專利名稱：利用SF₆壓力波動(dòng)判斷SF₆電氣設(shè)備故障的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電氣設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高壓電氣設(shè)備故障
監(jiān)測(cè)的方法及裝置，特別是一種利用六氟化硫(SF6)壓力波動(dòng)判斷高壓六氟化硫電氣設(shè)備故障的方法及裝置。
背景技術(shù)：
六氟化硫(SF6)具有優(yōu)異的電氣絕緣和滅弧性能，被認(rèn)為是迄今最理想的氣體絕緣、滅弧介質(zhì)。SF6氣體的獨(dú)特性質(zhì)使采用它作為絕緣滅弧介質(zhì)的電氣設(shè)備具有絕緣強(qiáng)度高、滅弧能力強(qiáng)、開(kāi)斷容量大、防火防爆、體積小、占地面積和占用空間小、重量輕、噪音小、運(yùn)行溫度低、安裝方便、全密封電器安全可靠、無(wú)氧化問(wèn)題、維修周期長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著當(dāng)今電力工業(yè)的快速發(fā)展，SF6電氣設(shè)備已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其各級(jí)設(shè)備特別是高電壓和超高電壓等級(jí)設(shè)備的應(yīng)用類型也越來(lái)越多，包括全封閉組合電器(GIS)、斷路器(GCB)、變壓器、電流互感器(GICT)、電壓互感器(GIPT)、電力電纜(GIC)、套管、避雷器等，為電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到了良好的作用。
雖然SF6氣體作為鬼氣絕緣、滅弧介質(zhì)具有很大的優(yōu)越性，但SF6氣體狀態(tài)的變化對(duì)設(shè)備電氣性能及人類的生存環(huán)境影響很大,具體體現(xiàn)在壓力、溫度、濕度、密度、空氣、電弧分解物等對(duì)設(shè)備的電氣性能的影響。SF6氣體的電氣特性與氣體的狀態(tài)緊密相關(guān)，不同狀態(tài)下SF6所表現(xiàn)的電氣性能差異很大，所以在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中要始終保持氣體在最佳狀態(tài)下才能保證SF6電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，由于SFe電氣設(shè)備的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)、 一次電路及觸頭部分等均封閉在SFe作為絕緣氣體的密封氣室中，電路相關(guān)的故障或多或少都會(huì)引起SF6氣體相關(guān)狀態(tài)參數(shù)的變化，嚴(yán)重者可能引發(fā)各種情況的事故，因此，通過(guò)在線檢測(cè)并分析SF6氣體的狀態(tài)參數(shù)的變化在很大程度上有助于設(shè)備故障的發(fā)現(xiàn)、診斷、定位。
在本發(fā)明技術(shù)方案提出之前，用于對(duì)SF6設(shè)備氣體狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的方法主要有離線水分測(cè)量、氣體泄漏檢測(cè)、電弧分解產(chǎn)物檢測(cè)、機(jī)
5械式密度繼電器及壓力表檢測(cè)以及數(shù)字式密度繼電器檢測(cè)等方式，它們基本上都屬離線測(cè)試，其中的每種方式在具體應(yīng)用中都存在一些缺陷，綜述及分析如下。
離線水分測(cè)量目前測(cè)試SFe氣體的微量水分含量是依靠離線式水分儀進(jìn)行的，按《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，每隔1~3年對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次測(cè)試。它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試精度高，缺點(diǎn)是測(cè)試受環(huán)境條件的影響巨大、要向大氣環(huán)境排放SF6氣體、不能反映水分變化的即時(shí)狀況、耗費(fèi)人力物力。
氣體泄漏檢測(cè)按國(guó)標(biāo)GB8905-1997《SF6電氣設(shè)備中氣體管理和監(jiān)測(cè)導(dǎo)則》中規(guī)定，SF6設(shè)備的年漏氣率應(yīng)《19L運(yùn)行的SFe設(shè)備發(fā)生泄漏時(shí)，可以通過(guò)局部包扎法或壓力折算法檢測(cè)并計(jì)算設(shè)備的年漏氣率。采用局部包扎法檢測(cè)時(shí)首先要停運(yùn)設(shè)備，再用塑料薄膜包扎被懷疑的泄漏點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，這樣造成少送電損失、耗費(fèi)人力物力、不能全面即時(shí)地反映設(shè)備密封狀況;壓力折算法是通過(guò)一定周期內(nèi)壓力表的變化來(lái)計(jì)算年漏氣率的，設(shè)備內(nèi)氣體密度是通過(guò)人工觀察壓力表示值并査SF6密度曲線圖得來(lái)的，實(shí)際檢測(cè)中由于壓力表的精度較低、SF6密度曲線圖分度較粗、人工測(cè)算偏差較大等原因而很難得到精確值，必須要有足夠的周期時(shí)間及很大的泄漏才能發(fā)現(xiàn)泄漏，故很難在故障發(fā)生的初期發(fā)現(xiàn)泄漏。
電弧分解產(chǎn)物檢測(cè)電弧分解產(chǎn)物的檢測(cè)結(jié)果可反映設(shè)備氣體的狀況及作為設(shè)備內(nèi)部故障判斷的參考判據(jù)。目前國(guó)際上常用的檢測(cè)方法分為兩種試驗(yàn)室高級(jí)分析儀器分析及現(xiàn)場(chǎng)化學(xué)檢測(cè)管測(cè)試。試驗(yàn)
室高級(jí)分析儀器分析要借助色譜儀一質(zhì)譜儀一紅外分光光度計(jì)聯(lián)合測(cè)試，儀器造價(jià)昂貴，需要現(xiàn)場(chǎng)采樣然后在實(shí)驗(yàn)室分析，采樣方式復(fù)雜、要求操作水平高、影響因素多、即時(shí)性差，因此一般只作研究用
途；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)管測(cè)試法雖然方便，但精度較低，屬于半定量試驗(yàn)方法。機(jī)械式密度繼電器及壓力表檢測(cè):傳統(tǒng)的壓力及密度監(jiān)控是通過(guò)SF6氣體密度繼電器及壓力表實(shí)現(xiàn)的。如果SF6氣體發(fā)生泄漏或液化，
密度繼電器會(huì)通過(guò)保護(hù)回路發(fā)出報(bào)警信號(hào)直至閉鎖開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，以保護(hù)設(shè)備，防止事故的發(fā)生。機(jī)械式密度繼電器是一個(gè)壓力比較裝置，檢測(cè)中，充純SFs氣體的作為比較標(biāo)準(zhǔn)的密封小氣室和設(shè)備主氣室的氣壓都會(huì)隨環(huán)境溫度變化而變，如兩氣室均不漏氣，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，氣壓變化始終是同步的，波紋管內(nèi)部和外部(即主氣室)壓力始終平衡，也就是主氣室氣體密度不發(fā)生變化，密度繼電器不會(huì)動(dòng)作，密
