SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置

金海望 卢德均 王占伟 董春超 魏 征

（国网冀北电力检修分公司，北京 102488）

SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置

金海望 卢德均 王占伟 董春超 魏 征

（国网冀北电力检修分公司，北京 102488）

针对常规变电站或发电厂中已发生过SF6漏气缺陷的设备，研制SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置，通过设置指定压力值、漏气速率两种报警方式，提前对SF6设备的压力降低现象进行预警。同时，可向装置征询当时SF6压力值，实时掌握SF6设备压力，提高对已出现报警的设备“可控在控”能力。本文描述了装置原理与结构，重点包括装置的整体设计与制造工艺，元器件的技术参数与应用安全性等。通过制作针对不同SF6设备的对接接头，实现在不同电压等级、不同类型SF6设备上直接带压安装使用，安全可靠。

SF6泄漏；在线监测；预警装置；漏气速率

在各个变电站与发电厂内，SF6设备若出现泄漏，气体密度表指针达到一定压力值后将进行报警。而对于已存在漏气点的SF6设备，长期泄漏下，有可能出现漏气速率加快，待技术人员赶到现场处理时，设备气体压力可能已经接近或者越过了报警值。针对SF6断路器设备，可能已出现了闭锁[1]，严重时还会造成SF6气体绝缘降低，导致出现击穿接地故障。针对这一问题，研制一种无线监测与预警装置，实现对发生过漏气缺陷的SF6设备压力的实时在线监控，达到提前预判的目的。

1 缺陷处理的现状

在常规变电站或发电厂内，对于发生过漏气缺陷的SF6设备，为保证其不发生报警、闭锁缺陷，甚至是气体绝缘降低导致击穿事故，通常是通过加强人工巡视的方式进行重点监控，通过人工巡视SF6气体密度表的指针，监视气体密度，需进行读数、对比，极为不方便，易出现人员懈怠。

目前的智能变电站或发电厂中都有SF6设备的气体在线监测装置投入应用[2-3]，可对SF6设备气体压力实施进行监测，发送后台进行预警。但在常规变电站或发电厂中欲增加此项功能，需要进行大规模的技改，从人力、成本上考虑，都无法得以实现。因此，可通过研制SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置，在常规站实现对发生过漏气缺陷的SF6设备压力进行在线监控，并通过对设定时段的漏气速率进行监测，可对SF6设备的压力降低现象进行提前预警与实时掌握，提高设备运行可靠性[4]。

2 装置原理与结构

2.1 SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置原理

压力传感器将探头测得的气体压力数据通过A/D转换后传输给单片机，单片机通过串口向GPRS模块发送AT指令，GPRS模块发送的无线信号通过连通短信服务中心，将数据传输给手机，实现实时监控与报警，工作流程如图1所示。

图1 SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置

2.2 SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置结构

该装置包含以下5个部分。

1）MPT570微功耗压力变送器。变送器通过自制连接接口与SF6设备进行连接，可带压安装与拆卸，变送器采集数据，将物理信号转化为电信号，同时变送器还带有A/D转化模块，转化为数字信号传递给单片机，MPT570微功耗压力变送器如图2所示。

图2 MPT570微功耗压力变送器

2）单片机。制作PCB，如图3所示，将CPU（stm32l151c8t6）、GPRS模块（SIM900A）、开关电源芯片（MP2303）及电阻电感电容通过外围电路进行连接，形成功能完整的单片机。在电路设计时，对SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置的内部抗干扰性进行了多方面的考虑：如在单片机的抗干扰GPRS模块的入口加了磁珠，抑制电路上的超频电流，防止进入模块；在开关电源进出口都了加电容元件，起到滤波，使电压更加平滑的作用；PCB较多接地点，起到了静电屏蔽的作用。

图3 单片机

3）电源模块。SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置由于所需功率较小，在装置上内置12V电池，即可提供百小时的稳定电源，便携可靠，如图4所示。

图4 电源模块

4）金属屏蔽外壳。针对来自变电站或发电厂的电磁干扰，设备设计了金属外壳，起到静电屏蔽，抗外界干扰的作用[6]，如图5所示。另外，外壳上盖一圈装有密封圈，可起到密封的作用，如图6所示。

图5 金属屏蔽外壳

图6 外壳上盖密封圈

5）无线接收装置。变送器将数据传输到单片机，单片机经过存储、计算后发送至GPRS模块，GPRS模块发出无线信号，通过连通短信服务中心将数据传输给手机，实现定时监控与报警的目的。压力数据的发送周期（即压力、漏气速率监测周期）可在单片机上进行初始设置，也可后期通过手机指令进行更改，实现定时监测SF6设备压力值的目的。

3 应用

3.1 现场安装

SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置可直接在带电运行SF6设备上带压安装与拆卸，针对传统变电站或发电厂内发生过漏气的设备进行监测[7]，装置在现场带压安装如图7所示。

