高壓開(kāi)關(guān)配電室SF6氣體濃度變送器標(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

沈陽(yáng)儀表科學(xué)研究院有限公司 何 方 張 軍 王松亭 徐海寧 張海軍 常 偉 張 娜

中工國(guó)際工程股份有限公司 王 蘊(yùn)

沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗紅

采用目前先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)、智能化技術(shù)；應(yīng)用可編程控制器，以昆侖通泰組態(tài)軟件為平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套高壓開(kāi)關(guān)配電室SF6氣體濃度變送器標(biāo)定系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有標(biāo)定精度高、操作方便、標(biāo)定速度快、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、界面友好等特點(diǎn)。

1 概述

高壓開(kāi)關(guān)是電廠、變電站的重要設(shè)備之一，為了能夠安全可靠地將電力送到國(guó)家電網(wǎng)，必須確保高壓開(kāi)關(guān)等設(shè)備工作正常、可靠運(yùn)行。 目前在高壓開(kāi)關(guān)GIS設(shè)備中，均采用SF6氣體作為絕緣保護(hù)氣體和滅弧介質(zhì)，SF6氣體本身沒(méi)有毒性，但被電弧分解后的分解物中包含多種有毒氣體，一旦有毒的氣體泄露到高壓開(kāi)關(guān)室中，將會(huì)給高壓開(kāi)關(guān)室內(nèi)的工作人員帶來(lái)嚴(yán)重危害（黎斌.SF6高壓電器設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003,7）。同時(shí)，為保證高壓開(kāi)關(guān)室內(nèi)的工作人員的身體健康，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)室內(nèi)的氧氣含量也需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，我國(guó)電力安全工作規(guī)程中明確提出，在高壓開(kāi)關(guān)配電室安裝有監(jiān)測(cè)SF6氣體濃度和氧氣含量的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（國(guó)家電網(wǎng)公司.國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程.北京:中國(guó)電力出版社,2005,3）。

在以往的系統(tǒng)中，SF6氣體濃度變送器和氧氣含量變送器是兩臺(tái)獨(dú)立的設(shè)備，由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別采集SF6氣體濃度和氧氣含量的信號(hào)，這就使得系統(tǒng)中傳感器的數(shù)量很多，相應(yīng)采集系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)也很多，系統(tǒng)的成本及價(jià)格也比較高。

為解決以上問(wèn)題，近幾年越來(lái)越多的傳感器生產(chǎn)廠家，開(kāi)發(fā)出能夠同時(shí)檢測(cè)SF6氣體濃度和氧氣含量的復(fù)合變送器，輸出信號(hào)采用RS485總線的方式，這樣大幅度減少了傳感器的數(shù)量，使信號(hào)采集系統(tǒng)也更為簡(jiǎn)化，大大降低了系統(tǒng)的成本及價(jià)格。

目前，對(duì)SF6氣體濃度和氧氣含量復(fù)合變送器的標(biāo)定，采用的單臺(tái)單參數(shù)的方式進(jìn)行，具體的標(biāo)定方法一般是采用將變送器放入一氣袋內(nèi)，充入一定標(biāo)準(zhǔn)濃度的SF6氣體，變送器的輸出信號(hào)與安裝有標(biāo)定軟件的計(jì)算機(jī)相連接，傳感器測(cè)試人員，通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)將變送器的補(bǔ)償數(shù)據(jù)寫(xiě)入變送器，完成一臺(tái)變送器SF6氣體濃度的標(biāo)定；同樣，還需要采用類(lèi)似的方法對(duì)氧氣含量進(jìn)行一次標(biāo)定，兩次標(biāo)定完成后，一臺(tái)變送器的標(biāo)定工作才得以完成。

上述變送器標(biāo)定的方法，存在許多不足之處，主要體現(xiàn)在：

（1）對(duì)SF6氣體濃度和氧氣含量分別進(jìn)行標(biāo)定，操作過(guò)程繁瑣；

（2）每次只能對(duì)一臺(tái)變送器進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定的效率不高；

（3）由于只采用了一點(diǎn)標(biāo)定，標(biāo)定的精度較低；

（4）由于標(biāo)定中采用的SF6氣體沒(méi)有回收，造成SF6氣體的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生污染。

