器及电阻型测温传感器，测湿传感器测量被测气体中的水分子，从而测出相对湿度;测温传感器测量测湿传感器的表面温度;仪器内苣的微处理器从这两个参数计算出露点.测湿、测温传感器通过金属膜背靠背紧密靠近，这样一方面使得测温传感器能够精确号湿度传感器所处温度;另一方面通过金属腹的作用大大减小了外部电场作用产生的感应电容，从而提高了测愚精度.在低湿状况下，DRYCAP的反应时间为4040秒，取决于湿度改变方向和大小，测量高湿时反应时间较短

10、。DRYCAP的耐温范围-40+18(C,承压范围为020bar.其本身耐腐蚀性也极为突出，对于碱性和弱酸性气体有较好的适应。通常在低湿的状况下，相对湿度微小的误差都会使露点的计算产生很大的偏差,例如：在室温状况下，-40。C和-50。C的露点相当于此时08%RH和0.3%RH的相对湿度采纳相对湿度精度为2%RH的一般薄膜湿敏传感器要得到2%。C的露点精度所能测得的最低S点为-9,应用Vaisala的DRYCAP传感器及自动校准专利技术，在保证2%。C露点精度的同时可测得的最低露点为-6(C,在精度稍低的状况下可达到-80的露点，这是因为自动校准技术使得精确的相对湿度测量成为可能.在确定RHO

11、后,即可进行精确的RH计算，从而精确计算出露点，当相对湿度低于10%时：/WUhUtaolegu/系统自动执行自校准功能，此时上次的输出参数被锁定，校准后系统即可输出测员值.自校准功能也可以以时间间隔方式启动(通常为6小时).假如在校准过程中温度或露点测量值不稳定，即环境影响降温过程或假设的PW为一常数条件不满意，自校准功能将会在设定的时间间隔后，再次执行.依此类推，直至温度和露点温度稳定后才输出真实露点.通过优秀的DRYCAP硬件设计及自动校准软件使得精确测量低湿露点得以实现.由于某些化学物质气体分子长期聚集在湿敏元件内部膨响测量精度,为保证精确测量，Vaisala公司开发出增益回来软件，其

12、工作过程为在零点自动校准软件执行前执行增益回来功能，将DRYCAP传感器升温到160,使其内部聚集的化学物质分子蒸发，从而保证了精确测量，同时这一方法解除了油污聚集影响反应时间的困扰.DRYCAP湿敏元件不怕冷凝水,发生冷凝时启然风干后可接着正常运用.但风干时需将仪器取出，这会影响其他工作的正常进行。为了防止此类状况的频繁发生,在DMT-242露点仪中还附有一爱护功能：即当相对湿度意外上升到80%RH以上时，测温：/bengbu.taolegu/传感器立刻对湿敏元件力口热，以减小局部相对湿度，从而避开饱和水汽形成.通过运用这一客户友好功能，使彳导停工率大幅降低，从而提高了生产效率.2.在线监测

13、的软件设计编程的重点在于解决气体计算及湿度修正的算法问题.计算可以适用牛顿迭代法，计算出P后再把P和T=293.2(20)代入方程(式51得20时的压力P1.这在计算体积浓度的修正值时用到.对于微水含量监测，需计算，体积浓度、露点温度以及修正值，并与国家标准比较来推断监测结果是否越限,是否要做报警处理.其结构程序框图见图图2程序框图四、绵阳铁牛IlOkV变电：huainan.taOIegU/站SF6气体微水在线监测装者运用状况设备名称2011.11.15复测温度：182011.11.15复测（在线监测数据）测据实致算标状折至准实测数据高南二铁支线进线气室260279364406II段母线气室2

14、45263221208表一2011年11月15测总结果图，在2011年11月15日通过图一运用新传感器在线微水第一次检测得出结论得出的数据比便携表：高南二铁支线比便携表多出85ppm,母线气室少于55ppm,2个点误差：maanshan.taolegu/均在符合范围以内.在2011年12月2日通过图二运用新传感器在线微水其次次检测得出结论得出的数据：高南二铁支线比便携表多出185ppm,母线气室少于107ppm,2个点误差均在符合范围以内.设备名称2011.12.2复测2011.12.2复测在线监测数据）温度：17蠹实测败据高南二铁支线进线气室295329514606II段母线气室285318

15、425460表二2011年11月15测总结果图设备名称2011.12.27复测心度：122011.12.27支测（在线监测实测数据实测数据标状折至准高南二铁支线进线气室300361400536“段母线气室330397455560势二7虻11月ISi3法中因在2011年12月27日通过图三运用新传感器在线微水其次次检测得出结论得出的数据：高南二铁支线：huaibei.taOlegU/比便携表多出39ppm,母线气室少于58ppm,2个点误差均在符合范围以内。通过新设备数据显示在线微水状态显示结果成线性改变,与便携表显示结果比对一样无误,并且状态显示稳定,安装工艺良好.项目最终实现在线监测断路器SF6气体的微水、温度及其改变趋势.并为断路器的状态检修供应有效依据.五、结论项目最终实现在线监测断路器SF6气体的微水的改变趋势.当SF6气体有关指标出现改变时，给出改变曲线;有关指标达到报警状态时，报警或自动启动报警装置当有关指标超标达到危急状况时，报警或自动启动闭锁装置，禁止断路器动作,以保障设备和变电站整套系统的平安.配有RS485/CAN通讯接口，可将