度繼電器不會(huì)受環(huán)境溫度變化的影響；如果主氣室漏氣，主氣室中SF6氣體的質(zhì)量減少，而其容積是一定的，那么主氣室中的氣體密度降低，相應(yīng)的主氣室中氣體壓力降低，波紋管為了平衡管內(nèi)氣壓與主氣室氣壓發(fā)生變形伸展，帶動(dòng)指針或接點(diǎn)動(dòng)作。由于工作現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械式壓力表長(zhǎng)期帶壓運(yùn)行，造成金屬疲勞導(dǎo)致失準(zhǔn)的情況非常普遍，幵關(guān)設(shè)備的振動(dòng)導(dǎo)致指針?biāo)擅摰那闆r也時(shí)有發(fā)生，還有因?yàn)闄C(jī)械卡澀導(dǎo)致設(shè)備過(guò)充氣的情況。機(jī)械式密度繼電器作為傳統(tǒng)的氣體密度檢測(cè)裝置一直在使用，從原理上來(lái)說(shuō)它一種壓力比較器，不能直接反映氣體的密度，而且經(jīng)常發(fā)生自身故障，有因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)小氣室漏氣而導(dǎo)致誤報(bào)警的，也有因機(jī)械卡澀造成設(shè)備漏氣而不報(bào)警的，還有因沒(méi)有過(guò)壓保護(hù)導(dǎo)致設(shè)備故障氣壓增高而不報(bào)警的情況發(fā)生。除了輸出報(bào)警和閉鎖以外不能輸出連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)值，該繼電器只能現(xiàn)場(chǎng)人工讀取數(shù)據(jù)(非指針式密度繼電器甚至不能讀取任何數(shù)據(jù))，不能進(jìn)行遙測(cè)遙控。
數(shù)字式密度繼電器檢測(cè)近年來(lái)國(guó)際上很多主流電氣公司相繼研制并推出了多種用于在線檢測(cè)六氟化硫氣體的密度及壓力參數(shù)的數(shù)字式氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元，這些產(chǎn)品都含有數(shù)字式密度繼電器的功能，即均采用溫度、壓力傳感器，通過(guò)Beattie-Bridgman實(shí)際氣體狀態(tài)方程計(jì)算SFe氣體密度，并含有密度報(bào)警及閉鎖繼電器，可以遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)，也有的產(chǎn)品含有濕度檢測(cè)功能，采用的濕度傳感器一般都是成本較高、體積較大的露點(diǎn)阻容式濕度傳感器。上述產(chǎn)品中除了日本三菱公司的Hybrid Sensor，其它都不含故障診斷功能，但日本三菱公司的HybridSensor是利用檢測(cè)分解氣體的含量來(lái)判斷設(shè)備內(nèi)是否有故障發(fā)生的，分解氣體的檢測(cè)難度較大，而且其擴(kuò)散受傳感器安裝位置的影響，按照目前密度繼電器的安裝位置安裝該傳感器很難檢測(cè)到分解產(chǎn)物，而壓力的傳遞幾乎與安裝位置無(wú)關(guān)，檢測(cè)到壓力波動(dòng)的時(shí)間幾乎與故障發(fā)生時(shí)間同步。
目前，電力設(shè)備的檢修方式正在逐步地從計(jì)劃?rùn)z修轉(zhuǎn)向狀態(tài)檢修，實(shí)行狀態(tài)檢修的基本條件是必須掌握足夠的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，從而
7確定狀態(tài)檢修的最佳時(shí)機(jī)。對(duì)SF6氣體狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)符合這種先進(jìn)的檢修方式的要求，對(duì)保證設(shè)備的正常運(yùn)行、發(fā)現(xiàn)并判斷設(shè)備潛在故障、定位已發(fā)故障、掌握設(shè)備整體運(yùn)行工況均有著很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題加以解決,在綜合國(guó)際上其他相關(guān)產(chǎn)品功能及優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)SF6氣體狀態(tài)的全面分析，結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，提出一種利用SFe壓力波動(dòng)情況在線實(shí)時(shí)判斷監(jiān)測(cè)高壓SF6電氣設(shè)備故障的方法，同時(shí)提供一種專用于該方法實(shí)施的SF6電氣設(shè)備數(shù)字式信號(hào)處理裝置。
本發(fā)明提出的利用SF6壓力波動(dòng)判斷SF6電氣設(shè)備故障的方法是通過(guò)采用現(xiàn)代科技手段，對(duì)用于電氣設(shè)備的絕緣、滅弧介質(zhì)—SF6氣體進(jìn)行全方位在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)而提出的一種新的電子智能化方法。SF6氣體和其他許多氣體一樣，在不同的溫度和壓力下存在固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)三態(tài)，在電氣設(shè)備設(shè)計(jì)工況下，它是呈氣態(tài)的。 一臺(tái)設(shè)備中的氣體體積是一定的，可用三個(gè)狀態(tài)參數(shù)來(lái)描述一臺(tái)設(shè)備中氣體的狀
態(tài)，即壓力O )、溫度(T)、密度(》，從物理化學(xué)的理論來(lái)說(shuō)，氣體的狀態(tài)是溫度、壓力的單值函數(shù)，即當(dāng)壓力溫度固定時(shí)，該種氣體的密度即隨之固定了，其氣體狀態(tài)也就確定了。此外，SFe氣體的濕度對(duì)運(yùn)行設(shè)備也是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，它能反映包括分解產(chǎn)物及設(shè)備密封的狀況。水分參與電弧分解反應(yīng)，也增加了分解產(chǎn)物的量和其危害性。在電氣設(shè)備中，濕度的高低與設(shè)備的絕緣水平直接相關(guān)，濕度的變化能反映設(shè)備的密封情況，密封不良的SF6氣體設(shè)備中，濕度一般會(huì)逐漸增加，因此，進(jìn)行濕度的在線檢測(cè)是很必要的。綜合以上因素，本發(fā)明設(shè)計(jì)了對(duì)SFe電氣設(shè)備SF6氣體壓力、密度、溫度、濕度、泄漏率等基本參數(shù)的在線檢測(cè)方案，可以根據(jù)SF6壓力波動(dòng)情況對(duì)SFe氣體狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，其方案要點(diǎn)是預(yù)先在SFe電氣設(shè)備的每個(gè)密封SF6氣室放置有至少一個(gè)壓力傳感器、至少一個(gè)溫度傳感器和至少一個(gè)濕度傳感器，工作過(guò)程中，利用與上述各傳感器輸出線電連接的SF6電氣設(shè)備數(shù)字式信號(hào)處理裝置將由各傳感器獲得的壓力、溫度和濕度波動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大、模數(shù)換算、數(shù)據(jù)運(yùn)算和在線分析后，判斷和定位出SFe設(shè)備氣室內(nèi)是否發(fā)生氣體泄漏、過(guò)熱和水分超標(biāo)故障的情況以及發(fā)生故障的位置。
