沈陽儀表科學(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

中工國際工程股份有限公司 王 蘊(yùn)

沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗紅

采用目前先進(jìn)的檢測技術(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，設(shè)計(jì)了一套高壓開關(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家電網(wǎng)，必須確保高壓開關(guān)等設(shè)備工作正常、可靠運(yùn)行。 目前在高壓開關(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關(guān)室中，將會(huì)給高壓開關(guān)室內(nèi)的工作人員帶來嚴(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)，為保證高壓開關(guān)室內(nèi)的工作人員的身體健康，對高壓開關(guān)室內(nèi)的氧氣含量也需實(shí)時(shí)監(jiān)測。因此，我國電力安全工作規(guī)程中明確提出，在高壓開關(guān)配電室安裝有監(jiān)測SF6氣體濃度和氧氣含量的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)（國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程.北京:中國電力出版社,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獨(dú)立的設(shè)備，由監(jiān)測系統(tǒng)分別采集SF6氣體濃度和氧氣含量的信號，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。

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

目前，對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，變送器的輸出信號與安裝有標(biāo)定軟件的計(jì)算機(jī)相連接，傳感器測試人員，通過計(jì)算機(jī)顯示的測試結(jié)果進(jìn)行分析，然后通過計(jì)算機(jī)將變送器的補(bǔ)償數(shù)據(jù)寫入變送器，完成一臺變送器SF6氣體濃度的標(biāo)定；同樣，還需要采用類似的方法對氧氣含量進(jìn)行一次標(biāo)定，兩次標(biāo)定完成后，一臺變送器的標(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SF6氣體濃度和氧氣含量分別進(jìn)行標(biāo)定，操作過程繁瑣；

（2）每次只能對一臺變送器進(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氣體沒有回收，造成SF6氣體的浪費(fèi)，同時(shí)對環(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、變送器測試罐、溫度傳感器、真空壓力表、SF6氣體儲氣罐、氧氣儲氣罐、高純氮?dú)鈨夤?、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，變送器測試罐是一個(gè)密封的罐體，其上通過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，為了檢測標(biāo)定時(shí)的環(huán)境溫度及測試罐的壓力，在變送器測試罐上設(shè)置了溫度傳感器和真空壓力表。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，用于高壓開關(guān)配電室SF6氣體濃度檢測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氣體儲氣罐、5個(gè)氧氣儲氣罐、1個(gè)高純度氮?dú)鈨夤?，每個(gè)儲氣罐上都焊接了2個(gè)單向逆止閥，分別用于向變送器測試罐中充入氣體和接收通過真空泵從變送器測試罐抽回來的氣體。5個(gè)SF6氣體儲氣罐中分別儲存有300ppm、600ppm、900ppm、1200ppm、1500ppm濃度的SF6壓縮氣體；5個(gè)氧氣儲氣罐中分別儲存有氧氣含量為5%、10%、15%、20%、25%的壓縮氣體；高純度氮?dú)鈨夤拗袃Υ嬗屑兌冉咏?00%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，操作人員通過手動(dòng)操作監(jiān)控主機(jī)觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)對待標(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，通過參數(shù)設(shè)置表，可以實(shí)現(xiàn)對待標(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；通過打印機(jī)打印測試數(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U盤對各種標(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)對變送器測試罐各種濃度的SF6氣體、各種含量的氧氣以及高純氮?dú)獬錃獬闅獾目刂疲到y(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)電磁閥級聯(lián)在一起組成，其輸出口級連在一起，具有共同的輸出口。

真空泵1通過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夤拗械母呒兊獨(dú)獬淙胱兯推鳒y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)定變送器檢測的數(shù)值，通過將待標(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的數(shù)值相比較，實(shí)現(xiàn)對待標(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)，將變送器測試罐中的高純氮?dú)獬浠馗呒兊獨(dú)鈨夤拗?，然后控制繼電器，關(guān)閉電磁閥。

（3）零點(diǎn)標(biāo)定完成后，可編程控制器通過控制繼電器動(dòng)作、電磁閥導(dǎo)通，使第1個(gè)SF6氣體儲氣罐中的濃度為300ppm的 SF6氣體充入變送器測試罐中，通過將待標(biāo)定變送器與高精度SF6濃度變送器檢測的數(shù)值相比較，實(shí)現(xiàn)對待標(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)，將變送器測試罐中300ppm濃度的SF6氣體充回第1個(gè)SF6氣體儲氣罐中，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，采用同樣方法對變送器10%、15%、20%、25%氧氣含量的進(jìn)行標(biāo)定。

經(jīng)過以上操作，就完成了一組變送器標(biāo)定工作。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的高壓開關(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。隨著市場對SF6氣體濃度變送器需求的快速增長，本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中必然會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。