陳海昆，陳玉輝，曹扣成

（上海市電力公司 松江供電公司，上海 201600）

1 研制檢測(cè)儀的背景

六氟化硫氣體（SF6）作為一種優(yōu)異的絕緣介質(zhì)，大量應(yīng)用于高壓開關(guān)、變壓器和全封閉組合電器（GIS）等高壓電氣設(shè)備中。由于設(shè)備的生產(chǎn)、加工和安裝等方面的原因，難免會(huì)產(chǎn)生SF6氣體的泄漏。如果不能及時(shí)檢測(cè)到泄漏的SF6氣體，一旦達(dá)到一定的濃度時(shí)，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害。為此，電力行業(yè)制定了許多對(duì)于SF6氣體設(shè)備的相關(guān)的安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)了必須在有SF6氣體的開關(guān)室，安裝SF6氣體和氧氣含量檢測(cè)的報(bào)警儀器。由于這些檢測(cè)儀長期安置在開關(guān)室的地面，空氣的溫度、濕度和雜質(zhì)氣體，對(duì)在線監(jiān)測(cè)的SF6氣體靈敏度會(huì)產(chǎn)生很大的影響，一旦失靈就失去了應(yīng)有的警戒作用，連運(yùn)維人員的安全巡檢也難以得到保障。

此外，在一些戶外或者特殊的環(huán)境中，不便于安裝在線式FS6報(bào)警裝置，而固定式SF6氣體泄漏檢漏儀的主要問題是，檢漏儀放置一定時(shí)間（一般半年左右）后信號(hào)漂移嚴(yán)重，導(dǎo)致測(cè)量精度明顯下降，而且由于安裝數(shù)量多，成本比較高。相比之下，便攜式SF6氣體泄漏檢漏儀具有信號(hào)漂移可以及時(shí)得以修正，成本低廉，性價(jià)比高，確保使用時(shí)具有較高的測(cè)量精度。

文獻(xiàn)［1］介紹了兩種SF6氣體泄漏檢漏方法：一種是定性檢漏，包括抽真空檢漏和檢漏儀定性檢漏。另一種是定量檢漏，包括局部包扎法、掛瓶法和扣罩法等。但是，上述兩種方法幾乎很難發(fā)展為在線檢測(cè)。同時(shí)，由于采用非在線檢漏方法，檢測(cè)SF6氣體時(shí)設(shè)備必須停電，需要較多的人力和依靠個(gè)人積累的檢漏經(jīng)驗(yàn)，所需經(jīng)濟(jì)成本和人力成本都較大，檢測(cè)結(jié)果的主觀性也較大，而且不夠精確。為此，針對(duì)這些問題專門研發(fā)了一種便攜式SF6氣體泄漏檢測(cè)儀。

2 應(yīng)用檢測(cè)新技術(shù)

目前市面上有多款SF6氣體泄漏檢測(cè)儀，如紫外線電離型、高頻振蕩無極電離型、電子捕獲型和鉑絲熱電子發(fā)射型及負(fù)電暈放電型。便攜式SF6氣體泄漏檢測(cè)儀是一種采用激光原理和運(yùn)用雙光束技術(shù)；利用紅外光譜吸收原理（NDIR）設(shè)計(jì)紅外SF6傳感器，能夠精確檢測(cè)SF6氣體泄漏的儀器。

文獻(xiàn)［2］介紹了紅外光譜的檢測(cè)原理。被測(cè)SF6氣體通過1個(gè)燒結(jié)的不銹鋼阻火器進(jìn)入氣室，氣室內(nèi)有1盞燈作為循環(huán)的紅外光源，光源在氣室中反射并終止于2個(gè)熱感應(yīng)片上。2個(gè)感應(yīng)片1個(gè)是“活躍感應(yīng)片”，另一個(gè)是“參照感應(yīng)片”，每個(gè)熱感應(yīng)片都各自輸出1個(gè)電平，以顯示與其表面接觸的紅外光的強(qiáng)度?！盎钴S感應(yīng)片”上覆蓋著1層濾光材料，能透過紅外光譜中被測(cè)氣體所吸收的那段光譜；而“參照感應(yīng)片”上也覆蓋著1層濾光材料，能透過紅外光譜中被測(cè)氣體所不被吸收的光譜，當(dāng)被測(cè)氣體進(jìn)入氣室時(shí)，氣體吸收了紅外光輻射的1段，這樣從“活躍感應(yīng)片”上輸出的信號(hào)也就相應(yīng)減弱，而盡管有被鎖氣體的存在，“參照感應(yīng)片”上的信號(hào)電平保持不變，“活躍感應(yīng)片”和“參照感應(yīng)片”上輸出電平的比率就可以用于計(jì)算被測(cè)氣體的濃度，因?yàn)闇y(cè)量中用的2個(gè)感應(yīng)片上的電平比率，光源強(qiáng)度及光源反射路徑導(dǎo)致的誤差就可以忽略，從而保證了測(cè)量的精度。