用于實(shí)現(xiàn)該方法的SF6電氣設(shè)備數(shù)字式信號(hào)處理裝置由壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、內(nèi)含隔離變換及數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)調(diào)理模塊、內(nèi)含1/ O擴(kuò)展電路的主控制模塊和輸出顯示模塊組成，其中壓力傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器的信號(hào)輸出端分別接至信號(hào)調(diào)理模塊的壓力、溫度和濕度信號(hào)輸入端，信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端與主控制模塊的輸入端聯(lián)接，主控制模塊的I / 0擴(kuò)展輸出端分別接至信號(hào)調(diào)理模塊的隔離變換及數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入端和輸出顯示模塊的輸入端。工作中，通過(guò)在設(shè)備SF6氣室上預(yù)先安裝的傳感器以及由后期電路組成的數(shù)字式信號(hào)處理裝置，檢測(cè)室內(nèi)氣體的變化情況，得到內(nèi)部壓力、溫升、濕度等信息， 一旦設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)氣體故障，導(dǎo)致某項(xiàng)或多項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)升高到一定限度,數(shù)字式信號(hào)處理裝置就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示可能的設(shè)備故障的發(fā)生，從而在故障早期發(fā)現(xiàn)故障，防止故障進(jìn)一步的發(fā)展成為設(shè)備事故，減少損失。
本發(fā)明在綜合了國(guó)內(nèi)外其他相關(guān)產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)SF6氣體狀態(tài)的全面分析，結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，提出了SF6電氣設(shè)備數(shù)字式信號(hào)處理裝置的總體設(shè)計(jì)方案。在該項(xiàng)設(shè)計(jì)中，除了對(duì)SFe氣體的常規(guī)狀態(tài)參數(shù)(壓力、溫度等)進(jìn)行檢測(cè)、常規(guī)的密度報(bào)警及閉鎖功能以外，還加入了氣體濕度檢測(cè)，并提出了通過(guò)對(duì)在電磁干擾環(huán)境中受干擾較小且與其他干擾信號(hào)變化性質(zhì)不同的氣體壓力信號(hào)進(jìn)行分析，從而進(jìn)行電氣設(shè)備故障判斷的設(shè)計(jì)思路。在本發(fā)明的研制過(guò)程中，設(shè)計(jì)人通過(guò)廣泛的調(diào)研和試驗(yàn)，對(duì)組成單元的硬件元件進(jìn)行了充分的選型，既考慮到可用性，又兼顧到經(jīng)濟(jì)性，使本發(fā)明的設(shè)計(jì)具有較高的實(shí)用價(jià)值。通過(guò)理論分析及試驗(yàn)，找到了通過(guò)價(jià)格相對(duì)較低的傳感器測(cè)試SF6氣體濕度的方法，解決了存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)壓力、溫度、濕度信號(hào)判斷電氣故障的設(shè)想，達(dá)到了理想的效果。另外在軟件設(shè)計(jì)上，采用匯編語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)單片機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算氣體密度的方法，提高了測(cè)試精度和整體運(yùn)行速度。本發(fā)明還充分考慮了電力設(shè)備周圍存在的強(qiáng)電磁干擾，采用軟件和硬件兩種手段抗電磁干擾，全面地掌握六氟化硫電氣設(shè)備的運(yùn)行工況，給判斷設(shè)備故障提供有了新的有效實(shí)用的手段，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，為電氣設(shè)備實(shí)行狀態(tài)檢修打下了基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明所述SF6電氣設(shè)備數(shù)字式信號(hào)處理裝置的一種實(shí)施 例結(jié)構(gòu)的硬件框圖。
圖2為壓力信號(hào)的調(diào)理電路原理圖。 圖3為溫度信號(hào)的調(diào)理電路原理圖。 圖4為濕度信號(hào)的調(diào)理電路原理圖。
圖5為SF6電氣設(shè)備數(shù)字式信號(hào)處理裝置的運(yùn)行方式示意圖。
圖6為壓力波動(dòng)法故障分析原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及功能設(shè)計(jì)的內(nèi)容如下所述。
1、傳感器的選用傳感器的可靠性直接關(guān)系到單元測(cè)試的準(zhǔn)確
性和可靠性，本單元設(shè)計(jì)采用三個(gè)傳感器來(lái)完成整體測(cè)試任務(wù)，即壓
力、溫度、濕度傳感器。
1. 1壓力傳感器的選擇
壓力傳感器是本裝置中最重要的傳感器，其準(zhǔn)確性和靈敏度直接 關(guān)系到壓力測(cè)試、密度計(jì)算的精度和故障判斷的穩(wěn)定性、可靠性。根 據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)要求，壓力突變檢測(cè)要求傳感器的輸出穩(wěn)定性好，響 應(yīng)快速、靈敏度盡可能高，以利于微小壓力突變信號(hào)的檢出。因?yàn)閭?感器直接與SFe氣體接觸，而SF6氣體經(jīng)過(guò)電弧的作用后會(huì)產(chǎn)生一些 有腐蝕性的產(chǎn)物，所以要求傳感器具有良好的耐腐蝕性。傳感器還要 求體積盡可能小，有適合于氣體密封的密封方式，以利于減小單元的 體積和增加氣體密封的可靠性，還要求傳感器具有寬的溫度補(bǔ)償范 圍，溫度系數(shù)盡可能小。根據(jù)本發(fā)明的功能設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)人經(jīng)過(guò)綜
合平衡考慮，選用的壓力傳感器為美國(guó)IC公司產(chǎn)M86微型不銹鋼壓 阻式壓力傳感器，這種傳感器有表壓型和絕對(duì)壓力型兩種類型，為了 符合壓力顯示的一般習(xí)慣，選用表壓型的壓力傳感器。該壓力傳感器 具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)性能好、體積小、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可于苛刻介質(zhì)兼容、 密封方式簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，其輸出為線性，溫度補(bǔ)償范圍為一20'C到 +85aC，壓力遲滯小，輸出為線性便于定標(biāo)及軟件編程。 1. 2溫度傳感器的選擇溫度傳感器使用在工業(yè)測(cè)溫、控溫和檢測(cè)中被廣泛地應(yīng)用的
Honeywell (Ptl000)鉑電阻式傳感器。鉑電阻具有比較多的優(yōu)點(diǎn)，如 精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠、機(jī)械強(qiáng)度高電阻率高、測(cè)溫范圍大等， 最重要的一點(diǎn)是，SF6再經(jīng)過(guò)電弧作用后會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，選 用化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的鉑電阻可以防止傳感器被腐蝕而導(dǎo)致失準(zhǔn)。 1. 3濕度傳感器的選擇