因此，設(shè)計(jì)一種準(zhǔn)確度高、操作方便、標(biāo)定速度快的SF6氣體濃度和氧氣含量復(fù)合變送器標(biāo)定系統(tǒng)具有十分重要的意義。

2 系統(tǒng)組成及主要功能

本系統(tǒng)主要由待標(biāo)定SF6氣體濃度和氧氣含量復(fù)合變送器、高精度SF6氣體濃度變送器、高精度氧氣含量變送器、變送器測(cè)試罐、溫度傳感器、真空壓力表、SF6氣體儲(chǔ)氣罐、氧氣儲(chǔ)氣罐、高純氮?dú)鈨?chǔ)氣罐、單向逆止閥、真空泵、監(jiān)控主機(jī)、可編程控制器、繼電器、電磁閥、打印機(jī)、控制箱等組成。其系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

圖1 高壓開(kāi)關(guān)配電室SF6濃度變送器標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示，變送器測(cè)試罐是一個(gè)密封的罐體，其上通過(guò)氬弧焊焊接的方式焊接有多個(gè)單向逆止閥，待標(biāo)定變送器安裝在單向逆止閥上，為了檢測(cè)標(biāo)定時(shí)的環(huán)境溫度及測(cè)試罐的壓力，在變送器測(cè)試罐上設(shè)置了溫度傳感器和真空壓力表。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，用于高壓開(kāi)關(guān)配電室SF6氣體濃度檢測(cè)變送器的量程一般為0-1500ppm，氧氣含量的量程一般為0-25%（高壓組合電器配電室六氟化硫環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IB/T 10893-2008).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008,11），為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)標(biāo)定，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了5個(gè)SF6氣體儲(chǔ)氣罐、5個(gè)氧氣儲(chǔ)氣罐、1個(gè)高純度氮?dú)鈨?chǔ)氣罐，每個(gè)儲(chǔ)氣罐上都焊接了2個(gè)單向逆止閥，分別用于向變送器測(cè)試罐中充入氣體和接收通過(guò)真空泵從變送器測(cè)試罐抽回來(lái)的氣體。5個(gè)SF6氣體儲(chǔ)氣罐中分別儲(chǔ)存有300ppm、600ppm、900ppm、1200ppm、1500ppm濃度的SF6壓縮氣體；5個(gè)氧氣儲(chǔ)氣罐中分別儲(chǔ)存有氧氣含量為5%、10%、15%、20%、25%的壓縮氣體；高純度氮?dú)鈨?chǔ)氣罐中儲(chǔ)存有純度接近100%的壓縮氮?dú)狻?/p>

本系統(tǒng)的功能主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）系統(tǒng)具有手動(dòng)、自動(dòng)兩種標(biāo)定模式。在手動(dòng)模式下，操作人員通過(guò)手動(dòng)操作監(jiān)控主機(jī)觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待標(biāo)定變送器的標(biāo)定；在自動(dòng)標(biāo)定模式下，系統(tǒng)按照參數(shù)設(shè)置表中設(shè)置的參數(shù)，自動(dòng)完成批量的變送器的標(biāo)定工作。

（1）本系統(tǒng)一次可以同時(shí)標(biāo)定10支變送器，標(biāo)定效率較高。

（3）系統(tǒng)設(shè)有參數(shù)設(shè)置界面，通過(guò)參數(shù)設(shè)置表，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待標(biāo)定變送器量程、誤差等多個(gè)參數(shù)的設(shè)置，提高系統(tǒng)的通用性和靈活性。

（4）操作人員可以隨時(shí)操作監(jiān)控主機(jī)界面，按照標(biāo)定時(shí)間段生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)表；生成任意時(shí)間段的變送器標(biāo)定數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表；通過(guò)打印機(jī)打印測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)表或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)報(bào)表。

（5）操作人員可以隨時(shí)操作監(jiān)控主機(jī)界面，通過(guò)U盤(pán)對(duì)各種標(biāo)定數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。

（6）為確保只有經(jīng)授權(quán)的操作人員才能操作本系統(tǒng)，監(jiān)控主機(jī)設(shè)置啟動(dòng)登錄界面，需輸入正確的使用者姓名和密碼后方可進(jìn)入系統(tǒng)工作。

