1.1 概述

六氟化硫（SF₆）是一種無毒、無味、無色、無嗅、非可燃的合成氣體，具有一般電介質(zhì)不可比擬的絕緣特性和滅弧能力。充裝SF₆的電氣設(shè)備占地面積小，運行噪聲小，無火災(zāi)危險，這極大地提高了電氣設(shè)備運行的安全可靠性。而氣體絕緣金屬封閉電器（GIS）的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)變電站的概念，使緊湊型、高電壓、大容量新式變電站的發(fā)展得以實現(xiàn)，成為城網(wǎng)變電站改造的重要途徑。

隨著我國電力設(shè)備無油化、小型化的發(fā)展，在35-500kV高壓斷路器中采用SF₆氣體作為絕緣滅弧介質(zhì)的斷路器等逐年增加。對SF₆氣體的狀態(tài)監(jiān)測已成為保證SF₆斷路器等電器設(shè)備正常安全運行的主要技術(shù)措施之一。

   SF₆高壓開關(guān)電器在制造和運行中因為：

SF₆新氣中含有一定水分。

在設(shè)備安裝、解體檢修和充氣補(bǔ)氣時，因工藝過程中的疏漏，在氣室和管閥內(nèi)留有水分。

因密封不嚴(yán)，在SF₆向外泄漏時，會反向滲入水分。

變電站SF6斷路器SF6氣體的密度、濕度和溫度三項物理指標(biāo)是否處于額定范圍之內(nèi)，決定著該斷路器的安全運行狀態(tài)。電網(wǎng)運行規(guī)程強(qiáng)制規(guī)定，在設(shè)備投運前和運行中都必須定期對SF6氣體的密度和含水量進(jìn)行檢測。SF6氣體含水量的現(xiàn)場檢測方法有電解法、冷凝法和阻容法。目前大多采用便攜式露點儀進(jìn)行現(xiàn)場檢測。

1.2 SF6氣體在運行中的檢測及污染后果

SF₆氣體的濕度、密度兩項物理指標(biāo)是否處于額定范圍之內(nèi)，決定著SF₆氣體的絕緣和滅弧性能的有效與否。但SF₆高壓開關(guān)電器在制造和運行中因為：SF₆新氣中含有一定水分；在設(shè)備安裝、解體檢修和充氣、補(bǔ)氣時，因工藝過程中的疏漏，在氣室和管閥內(nèi)會留有水分；在開關(guān)工件加工和上述操作中的失誤等造成密封失嚴(yán)，SF₆氣體向外泄漏，因外部水分壓遠(yuǎn)高于氣室中氣體的水分壓，外部水分會向氣室內(nèi)反向滲入，造成SF₆氣體在密度下降的同時含水量上升。超標(biāo)的水分會造成下列危害：

SF₆氣體含有超標(biāo)的水分后，在一些金屬物的參與下，在200℃以上溫度時可使SF₆發(fā)生水解反應(yīng)，生成活潑的氫氟酸（HF）和有毒的SOF₂、SO₂F₂、SF₄和SOF₄等低價硫氟化物，在高溫拉弧的作用下，還將分解產(chǎn)生溫室氣體之一的二氧化硫（SO₂）和氫氟酸（HF）。它們將腐蝕絕緣件和金屬部件，并產(chǎn)生熱量從而導(dǎo)致氣室內(nèi)氣體壓力的危險升高，斷路器耐壓強(qiáng)度和開斷容量下降，嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致斷路器爆炸，不僅引起電網(wǎng)事故，還將造成有害和溫室氣體灌放大氣，形成電氣和環(huán)保災(zāi)害。

電力相關(guān)規(guī)程規(guī)定：每日巡回監(jiān)視氣體密度，每1-2年對SF₆氣體的含水量進(jìn)行檢測。含水量檢測通常采用露點儀進(jìn)行現(xiàn)場停電檢測，檢測時按標(biāo)準(zhǔn)取樣氣體流量，即30-40升/小時計算，一次測試需排放SF₆氣體約35升。全國電力工業(yè)分成兩大電網(wǎng)公司和五大發(fā)電集團(tuán)。至2006年底，僅一個電網(wǎng)公司，即國家電網(wǎng)公司所轄電網(wǎng)中的12-750 kV中高壓斷路器就有333,294臺，上述數(shù)量還不包括每年增長的10%左右。平均每臺斷路器每年排放35升SF₆氣體，其總排放量及高能量長壽命的大氣污染效果不言而喻。

1.3 在線監(jiān)測是確保電力與環(huán)保安全的有力措施

我公司根據(jù)目前電力行業(yè)的發(fā)展趨勢研制了SF₆在線式微水密度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于電力行業(yè)的主設(shè)備之一SF₆高壓斷路器SF₆氣體的在線監(jiān)測與控制，可以在不排放SF₆氣體的條件下對SF₆氣體的含水量、密度和溫度進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集顯示、信息遠(yuǎn)傳、故障報警、閉鎖機(jī)構(gòu)啟動、后臺數(shù)據(jù)顯示與分析等，為電力系統(tǒng)生產(chǎn)管理與設(shè)備狀態(tài)檢修提供信息與依據(jù)。