本設(shè)計(jì)濕度傳感器的選用考慮了被測(cè)介質(zhì)的濕度范圍、測(cè)試精度 要求、采樣方式、介質(zhì)兼容性、工作環(huán)境要求、外形結(jié)構(gòu)要求、可更 換性要求、成本要求等。電力設(shè)備用SF6氣體在正常情況下的濕度范 圍為幾十到幾百個(gè)^L/L(相當(dāng)于5%RH以下的范圍，運(yùn)行設(shè)備要求濕 度最高不超過(guò)500 L/L,產(chǎn)生電弧的氣室要求不超過(guò)300 w L/L，用20 。C相對(duì)濕度表示分別是2%RH、 1.2%RH)，在濕度測(cè)試中屬于低濕度范 圍，由于與環(huán)境中濕度相差很大、濕度的絕對(duì)值小，屬于微量測(cè)試， 所以影響因素很多，比之相對(duì)濕度范圍的測(cè)試(596RH 9096RH范圍)這 種濕度范圍的測(cè)試是公認(rèn)的難度較大的測(cè)試。氣體介質(zhì)低濕度的測(cè)量 一般使用露點(diǎn)式阻容傳感器，其原理是利用一些吸濕材料的電特性隨 吸收水分子的多少變化的特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試的， 一般用敏感元件的電容或 阻抗變化來(lái)測(cè)試濕度。其優(yōu)點(diǎn)是采用純粹的弱電量測(cè)量，無(wú)其他的物 理或化學(xué)過(guò)程，功耗小、測(cè)量范圍較寬、響應(yīng)快、低濕度響應(yīng)較好、 不需要恒定的氣體流量、測(cè)量的精度適中等，很多離線式濕度儀都采 用這種傳感器作為測(cè)濕元件。但是它們各有^t點(diǎn)，如由于吸濕層受到 腐蝕或化學(xué)結(jié)構(gòu)衰變導(dǎo)致傳感器特性改變，用它做成的濕度儀要求每 半年校驗(yàn)一次，以保證測(cè)濕的準(zhǔn)確性；有的濕度傳感器信號(hào)處理方式 比較復(fù)雜，體積比較大。這些傳感器的價(jià)格都很高，輸出響應(yīng)與氣體 濕度間的函數(shù)關(guān)系一般都是非線性的，要轉(zhuǎn)換成其他的濕度單位，還 要配合溫度和壓力傳感器的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。由于不同傳感器的補(bǔ) 償方法的不同，其后期處理電路的差異也比較大，這種傳感器一般都 是以濕度變送器的形式出售，不適用于獨(dú)立產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)制作。經(jīng)過(guò)廣 泛的調(diào)研和實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)人采用了法國(guó)Humriel公司的HM1520 石英晶體振蕩型傳感器產(chǎn)品，這是一種以石英晶體振蕩原理為基礎(chǔ)的 低成本濕度傳感器，該傳感器中有兩塊石英晶體振蕩器， 一塊為參比
ii振蕩器，處于密封狀態(tài)， 一塊為濕度測(cè)量振蕩器，當(dāng)含水分的氣體經(jīng)
過(guò)測(cè)量晶振時(shí)，領(lǐng)!l量晶振吸附氣體中的水分，引起其質(zhì)量變化，導(dǎo)致 晶振的振動(dòng)頻率發(fā)生變化，此時(shí)，參考晶振頻率未變，將測(cè)濕晶振頻 率與參考晶振比較，經(jīng)檢出、低通濾波、放大，變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出。 這種濕度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是體積很小，后期處理電路的設(shè)計(jì)也較簡(jiǎn)單， 互換性好，成本要低很多，其精度在低濕段是最好的，在30%朋以下 范圍測(cè)試時(shí)，環(huán)境溫度基本上對(duì)其輸出無(wú)影響，不需要溫度補(bǔ)償，同 時(shí)，由于其采用固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，其介質(zhì)兼容性也很好，基本適合 SF6介質(zhì)的濕度測(cè)試。
但傳感器也還存在有測(cè)試低限不夠的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)研究、理論分析 及試驗(yàn)測(cè)試，本發(fā)明通過(guò)壓力轉(zhuǎn)換的方法，即根據(jù)壓下被測(cè)氣體的體 積(a)比和相對(duì)濕度(MRH)與傳感器的輸出所成的線性關(guān)系式
Cv=10. 75 ^-10615， K"單位為邁V 這樣將該傳感器的測(cè)量范圍下移，使之滿足SF6濕度測(cè)試的要求。
2、 SF6電氣設(shè)備數(shù)字式信號(hào)處理裝置
參見(jiàn)圖l,本發(fā)明所述的利用SF6壓力波動(dòng)判斷SFs氣體狀態(tài)的數(shù) 字式信號(hào)處理裝置的硬件電路部分包括信號(hào)調(diào)理模塊、主控制模塊和 輸出顯示模塊三部分。其中信號(hào)調(diào)理模塊由驅(qū)動(dòng)放大電路1、通道選 擇電路2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4和隔離變換電路3組成，主控制模塊由數(shù) 據(jù)處理器7和I / 0擴(kuò)展電路8組成，輸出顯示模塊由輸出控制電路 12、輸出隔離電路11、輸出顯示燈14、報(bào)警繼電器組13和狀態(tài)燈 15組成，壓力傳感器P、溫度傳感器T和濕度傳感器H的信號(hào)輸出端 分別接至驅(qū)動(dòng)放大電路1的壓力、溫度和濕度信號(hào)輸入端，驅(qū)動(dòng)放大 電路1的輸出端依次經(jīng)通道選擇電路2和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4后與數(shù)據(jù)處 理器7的輸入端連接，數(shù)據(jù)處理器7的輸出信號(hào)經(jīng)I / 0擴(kuò)展電路8 后分為兩路, 一路同時(shí)與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4和隔離變換電路3的輸入端 連接，另一路經(jīng)輸出控制電路12后分別接至輸出隔離電路11、輸出 顯示燈14和狀態(tài)燈15的輸入端，隔離變換電路3和輸出隔離電路 12的輸出端分別接入通道選擇電路2和報(bào)警繼電器組13的輸入端。 在本發(fā)明的一種具體實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)放大電路1由電流源芯片LM124 構(gòu)成，通道選擇電路2采用型號(hào)為CD4051的集成芯片，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4采用型號(hào)為AD574的12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器集成芯片，數(shù)據(jù)處理器 7由配置有實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路5、 RAM擴(kuò)展電路6、電源監(jiān)控電路9和鍵盤 擴(kuò)展電路10的AT89C51單片機(jī)構(gòu)成，隔離變換電路3由TLP521光耦 隔離模塊構(gòu)成，I / 0擴(kuò)展電路8由INTEL8255芯片構(gòu)成，輸出控制 電路12和輸出隔離電路11分別由集成數(shù)碼管ZCL002、 TLP521光耦 隔離模塊構(gòu)成。
本發(fā)明所述在SF6電氣設(shè)備數(shù)字式信號(hào)處理裝置可以直接代替原 來(lái)的機(jī)械式密度繼電器，設(shè)計(jì)的氣路接口與原來(lái)的機(jī)械式密度繼電器 相同，其運(yùn)行方式如圖5所示。
2. 1信號(hào)調(diào)理模塊
信號(hào)調(diào)理模塊的功能是將來(lái)自壓力，溫度和濕度傳感器的亳伏和 阻值信號(hào)，轉(zhuǎn)化為0V到10V的電壓信號(hào)。這三路電壓信號(hào)經(jīng)由通道 選擇芯片CD4051連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，供中央處理 單元進(jìn)行顯示、計(jì)算及控制。以下分別就各個(gè)部分進(jìn)行介紹
2. 1. 1壓力信號(hào)調(diào)理