3 構(gòu)建檢測(cè)儀的硬件

便攜式SF6氣體泄漏檢測(cè)儀主要由SF6、O2氣體采集器和手持?jǐn)?shù)據(jù)接收器兩部分組成。SF6和O2氣體采集器由SF6傳感器、O2氣體傳感器、無線射頻模塊、微處理器和電源等部分組成，主要完成對(duì)SF6和O2氣體的采集，并將測(cè)量數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給手持?jǐn)?shù)據(jù)接收部分。而手持?jǐn)?shù)據(jù)接收器主要完成對(duì)接收的SF6和O2氣體進(jìn)行分析、顯示和存儲(chǔ)等功能，由無線射頻模塊、微處理器、液晶屏、存儲(chǔ)電路和電源等幾部分組成。

在進(jìn)行印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到各種電磁干擾可能對(duì)探測(cè)儀有影響，PCB設(shè)計(jì)為雙層電路板，底層敷設(shè)銅，不安置元件；頂層空余部分盡量敷設(shè)銅，底層與頂層間的接地通過通孔緊密連接，并且盡量多打些通孔，使得頂層和底層能夠充分的接觸，用以提高抗干擾能力。檢測(cè)儀由雙氣體探測(cè)儀、伸縮桿、手持式無線接收儀和充電器組成，各個(gè)部件如圖1所示。

圖1 檢測(cè)儀的部件

使用時(shí)先將雙氣體探測(cè)儀螺桿旋入伸縮桿的螺絲孔內(nèi)，如圖2所示。旋緊兩部件后，根據(jù)需要還可以調(diào)節(jié)萬向螺絲加以固定。伸縮桿分三段調(diào)節(jié)，根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)長度，調(diào)整好長度后再旋轉(zhuǎn)黑色塑料柄加以固定。

圖2 伸縮桿的伸長調(diào)節(jié)

雙氣體探測(cè)儀和手持式無線接收儀兩者均通過無線接收信息方式互聯(lián)。工作時(shí)候先按雙氣體探測(cè)儀電源開關(guān)使其工作，再按手持式無線接收儀ON／OFF鍵開機(jī)，此時(shí)儀表可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)到的氣體含量值。雙氣體探測(cè)儀每次使用后，要及時(shí)插上充電器進(jìn)行充電。

4 檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)

便攜式SF6氣體泄漏檢測(cè)儀采用模塊化設(shè)計(jì)，檢測(cè)流程圖如圖3所示。

圖3 檢測(cè)流程圖

由圖3檢測(cè)流程方框示意圖可以知道，啟用設(shè)備前首先要進(jìn)行系統(tǒng)初始化設(shè)置，進(jìn)入系統(tǒng)主循環(huán)，這時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)判斷按鍵電路是否有按鍵按下，有則進(jìn)入按鍵響應(yīng)程序，響應(yīng)完按鍵程序后再進(jìn)入下一步程序；如果沒有按鍵按下，則直接進(jìn)入下一步程序；微程序控制器（MCU）處理單元向模數(shù)（AD）轉(zhuǎn)換電路發(fā)出需要數(shù)據(jù)的地址，然后AD轉(zhuǎn)換電路向MCU處理單元回傳數(shù)據(jù)，依次獲得3個(gè)信號(hào)處理電路的信號(hào)數(shù)據(jù)；MCU處理單元將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)寄存器，如果數(shù)據(jù)過多則覆蓋最開始的首存數(shù)據(jù)，同時(shí)MCU處理單元將數(shù)據(jù)在液晶屏上加以顯示，并且按照按鍵的指示呈現(xiàn)不同的顯示形式。