圖2 高壓開(kāi)關(guān)配電室SF6濃度變送器標(biāo)定系統(tǒng)控制箱結(jié)構(gòu)示意圖

3 工作原理

為實(shí)現(xiàn)對(duì)變送器測(cè)試罐各種濃度的SF6氣體、各種含量的氧氣以及高純氮?dú)獬錃獬闅獾目刂?，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)控制箱，控制箱內(nèi)主要配置了可編程控制器、繼電器、電磁閥、電磁閥組、真空泵等設(shè)備，控制箱組成示意圖如圖2所示。

如圖2所示，電磁閥組1和電磁閥組2分別由5個(gè)電磁閥級(jí)聯(lián)在一起組成，其輸出口級(jí)連在一起，具有共同的輸出口。

真空泵1通過(guò)管路一端與單向逆止閥相連接，另一端與電磁閥組1的公共輸出口相連接；真空泵2通過(guò)管路一端與單向逆止閥相連接，另一端與電磁閥組2的公共輸出口相連接。

本系統(tǒng)的工作流程如下：

（1）操作人員通過(guò)操作監(jiān)控主機(jī)，控制可編程控制器啟動(dòng)標(biāo)定程序，在第一次使用本系統(tǒng)之前，首先將變送器測(cè)試罐抽真空。

（2）可編程控制器控制繼電器動(dòng)作、電磁閥導(dǎo)通，使高純氮?dú)鈨?chǔ)氣罐中的高純氮?dú)獬淙胱兯推鳒y(cè)試罐中，可編程控制器讀取高精度SF6濃度變送器、溫度傳感器、待標(biāo)定變送器檢測(cè)的數(shù)值，通過(guò)將待標(biāo)定變送器與高精度SF6濃度變送器、高精度氧氣變送器檢測(cè)的數(shù)值相比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)待標(biāo)定變送器0ppm SF6濃度及0%氧氣含量的標(biāo)定。

標(biāo)定完成后，可編程控制器控制繼電器、電磁閥，進(jìn)而控制真空泵3啟動(dòng)，將變送器測(cè)試罐中的高純氮?dú)獬浠馗呒兊獨(dú)鈨?chǔ)氣罐中，然后控制繼電器，關(guān)閉電磁閥。

（3）零點(diǎn)標(biāo)定完成后，可編程控制器通過(guò)控制繼電器動(dòng)作、電磁閥導(dǎo)通，使第1個(gè)SF6氣體儲(chǔ)氣罐中的濃度為300ppm的 SF6氣體充入變送器測(cè)試罐中，通過(guò)將待標(biāo)定變送器與高精度SF6濃度變送器檢測(cè)的數(shù)值相比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)待標(biāo)定變送器300ppm濃度的標(biāo)定。

標(biāo)定完成后，可編程控制器控制繼電器動(dòng)作、進(jìn)而控制電磁閥組1中的電磁閥12導(dǎo)通，同時(shí)控制繼電器23動(dòng)作，進(jìn)而控制真空泵1啟動(dòng)，將變送器測(cè)試罐中300ppm濃度的SF6氣體充回第1個(gè)SF6氣體儲(chǔ)氣罐中，然后控制繼電器，關(guān)閉電磁閥。

相應(yīng)地按照上述方法完成待標(biāo)定變送器600ppm、900ppm、1200ppm、1500ppm濃度的標(biāo)定。

（4）當(dāng)SF6氣體濃度參數(shù)標(biāo)定完成后，采用同樣方法對(duì)變送器10%、15%、20%、25%氧氣含量的進(jìn)行標(biāo)定。

經(jīng)過(guò)以上操作，就完成了一組變送器標(biāo)定工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的高壓開(kāi)關(guān)配電室SF6氣體濃度變送器標(biāo)定系統(tǒng)，具有標(biāo)定精度好、標(biāo)定效率高、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)分析、操作界面友好等特點(diǎn)，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到較好的應(yīng)用。隨著市場(chǎng)對(duì)SF6氣體濃度變送器需求的快速增長(zhǎng)，本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中必然會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。