圖2為壓力信號(hào)的調(diào)理電路原理圖。其中的傳感器P采用了壓阻 式壓力傳感器，具有低溫漂，線性度好等性能。壓力傳感器由電流源 芯片LM124提供的恒流源供電。壓力傳感器輸出為毫伏級(jí)信號(hào)，經(jīng)濾 波和差動(dòng)放大為0 10V電壓信號(hào)后進(jìn)入CD4051，模擬信號(hào)被選通后， 進(jìn)入AD574進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
2. 1. 2溫度信號(hào)調(diào)理
圖3為溫度信號(hào)的調(diào)理電路原理圖。溫度調(diào)理電路采用兩只 LM124實(shí)現(xiàn)，通過(guò)其中一只LM124提供IV基準(zhǔn)電壓，配合Honeywell
高精度鉑電阻溫度傳感器可測(cè)得準(zhǔn)確的溫度值，再經(jīng)后級(jí)運(yùn)放放大信 號(hào)至0 10V電壓信號(hào)，經(jīng)CD4051選通后進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換。 2.1.3濕度信號(hào)調(diào)理
濕度信號(hào)調(diào)理電路見(jiàn)圖4。本發(fā)明采用的濕度傳感器輸出信號(hào)為 電壓信號(hào)，其典型輸出為1000mV左右，比較容易測(cè)量。實(shí)際進(jìn)行傳 感器性能實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)萬(wàn)用表即可測(cè)量傳感器的輸出，實(shí)際輸出范圍 大約在幾百毫伏到一千多毫伏,采用示波器對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行 了察看，發(fā)現(xiàn)其輸出信號(hào)中有一些髙頻信號(hào)，因此，在調(diào)理電路中采用普通的RC低通濾波對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，可達(dá)到一定的效果，但除了 高頻信號(hào)外，其中還存在許多周期性的低頻分量，無(wú)法通過(guò)該回路去 掉，在通過(guò)采用軟件濾波方式處理后，達(dá)到了較好的效果。 2.1.4數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊
該裝置采用12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器是由本發(fā)明所要求的精度和運(yùn)算 速度所決定的。AD574是美國(guó)模擬器件公司推出的一種高精度低價(jià)格 逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，是我國(guó)近年來(lái)應(yīng)用最廣泛、價(jià)格適中的A/D 轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部具有三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器，可直接和8位或16位微處理 器總線接口相連。AD574內(nèi)部具有精密參考電壓和時(shí)鐘電路，無(wú)需外 接任何元器件，即可獨(dú)立完成AD轉(zhuǎn)換，給應(yīng)用提供了很大的方便。
2. 2主控制模塊
主控制模塊是以AT89C51單片機(jī)為核心建構(gòu)的，該芯片與C51 系列單片機(jī)完全兼容，速度可達(dá)30MHz,其內(nèi)部集成有32K的閃速存 儲(chǔ)器。為了能記錄正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)擴(kuò)展了8K的 靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)6264。由于AT89C51單片機(jī)端口有限，為了實(shí)現(xiàn) 通道選擇，輸出顯示和指示燈控制，采用兩片8255芯片對(duì)I/O功能 進(jìn)行了擴(kuò)展。運(yùn)用MAX813L芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的監(jiān)控和硬件看門狗功 能，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。鑒于本發(fā)明設(shè)計(jì)在變電站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行， 干擾較多，AT89C51較高的集成度可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性；監(jiān)測(cè)裝置 為長(zhǎng)期在線設(shè)計(jì),其低功耗空閑模式可有效地減少電器單元的耗電量 和CPU的損耗，又因現(xiàn)場(chǎng)電源存在暫時(shí)缺失的可能，其掉電模式也可 防止系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)丟失，綜合利用其內(nèi)部資源，可降低系統(tǒng)造價(jià)。 主控制模塊II中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路5、 RAM擴(kuò)展電路6、電源監(jiān)控電路9 和鍵盤擴(kuò)展電路10均為常規(guī)配置電路，在此不做贅述。
2.3輸出顯示模塊
輸出顯示模塊由狀態(tài)燈(LED示燈)、數(shù)碼管(輸出顯示燈)及其相 應(yīng)的控制芯片、報(bào)警繼電器組成。為了提高單片機(jī)的效率，選用鎖存、 驅(qū)動(dòng)、放大于一體的高亮度集成數(shù)碼管ZCL002實(shí)現(xiàn)輸出顯示功能， 可方便CPU集中進(jìn)行運(yùn)算；由于數(shù)碼管僅能顯示數(shù)字，擴(kuò)展了 LED 示燈配合數(shù)字顯示，當(dāng)標(biāo)有參數(shù)名稱的丄ED示燈點(diǎn)亮?xí)r，數(shù)碼管顯示 為當(dāng)前參數(shù)的值或相應(yīng)的故障參數(shù)值。
143、 SF6電氣設(shè)備數(shù)字式信號(hào)處理裝置的功能設(shè)計(jì) 3. 1報(bào)警及閉鎖功能
本裝置在測(cè)得并換算出SF6氣體的基本參數(shù)的同時(shí)，利用它們?cè)?裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析判斷。當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常或故障時(shí)，給出報(bào)警信 號(hào)，如發(fā)生氣體嚴(yán)重泄漏則閉鎖開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，以保護(hù)電氣設(shè)備，防止 嚴(yán)重設(shè)備事故的發(fā)生。同時(shí)設(shè)計(jì)人認(rèn)為SFe氣體是SF6電器設(shè)備故障 信息的載體,基于這個(gè)原理設(shè)計(jì)了過(guò)熱故障和放電性故障報(bào)警功能。 3. 1. 1 SF6氣體密度低報(bào)警及閉鎖功能(大泄漏報(bào)警及閉鎖) 在密封良好的SFe設(shè)備中，所充SF6氣體的量是一定的，設(shè)備容 積不變，則根據(jù)貝蒂一布雷至曼(Beattie-Bridgeman)氣體狀態(tài)方程 (簡(jiǎn)稱B-B方程)
/f0. 58X10、7Xl+歷一 Y2」
式中
^=0. 764 X10—3(1—0. 727 X 10、)； 51X 10—3Y(l—0. 846X 10、)；
尸-"SF6氣體的壓力，單位是kg/cm2;
^一SFe氣體的密度，單位是kg/m3;