1.4 在線監(jiān)測裝置運用的社會和經(jīng)濟(jì)意義

(1)、有助于地球環(huán)保

SF₆氣體微水綜合在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用基本防止了大量SF₆氣體的排放，具有地球環(huán)保意義。

(2)、保障電力工作者的身體健康

SF₆氣體在電氣設(shè)備中經(jīng)電暈、火花及電弧放電作用，還會產(chǎn)生多種有毒和腐蝕性氣體。排放后，其中的二氧化硫會刺激上、下呼吸道，使人流淚。氫氟酸是強(qiáng)脫水劑，大量吸入會嚴(yán)重危害身體健康。SF₆氣體微水綜合在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用將大大減少SF₆氣體的排放，有利于保障電力工作者的身體健康。

(3)、減少停電時間和事故損失，提高供電時率，提高電力設(shè)備管理水平

SF₆微水與密度綜合在線監(jiān)測裝置可長期掛網(wǎng)運行，監(jiān)測SF₆氣體的含水量和密度。其配備的RS-485/CAN通訊接口，可將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至監(jiān)控中心。當(dāng)被測氣體指標(biāo)超標(biāo)時，監(jiān)測器將自動按事先設(shè)定的門限上傳報警或閉鎖信號至遠(yuǎn)方監(jiān)控中心，或直接啟動報警、閉鎖裝置。上位機(jī)軟件可按設(shè)定的時間和頻率，采樣存儲顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，并自動繪制成變化趨勢圖供觀察分析之用。它的運用將從技術(shù)上有力地支撐狀態(tài)檢修模式，并免去供電公司為完成檢測工作需配備巡檢人員、巡檢車輛、檢測設(shè)備、高價值的SF₆氣體和人工巡檢對發(fā)現(xiàn)故障隱患系統(tǒng)的不及時性，保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，減少停電時間和事故損失，增加設(shè)備運行效率，提高設(shè)備運行的管理水平。

(4)、減員增效

    以南京供電公司為例，南京市現(xiàn)有200余個變電站，按平均每個變電站分?jǐn)偟脑O(shè)備巡檢人員一人計算，現(xiàn)有約200余人的巡檢隊伍，采用在線監(jiān)測系統(tǒng)后，可減少巡檢人員90%以上，即180人，按人均7萬元/年計算，每年可減少支出1260萬元，該系統(tǒng)的運行有利于供電主業(yè)人員的精減，為供電系統(tǒng)發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)提供了大量的人力資源。

    從設(shè)備、管理、檢修和環(huán)保四個方面對SF6氣體在線檢測設(shè)備使用前后對比分析的結(jié)論為：使用數(shù)字式SF6氣體微水綜合在線檢測設(shè)備后，當(dāng)年就可收回成本的89.3%。

二、產(chǎn)品概述

2.1 產(chǎn)品簡介

為適應(yīng)我國電力行業(yè)體制改革的需要和加快電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)及狀態(tài)檢修發(fā)展的步伐，研究和探索以在線監(jiān)測技術(shù)為基礎(chǔ)，故障檢修與預(yù)防性相結(jié)合，以實現(xiàn)最大可靠性和最低成本消耗為目標(biāo)的狀態(tài)檢修模式，我公司研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SF6氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)。該設(shè)備能夠以高于國家標(biāo)準(zhǔn)的測量精度，長期在線監(jiān)測斷路器SF6氣體的密度、微水、溫度及其變化趨勢，其功能是在SF6氣體有關(guān)指標(biāo)出現(xiàn)變化時，給出變化曲線；有關(guān)指標(biāo)達(dá)到報警狀態(tài)時，報警或自動啟動報警裝置；當(dāng)有關(guān)指標(biāo)超標(biāo)達(dá)到危險狀況時，報警或自動啟動閉鎖裝置，禁止斷路器動作，以保障設(shè)備和變電站整套系統(tǒng)的安全。上述監(jiān)測設(shè)備配有RS-485通訊接口，可將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至變電站、城市中心乃至更上級監(jiān)控中心，真正實現(xiàn)變電站，尤其是無人值班站的設(shè)備在線監(jiān)測。同時，監(jiān)測到的各項指標(biāo)的變化趨勢為斷路器的狀態(tài)檢修提供了有效依據(jù)。

我公司與國網(wǎng)公司SF6實驗室，安徽電力試驗研究院、國電公司西安熱工研究院等行業(yè)內(nèi)專業(yè)單位建立密切聯(lián)系，開展技術(shù)合作，成功研制了SF6綜合在線檢測系統(tǒng)。