5 使用與維護(hù)

5.1 手持式無線接收儀的使用

1）開關(guān)機(jī) 按一下開關(guān)鍵，儀器開機(jī)，再按一下開關(guān)鍵儀器關(guān)機(jī)。

2）背光 按一下設(shè)置鍵，打開背光；再按一下設(shè)置鍵，關(guān)閉背光。

3）報(bào)警點(diǎn)設(shè)置 按住設(shè)置鍵大約3s，進(jìn)入設(shè)置畫面，按▼或▲鍵進(jìn)行相應(yīng)值的設(shè)定，設(shè)置完成后再按“設(shè)置”鍵，確認(rèn)退出。

4）報(bào)警功能 當(dāng)SF6或者O2的測(cè)量值超過報(bào)警值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，并在畫面上提示何種氣體報(bào)警。

5.2 雙氣體探測(cè)儀的使用

雙氣體探測(cè)儀端面功能指示燈和開關(guān)鍵示意圖，如圖4所示。

圖4 雙氣體探測(cè)儀端面

1）開機(jī)或關(guān)機(jī)

按一下開關(guān)鍵，儀器自動(dòng)開機(jī)，再按住“電源開關(guān)”鍵大約3s，儀器自動(dòng)關(guān)機(jī)。需要注意的是，開機(jī)后儀器需要預(yù)熱120s，待預(yù)熱燈熄滅后才可進(jìn)入正常的測(cè)量模式。

2）自動(dòng)調(diào)零 開機(jī)后儀器會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)SF6氣體和O2氣體的零值（必須在空氣中開機(jī)和預(yù)熱）。

3）報(bào)警功能 當(dāng)O2濃度小于18.6%或SF6濃度超過1 000×10－6時(shí)，手持機(jī)和雙氣體探測(cè)儀同時(shí)發(fā)出報(bào)警，當(dāng)氣體濃度恢復(fù)正常后報(bào)警撤銷。

6 檢測(cè)試驗(yàn)及測(cè)量精度分析

為了對(duì)便攜式SF6氣體泄漏檢測(cè)儀的測(cè)量精度進(jìn)行標(biāo)定，采用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)值與顯示值多次比對(duì)的試驗(yàn)方法，氧量測(cè)量范圍為15%～30%，精度小于小于1%；SF6氣體測(cè)量范圍為0～1 500×10－6，精度為±50×10—6。

檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 O2和SF6氣體檢測(cè)結(jié)果比較

7 結(jié)語

1）便攜式SF6氣體泄漏檢測(cè)儀采用激光原理和應(yīng)用雙光束技術(shù)，利用紅外光譜吸收原理（NDIR），設(shè)計(jì)紅外SF6傳感器采集SF6氣體來實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的精確測(cè)量，大大減少了測(cè)量時(shí)間，不僅使用方便，而且可以直觀地判斷氣體泄漏是否超標(biāo)。

2）便攜式SF6氣體泄漏檢測(cè)儀的一大特點(diǎn)，可以在檢測(cè)時(shí)及時(shí)校正檢測(cè)儀的靈敏度。在現(xiàn)場(chǎng)可以和在線監(jiān)測(cè)裝置作比對(duì)測(cè)試，迅速發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)儀是否工作在正常狀態(tài)。

3）便攜式SF6氣體泄漏檢測(cè)儀，配備了多方向可調(diào)的伸縮桿，可將現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)的SF6氣體和氧氣含量的數(shù)據(jù)，通過無線發(fā)射至手持接收機(jī)上。一旦SF6氣體含量超標(biāo)便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)顯示氣體含量。

4）便攜式SF6氣體泄漏檢測(cè)儀的應(yīng)用，大大提高了SF6開關(guān)室氣體探測(cè)的靈敏度和設(shè)備運(yùn)行可靠性。在建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的背景下，具有較好的實(shí)際應(yīng)用和推廣價(jià)值。

［1］吳劍敏.激光成像技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.上海電力，2008，21（2）：192－195.

［2］張曉青，王麗敏.基于紅外探測(cè)技術(shù)的器材在消防領(lǐng)域中的應(yīng)用［A］.第十屆中國科協(xié)年會(huì)論文集［C］.北京：2008.