T一SF6氣體的溫度，單位是K 由該方程式可見(jiàn)，在設(shè)備容積不變時(shí),氣體的密度也應(yīng)該是不變的，而 其氣體壓力是隨著環(huán)境溫度的變化而變化的。環(huán)境溫度升高，則氣體 壓力升高，環(huán)境溫度降低，氣體壓力則降低。本設(shè)計(jì)采用通過(guò)B-B 氣體狀態(tài)方程直接測(cè)試計(jì)算的SF6氣體密度與數(shù)字式信號(hào)處理裝置預(yù) 設(shè)置的報(bào)警密度和閉鎖密度值比較，當(dāng)設(shè)備氣體密度達(dá)到報(bào)警預(yù)設(shè)值 時(shí)，電路系統(tǒng)使報(bào)警繼電器動(dòng)作，在變電站主控室產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，提 示設(shè)備氣體泄漏；當(dāng)氣體壓力進(jìn)一步降低，達(dá)到閉鎖預(yù)設(shè)值時(shí)，此時(shí) 氣體的絕緣及滅弧能力已經(jīng)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,開(kāi)關(guān)如果動(dòng)作可能會(huì)造 成電弧熄滅困難導(dǎo)致開(kāi)關(guān)觸頭燒毀甚至設(shè)備爆炸事故，于是裝置的電 路系統(tǒng)使閉鎖繼電器動(dòng)作，通過(guò)電氣回路斷開(kāi)設(shè)備的動(dòng)作電源，從而 阻止設(shè)備在滅弧、絕緣能力下降時(shí)動(dòng)作，防止事故的發(fā)生；當(dāng)經(jīng)緊急 處理(如給設(shè)備充氣)后氣體密度回升到報(bào)警和閉鎖預(yù)設(shè)值時(shí)，裝置則 斷開(kāi)報(bào)警或閉鎖回路，恢復(fù)正常狀態(tài)。3. 1. 2壓力髙報(bào)警及其原理(過(guò)熱故障定位或報(bào)警) 本發(fā)明所述數(shù)字式信號(hào)處理裝置中設(shè)計(jì)了壓力高報(bào)警繼電器,選 用壓力參數(shù)檢測(cè)設(shè)備壓力， 一旦設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)過(guò)熱故障，導(dǎo)致壓力升 高到一定限度，裝置即動(dòng)作壓力高報(bào)警繼電器，在變電站主控室產(chǎn)生 報(bào)警信號(hào)，提示可能的由設(shè)備內(nèi)部過(guò)熱故障引起的設(shè)備事故的發(fā)生， 從而使設(shè)備故障在早期即可以被發(fā)現(xiàn)，防止故障進(jìn)一步的發(fā)展成為設(shè) 備事故，減少損失。
3. 1. 3壓力波動(dòng)分析判斷或定位故障(放電性故障定位或報(bào)警) SF6氣體的狀態(tài)參數(shù)中，氣體溫度、密度、濕度及分解產(chǎn)物含量 應(yīng)該都屬于緩變量， 一旦發(fā)生突發(fā)性放電故障時(shí)，最快發(fā)生變化的參 數(shù)就是壓力參數(shù)。任何突發(fā)故障都會(huì)產(chǎn)生能量的釋放，根據(jù)物理化學(xué) 原理，釋放的能量會(huì)導(dǎo)致氣體局部溫度的突升和壓力的突升，由于壓 力波是縱波，因此壓力變化在氣體中的傳遞是各向同性的，同時(shí)，溫 度變化在SF6氣體中的傳遞過(guò)程一般很緩慢，要通過(guò)氣體的對(duì)流作用 和輻射作用進(jìn)行，而壓力的突升由于其各向同性的性質(zhì)，在離故障發(fā) 生的較遠(yuǎn)位置即可很容易地幾乎同步的檢測(cè)到，因此，壓力的突變帶 來(lái)了設(shè)備故障的最直接和幾乎同步的信息，非常適合用來(lái)進(jìn)行設(shè)備故 障判斷。依據(jù)日本三菱公司所做的一項(xiàng)研究，在一個(gè)充氣容量約為 lm3、充氣壓力為0. 5Mpa表壓的300kVSF6GIS氣室中發(fā)生一個(gè)5kA三 個(gè)周波(50ms)的放電故障時(shí)，氣體壓力會(huì)在2秒之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)5kpa 的突升，之后約一分鐘后，壓力變化才逐漸恢復(fù)到故障前的水平。根 據(jù)以上原理以及三菱公司的研究，本發(fā)明設(shè)計(jì)了壓力突變的判斷原 理，即利用壓力波譜分析法判斷并定位設(shè)備發(fā)生故障的情況和位置的 方法，如圖6所示。其原理是在SFe設(shè)備每個(gè)氣室都裝有數(shù)字式信號(hào)
處理裝置單元，根據(jù)氣室發(fā)生突發(fā)性放電故障時(shí)壓力會(huì)在很短時(shí)間突
升的原理，通過(guò)各SFe設(shè)備氣室中數(shù)字式信號(hào)處理裝置監(jiān)測(cè)到的壓力
波譜曲線突變點(diǎn)出現(xiàn)及持續(xù)情況，判斷并定位出設(shè)備發(fā)生故障的情況 和位置。
在一天當(dāng)中，隨著環(huán)境溫度的變化，氣體壓力也會(huì)隨著有一定的 波動(dòng)，但是這個(gè)波動(dòng)是緩慢的且幅值較小。當(dāng)設(shè)備內(nèi)故障發(fā)生時(shí)，壓 力會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)(1秒左右)突升，且在幾十秒內(nèi)呈緩慢下降狀態(tài)，根據(jù)這兩個(gè)判據(jù)，利用軟件判斷這個(gè)變化即可得知設(shè)備內(nèi)發(fā)生了故 障，由于SFe設(shè)備每個(gè)氣室都裝有該單元，即可將故障定位到發(fā)生故 障的氣室。利用干擾信號(hào)一般都是尖峰脈沖，上升和下降都很快的特
點(diǎn)，可以防止傳入的電路干擾信號(hào)的影響；緩慢的壓力變化也可用時(shí) 間判據(jù)排除，即干擾信號(hào)不會(huì)被識(shí)別為故障信號(hào)。
傳統(tǒng)的設(shè)備故障檢測(cè)方法如超高頻法、光學(xué)法檢測(cè)，在檢測(cè)設(shè)備 放電性故障時(shí)采用的信號(hào)源都存在較大的干擾因素,這是目前故障檢 測(cè)的一個(gè)難點(diǎn)，有些接地故障的定位要靠龐大的打耐壓設(shè)備對(duì)設(shè)備加 壓放電來(lái)判斷，存在著準(zhǔn)確度低，費(fèi)用龐大，對(duì)設(shè)備有損害及有些方 式要給設(shè)備氣室中添加?xùn)|西等缺點(diǎn)。而本發(fā)明利用簡(jiǎn)單的壓力傳感器 配合軟件判讀即可達(dá)到這些復(fù)雜檢測(cè)設(shè)備的部分功能。理論上，只要 壓力傳感器的靈敏度足夠大，由于壓力在電環(huán)境中的干擾因素很少且 很容易排除，就可檢測(cè)到很小的放電性故障，甚至局部放電故障。因 此本發(fā)明所采用的壓力波譜分析應(yīng)該是一種值得研究和探索的手段。
3.1.4氣體泄漏檢測(cè)(微量泄漏定位及報(bào)警)
本發(fā)明的設(shè)計(jì)考慮了在線泄漏檢測(cè)，其原理是用壓力折算法 計(jì)算設(shè)備的氣體泄漏率。其計(jì)算公式如下
年漏氣率(M)^^^L x 2 x! 00% A) ro
式中
A)"^J始?xì)怏w密度； A-為周期結(jié)束時(shí)氣體密度；
;^^周期時(shí)間；
r。一為年時(shí)間，為每年的總時(shí)間8760小時(shí)。
單元設(shè)計(jì)時(shí)，將上電或復(fù)位以后的密度值存儲(chǔ)起來(lái)作為初始?xì)怏w 密度A，測(cè)試周期是變化的，取第二天同一時(shí)間的密度值A(chǔ)為第一 個(gè)測(cè)試周期,進(jìn)行計(jì)算，周期時(shí)間 ;即為24小時(shí)，得到24小時(shí)計(jì)算 的年漏氣率必，24小時(shí)后再取第三天的密度值A(chǔ),周期時(shí)間S即為48