在接头制作工艺上，保证密封性，衔接可靠，如图8所示。针对不同SF6设备的充气口，可制作不同形状的接头，实现对接。

另外，从表1压力传感器的参数可以看出，该装置具有绝对安全性，不影响设备正常运行。

表1 压力传感器参数

装置采用了无线信号传输。减少了站内数据通讯传输接口资源的占用，避免了挖矿铺路等基建工程。

图7 现场带压安装

图8 连接接头

3.2 报警设置

根据现场需求，本SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置对SF6设备实现了3h压力定时监测，发送至手机，实时掌握现场压力，并设置两种报警形式。

1）压力值报警

SF6压力低于设置报警压力值发出报警信号。其设置应大于现场中SF6压力表内设置的机械报警压力值，如现场机械报警压力值为0.55MPa，可设置装置报警压力值为0.58MPa，实现对漏气设备的加强监视。

2）漏气速率报警

对SF6压力进行采样，当单片机计算1h内漏气速率超0.000025MPs/h，即使实际压力未低于报警压力时，可认为SF6设备出现压力快速下降现象，马上发出警示信号，提醒注意，其漏气速率的计算公式如下：

式中，测量压力值t1：t1时刻测量值；测量压力值t2：t2时刻测量值。

漏气速率的监测周期（t1-t2）可以进行任意设置，本装置设置1h低于以上压力值报警的3h定时监测，好处是若SF6气体漏气速率出现突然增大时，可以实现提前报警，为处理这类严重的漏气缺陷提供的时间，也为SF6设备气体压力报警提供了新的判据[8-9]。

设备压力出现以上两个任一个报警，即可加强人工远程监视，通过人工发送指令，向SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置征询当时SF6压力值，便于设备管辖人员实时掌握SF6压力值，根据设备状态做出对应的消缺处理方案。

3.3 应用效果

该装置目前在多个变电站或发电厂内进行试用，已成功进行了多次提前报警，有效提高的SF6设备的运行可靠性。通过制作针对不同设备的连接接头，可实现不同设备的连接监视，随着GIS设备的数量不断增多，其应用处也随之广泛。可在全国范围内推广应用，缩短该类SF6泄漏设备的监视周期，降低人员车辆需求、资金耗费，有效避免了严重泄漏导致的SF6设备绝缘不够引发故障，减少了负荷损失，保证供电安全可靠，将取得可观的经济效益和社会效益[10]。

4 结论

本文详细描述了该装置原理与结构，重点包括SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置的整体设计与制造工艺，元器件的技术参数与应用安全性等。通过在装置设置指定压力值、漏气速率，提供两种报警方式，提前对SF6设备的压力降低现象进行预警，加强对SF6设备的在线监测。同时，可通过向装置发送指令，征询当时SF6压力值，实时掌握SF6设备压力，提高对已出现报警的设备“可控在控”能力。

[1] 金海望. SF6泄漏类缺陷预警与处理的新技术[J]. 华北电力技术, 2015, 5: 1-6.

[2] 王永强, 程仲林, 张重远. 关于SF6气体绝缘组合电器中微水问题的研究[J]. 电力情报, 2001(2): 40-43.

[3] 宋彪, 王思超. 浅谈SF6断路器维护检修及故障处理[J]. 供用电, 2006, 23(6): 25-26.

[4] 罗壮. 对降低LW6-220H型六氟化硫断路器报警及分合闸压力的探讨[J]. 电气开关, 2011, 5(5): 9-11. [5] 刘洋, 邹同华, 刘峻. 压力变送器的研究与发展现状[J]. 通用机械, 2005(2): 43-46.

[6] 周洋. 基于GPRS无线传输系统的研究[D]. 石家庄:河北科技大学, 2012: 66-67.

[7] 何文杰. 巴中500千伏变电站SF6气体微水含量在线监测系统的设计和实现[D]. 成都: 电子科技大学, 2015: 30-34.

[8] 孟勇. SF6开关设备检漏及漏点处理现场实践[J]. 高压电器, 2010, 5(46): 92-97.

[9] 张艳妍, 蒙海军, 姚翔. GIS设备包扎检漏的新方法及在工程中的应用[J]. 电力建设, 2007, 28(11): 48-51.

[10] 高虹, 仝海梅. SF6组合电器及高压断路器漏气的处理[J]. 科技情报开发与经济, 2009, 19(32): 210-211.

Wireless Monitoring and Early Warning Devices for SF6Leakage Defect

Jin Haiwang Lu Dejun Wang Zhanwei Dong Chunchao Wei Zheng
(Jibei Electric Power Maintenance Company, Beijing 102488)

For the equipment which has SF6gas leakage defect in the in plant station, wireless monitoring and early warning devices for SF6leakage defect were developed, and the early warning for reducing of SF6equipment pressure was developed in by setting the specified pressure value and air leakage rate. At the same time, through consulting SF6pressure value in the device, the ability of controlling the device which had given alarm increased. In this paper the principle and structure were described, mainly including the overall design and manufacturing technology of the devices, technical parameters and application safety of components and so on. By making butt joints of different SF6equipment, directly installing and using with voltage on SF6devices with different voltage grades and different types were realized, and it was safe and reliable.

SF6leakage; on-line monitoring; warning devices; leakage rate