2.2 產(chǎn)品功能

（1）在線監(jiān)測SF6氣體濕度、密度與溫度；

（2）在線監(jiān)測氣體泄漏與泄漏報警；

（3）可按預(yù)設(shè)值或用戶給定值自動啟動低壓報警和閉鎖裝置

（4）預(yù)留RS-485/CAN總線通訊接口；

（5）通過后臺軟件自動繪制狀態(tài)變化趨勢圖； 

（6）可選大屏幕液晶顯示器現(xiàn)場顯示實時數(shù)據(jù)，具備屏幕保護(hù)和聲控顯示功能；

（7）手持遙控器設(shè)置報警與閉鎖門限值和顯示方式；

（8）全密封，抗干擾，適用于室外和低溫環(huán)境。

2.3 產(chǎn)品特點

（1）高精度與高可靠性

變送器采用了進(jìn)口高穩(wěn)定性傳感器，傳感器經(jīng)變送器內(nèi)部電路的修正、補(bǔ)償，其輸出線性度好，精度高；變送器外部結(jié)構(gòu)也更適于高頻電場環(huán)境下的測量，它與電路處理部分融為一體，以減少干擾耦合，提高電路長期工作的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）實現(xiàn)在線監(jiān)測監(jiān)控和狀態(tài)檢修

該變送器可長期掛線運行。其配備的RS-485通訊接口，可將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至監(jiān)控中心。當(dāng)被測氣體指標(biāo)超標(biāo)時，監(jiān)測器將自動按事先設(shè)定的門限上傳報警或閉鎖信號至遠(yuǎn)方監(jiān)控中心，或直接啟動報警、閉鎖裝置。上位機(jī)軟件可按設(shè)定的時間和頻率，采樣存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，并按需要將上述數(shù)據(jù)自動繪制成變化趨勢圖，供觀察分析之用。

SF6氣體綜合在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)斷路器的狀態(tài)監(jiān)測，有利于及時掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，使?fàn)顟B(tài)檢修得以實現(xiàn)，減少檢修費用和停電時間，從而提高管理水平。

（3）結(jié)構(gòu)獨特，安裝使用方便

傳感器采用全封閉設(shè)計，外形獨特美觀，傳感器、電源、數(shù)據(jù)輸出電路和安裝在同一機(jī)殼內(nèi)。它防水抗塵防爆，抗強(qiáng)電磁干擾，安裝使用方便，可用于高頻電場環(huán)境和室外環(huán)境。

2.4 變送器技術(shù)指標(biāo)

測量參數(shù)                                                                                                                                    

露點范圍：  -50…+20℃ Td/f

壓力范圍：  0…+10bar

溫度范圍：  -40…+80℃

計算參數(shù)                                                            

轉(zhuǎn)化為20 °C標(biāo)準(zhǔn)條件下的參數(shù)

微水值： 10…20000ppm

壓力值(密度)：1 ...12 bar

SF6混合密度: 0 ...100 kg/m3

輸出參數(shù)有: PPM20（20℃下微水）、P20（20℃下壓力，密度）、T（℃）、Td（露點）、P（壓力）、Tdatm（常壓露點）、密度（㎏/m³）

精度

露點精度： ±3℃ Td

壓力值(密度)精度：±0.1% FS

溫度精度：±1℃ 

傳感器響應(yīng)時間:

露點傳感器: 2S(20℃)

壓力傳感器: <0.5S(20℃)

工作環(huán)境                                                           

變送器工作溫度：-40...+80℃ 

過載安全壓力： 20 bar

相對濕度： 0~100RH%

被測氣體：  SF6,SF6/N2混合氣

輸出     

通訊方式： RS485

通訊協(xié)議： ModBus RTU

傳輸速度： 9600bps

一般參數(shù)

工作電壓:  18…36VDC

功      率: <3W

重      量：361g

防護(hù)等級： IP65

外殼材質(zhì)：不銹鋼

接頭材質(zhì)：不銹鋼

電氣接頭：M12連接器

機(jī)械接口: M30*1.5

密封方式： O型圈（33*2.5mm）

絕對漏氣率： ≤10-9Pa·m3/s（氦氣檢測）

額定充氣壓力： 0.6MPa abs

抗電磁干擾                            

浪涌:       4級（GB/T 17626.5-2008）

靜電放電 :   4級（GB/T 14598.14-2010）

快速瞬變干擾:   4級（GB/T 14598.10-2007）

阻尼振蕩磁場:   5級（GB/T 17626.10-1998）

射頻傳導(dǎo)干擾:   3級（GB/T 17626.6-2008）  

脈沖群干擾:      3級（GB/T 17626-12-1998）

安全實驗  GB 4943.1-2001

抗電強(qiáng)度測試       700 VDC

絕緣阻抗測試       3200MΩ

振動測試           GB/T 11287一2000

沖擊與碰撞試驗     GB/T 14537一1993

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