小時(shí)，得到48小時(shí)計(jì)算的年漏氣率必，依此類推，按每天取值一次的 頻率計(jì)算，得到乾。隨著時(shí)間的增加，泄漏率計(jì)算的精度會(huì)逐漸增加， 當(dāng)泄漏率超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，泄漏燈點(diǎn)亮，表明設(shè)備有泄漏。本功能主要監(jiān)測(cè)比較小的泄漏,所起的作用是提示設(shè)備有泄漏存 在，其報(bào)警級(jí)別相對(duì)設(shè)計(jì)的較低，不設(shè)計(jì)動(dòng)作繼電器功能。較嚴(yán)重的 泄漏可以通過(guò)密度報(bào)警檢測(cè)到，這兩個(gè)功能配合，即可對(duì)各種泄漏有 一個(gè)較全方位的監(jiān)測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備有泄漏存在時(shí)，可以通過(guò)上位機(jī)取 出單元內(nèi)存儲(chǔ)的泄漏計(jì)算參數(shù)進(jìn)行分析，可以判斷出泄漏出現(xiàn)的曰 期，便于進(jìn)行綜合分析，以判斷泄漏的原因。
通過(guò)以上的功能設(shè)計(jì)，本發(fā)明基本實(shí)現(xiàn)了通過(guò)SF6氣體狀態(tài)反映 出的各種故障信息的檢出，如放電性故障、過(guò)熱性故障、氣體泄漏故 障，具有干擾小、反應(yīng)靈敏、較全面等優(yōu)點(diǎn)；記錄了設(shè)備氣體較全面 的歷史參數(shù)信息，便于對(duì)設(shè)備運(yùn)行工況進(jìn)行全方位的分析，符合對(duì)電 氣設(shè)備實(shí)行狀態(tài)檢修的要求。
3. 2信息存儲(chǔ)功能
本發(fā)明裝置設(shè)計(jì)了存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)的功能，以便于對(duì)設(shè)備情況進(jìn)行 全面監(jiān)測(cè)和分析。
3. 2. 1存儲(chǔ)的常規(guī)信息
存儲(chǔ)的常規(guī)信息包括氣體的溫度、壓力、濕度、密度信息。采 樣和存儲(chǔ)周期為一天，在一年的數(shù)據(jù)存滿后，自動(dòng)覆蓋周期開(kāi)始時(shí)的 數(shù)據(jù)，即保留有一年的歷史數(shù)據(jù)，便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合分析的需要。
理論上狀態(tài)良好的SF6設(shè)備中氣體的濕度不隨環(huán)境溫度變化而變 化，但實(shí)際上，由于設(shè)備內(nèi)金屬材料及絕緣材料吸附和解析水分特性 的存在，設(shè)備內(nèi)實(shí)際濕度是隨著環(huán)境溫度的變化而變化的，環(huán)境溫度 升髙時(shí)濕度增高，反之則降低，其作用還相當(dāng)明顯。經(jīng)以離線式水分 儀實(shí)測(cè)，某設(shè)備一天之內(nèi)中午濕度測(cè)試值為190uL/L，環(huán)境溫度為 38'C用同一臺(tái)儀器在晚上測(cè)試值120為PL/L，環(huán)境溫度為31 38'C， 如果設(shè)計(jì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不是按每天一次的周期進(jìn)行,則會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)規(guī) 律波動(dòng)的情況,數(shù)據(jù)就沒(méi)有利用價(jià)值。環(huán)境溫度的變化小周期是一天， 在每天的同一時(shí)間采集數(shù)據(jù)，環(huán)境條件的差別會(huì)降到最低，濕度及密 度的歷史數(shù)據(jù)就有較好的可比性，數(shù)據(jù)價(jià)值則相對(duì)較高。同樣，泄漏 率計(jì)算也以一天為周期進(jìn)行計(jì)算，降低計(jì)算的誤差。因此，本發(fā)明裝 置工作中以一天為周期進(jìn)行取值存儲(chǔ)、計(jì)算，可使環(huán)境條件對(duì)測(cè)試的 影響降到最低程度，進(jìn)而取得可比的、有利用價(jià)值的歷史數(shù)據(jù)。
183、 2. 2存儲(chǔ)的故障信息
存儲(chǔ)的故障信息包括壓力突升故障信息(含有壓力突升起始時(shí)
間、壓力突升峰值時(shí)間、壓力突升起始?jí)毫?、峰值壓力、恢?fù)時(shí)間)
和泄漏率?？偟臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)量為365天的四個(gè)常規(guī)信息(溫度、壓力、 密度、濕度)、 一個(gè)泄漏率信息和少量的故障信息， 一般應(yīng)少于2000 個(gè)數(shù)據(jù)，但反映的設(shè)備信息是較全面的。
4、 通訊功能
隨著技術(shù)的進(jìn)步,要求符合現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備必須具 有完善可靠的通訊接口。本發(fā)明裝置預(yù)留了兩個(gè)數(shù)據(jù)通訊接口， 一個(gè) 是RS232接口 ， 一個(gè)是RS485接口 ，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中面對(duì)特定的通訊方式， 可配置相應(yīng)的接口轉(zhuǎn)換模塊來(lái)滿足要求。RS232接口主要用來(lái)與組態(tài) 上位機(jī)通訊，以取得單元內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定等；RS485接 口主要用來(lái)與主控室的上位機(jī)進(jìn)行通訊，在正常運(yùn)行中，上位機(jī)處于 主工作模式，而本發(fā)明裝置為從工作模式。為了提高通信可靠性，通 信協(xié)議采用了《電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中的傳輸規(guī)約。
5、 本發(fā)明裝置的主要技術(shù)指標(biāo)
(1) .工作電源220VDC/AC允許波動(dòng)范圍±15%;
(2) .環(huán)境溫度-10 60。C;環(huán)境濕度10 95%RH;大氣壓力
80 108kPa;
(3) .氣路接口: M20X1.5外螺紋長(zhǎng)17c邁；
(4) .數(shù)據(jù)接口 RS232 (預(yù)置RS485);
(5) .絕緣強(qiáng)度(外殼金屬部分與電源線之間)〉3000V, 50Hz，絕 緣電阻〉2mQ;
(6) .氣壓顯示范圍0 1MPa，顯示精度土1.5WFS;
(7) .工作壓力范圍0 1MPa;
(8) .報(bào)警、閉鎖壓力設(shè)定范圍0 1 MPa;
(9) .開(kāi)關(guān)量輸出繼電器三個(gè)，接點(diǎn)容量220VDC/AC， 8A; ao).溫度測(cè)量精度土0.5'C，范圍一10 +60'C; (H).濕度測(cè)試顯示設(shè)備壓力露點(diǎn)、體積比；
饑濕度測(cè)試精度土3'C，(按國(guó)標(biāo)離線阻容式濕度測(cè)試儀要求)； d》.掉電保護(hù)3V鋰電池保持。
權(quán)利要求
1、一種利用SF6壓力波動(dòng)判斷SF6電氣設(shè)備故障的方法，其特征是在SF6電氣設(shè)備的每個(gè)密封SF6氣室放置有至少一個(gè)壓力傳感器、至少一個(gè)溫度傳感器和至少一個(gè)濕度傳感器，利用與上述各傳感器輸出線電連接的數(shù)字式信號(hào)處理裝置將由各傳感器獲得的壓力、溫度和濕度波動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大、模數(shù)換算、數(shù)據(jù)運(yùn)算和在線分析后送至變電站主控室，進(jìn)而判斷和定位出SF6設(shè)備氣室內(nèi)是否發(fā)生氣體泄漏、過(guò)熱和水分超標(biāo)故障的情況以及發(fā)生故障的位置。
2、 按照權(quán)利要求1所述的判斷SF6電氣設(shè)備故障的方法，其特征是根據(jù)壓力傳感器采集到的壓力信號(hào)，采用通過(guò)貝蒂-布雷至曼氣 體狀態(tài)方程直接測(cè)試計(jì)算的SF6氣體密度與數(shù)字式信號(hào)處理裝置預(yù)設(shè)置的報(bào)警密度和閉鎖密度值比較，當(dāng)設(shè)備氣體密度達(dá)到報(bào)警預(yù)設(shè)值 時(shí)，數(shù)字式信號(hào)處理裝置電路系統(tǒng)使報(bào)警繼電器動(dòng)作，在變電站主控 室產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，提示設(shè)備氣體泄漏；當(dāng)氣體壓力進(jìn)一步降低，達(dá)到 閉鎖預(yù)設(shè)值時(shí)，裝置的電路系統(tǒng)使閉鎖繼電器動(dòng)作，通過(guò)電氣回路斷 開(kāi)設(shè)備的動(dòng)作電源，阻止設(shè)備在滅弧、絕緣能力下降時(shí)動(dòng)作；當(dāng)經(jīng)緊 急處理后氣體密度回升到報(bào)警和閉鎖預(yù)設(shè)值時(shí)，裝壹則斷開(kāi)報(bào)警或閉 鎖回路，恢復(fù)正常狀態(tài)。
3、 按照權(quán)利要求1所述的判斷SF6電氣設(shè)備故障的方法，其特 征是在裝置中設(shè)計(jì)了壓力高報(bào)警繼電器，選用壓力參數(shù)檢測(cè)設(shè)備壓 力， 一旦設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)過(guò)熱故障，導(dǎo)致壓力升高到一定限度，裝置即 動(dòng)作壓力高報(bào)警繼電器，在變電站主控室產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，提示可能的 由設(shè)備內(nèi)部過(guò)熱故障引起的設(shè)備事故的發(fā)生。
4、 按照權(quán)利要求1所述的判斷SF6電氣設(shè)備故障的方法，其特 征是利用壓力波譜分析法判斷并定位設(shè)備發(fā)生故障的情況和位置的 方法，即在SF6設(shè)備每個(gè)氣室都裝有數(shù)字式信號(hào)處理裝置單元，根據(jù)氣室發(fā)生突發(fā)性放電故障時(shí)壓力會(huì)在很短時(shí)間突升的原理，通過(guò)各SF6設(shè)備氣室中數(shù)字式信號(hào)處理裝置監(jiān)測(cè)到的壓力波譜曲線突變點(diǎn)出 現(xiàn)及持續(xù)情況，判斷并定位出設(shè)備發(fā)生故障的情況和位置。
5、 按照權(quán)利要求1所述的判斷SF6電氣設(shè)備故障的方法，其特征是用壓力折算法計(jì)算設(shè)備的氣體泄漏率，其計(jì)算公式為年漏氣率(似)二^1^L x ZL x 100o/o A To式中A)^0始?xì)怏w密度；A^^周期結(jié)束時(shí)氣體密度； I—為周期時(shí)間；K ^^J年時(shí)間，7。=每年的總時(shí)間8760小時(shí)
6、 一種利用SFe壓力波動(dòng)判斷SF6電氣設(shè)備氣體狀態(tài)的數(shù)字式信 號(hào)處理裝置，其特征在于它由壓力傳感器(P)、溫度傳感器(T)、濕度 傳感器(H)、內(nèi)含隔離變換及數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(3、 4)的信號(hào)調(diào)理模塊、 內(nèi)含1/ 0擴(kuò)展電路(8)的主控制模塊、輸出顯示模塊組成，其中壓 力傳感器(P)、溫度傳感器(T)和濕度傳感器(H)的信號(hào)輸出端分別接 至信號(hào)調(diào)理模塊的壓力、溫度和濕度信號(hào)輸入端，信號(hào)調(diào)理模塊的輸 出端與主控制模塊的輸入端聯(lián)接，主控制模塊的I / 0擴(kuò)展輸出端分 別接至信號(hào)調(diào)理模塊的隔離變換及數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入端和輸出顯示模塊 的輸入端。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用SFe壓力波動(dòng)判斷SF6電氣設(shè)備氣 體狀態(tài)的數(shù)字式信號(hào)處理裝置,其特征在于信號(hào)調(diào)理模塊由驅(qū)動(dòng)放大 電路(l)、通道選擇電路(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(4)和隔離變換電路(3) 組成，主控制模塊由數(shù)據(jù)處理器(7)和I/0擴(kuò)展電路(8)組成，輸出 顯示模塊由輸出控制電路(12)、輸出隔離電路(11)、輸出顯示燈(14)、 報(bào)警繼電器組(13)和狀態(tài)燈(15)組成，壓力傳感器(P)、溫度傳感器(T)和濕度傳感器(H)的信號(hào)輸出端分別接至驅(qū)動(dòng)放大電路(1)的壓 力、溫度和濕度信號(hào)輸入端，驅(qū)動(dòng)放大電路(l)的輸出端依次經(jīng)通道 選擇電路(2)和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(4)后與數(shù)據(jù)處理器(7)的輸入端連接， 數(shù)據(jù)處理器(7)的輸出信號(hào)經(jīng)I / 0擴(kuò)展電路(8)后分為兩路， 一路同 時(shí)與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(4)和隔離變換電路(3)的輸入端連接，另一路經(jīng)輸 出控制電路(12)后分別接至輸出隔離電路(11)、輸出顯示燈(14)和狀 態(tài)燈(15)的輸入端，隔離變換電路(3)和輸出隔離電路(12)的輸出端 分別接入通道選擇電路(2)和報(bào)警繼電器組(13)的輸入端。
8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用SFe壓力波動(dòng)判斷SF6電氣設(shè)備氣 體狀態(tài)的數(shù)字式信號(hào)處理裝置,其特征在于所用的壓力傳感器為不銹 鋼表面型壓阻式壓力傳感器，溫度傳感器為鉑電阻式溫度傳感器，濕 度傳感器為石英晶體振蕩型濕度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用六氟化硫壓力波動(dòng)判斷高壓六氟化硫電氣設(shè)備故障的方法及裝置，其方法是通過(guò)在設(shè)備SF₆氣室內(nèi)預(yù)先安裝的傳感器以及由后期電路組成的數(shù)字式信號(hào)處理裝置檢測(cè)室內(nèi)氣體的變化情況，得到內(nèi)部壓力、溫升、濕度等信息，一旦設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)氣體故障，導(dǎo)致某項(xiàng)或多項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)升高到一定限度，數(shù)字式信號(hào)處理裝置就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示可能的設(shè)備故障的發(fā)生，從而在故障早期發(fā)現(xiàn)故障；用于實(shí)現(xiàn)該方法的數(shù)字式信號(hào)處理裝置由信號(hào)調(diào)理模塊、主控制模塊和輸出顯示模塊組成，可全面地監(jiān)測(cè)SF₆氣體有價(jià)值的狀態(tài)參數(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、干擾小、經(jīng)濟(jì)性好、應(yīng)用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，符合電力系統(tǒng)實(shí)際需要和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101498754SQ200810017480
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月2日
發(fā)明者宏 王 申請(qǐng)人:陜西電力科學(xué)研究院