便携式SF6气体泄漏检测仪的研发与应用

陈海昆，陈玉辉，曹扣成

（上海市电力公司 松江供电公司，上海 201600）

1 研制检测仪的背景

六氟化硫气体（SF6）作为一种优异的绝缘介质，大量应用于高压开关、变压器和全封闭组合电器（GIS）等高压电气设备中。由于设备的生产、加工和安装等方面的原因，难免会产生SF6气体的泄漏。如果不能及时检测到泄漏的SF6气体，一旦达到一定的浓度时，会对人体产生伤害。为此，电力行业制定了许多对于SF6气体设备的相关的安全运行标准，强调了必须在有SF6气体的开关室，安装SF6气体和氧气含量检测的报警仪器。由于这些检测仪长期安置在开关室的地面，空气的温度、湿度和杂质气体，对在线监测的SF6气体灵敏度会产生很大的影响，一旦失灵就失去了应有的警戒作用，连运维人员的安全巡检也难以得到保障。

此外，在一些户外或者特殊的环境中，不便于安装在线式FS6报警装置，而固定式SF6气体泄漏检漏仪的主要问题是，检漏仪放置一定时间（一般半年左右）后信号漂移严重，导致测量精度明显下降，而且由于安装数量多，成本比较高。相比之下，便携式SF6气体泄漏检漏仪具有信号漂移可以及时得以修正，成本低廉，性价比高，确保使用时具有较高的测量精度。

文献［1］介绍了两种SF6气体泄漏检漏方法：一种是定性检漏，包括抽真空检漏和检漏仪定性检漏。另一种是定量检漏，包括局部包扎法、挂瓶法和扣罩法等。但是，上述两种方法几乎很难发展为在线检测。同时，由于采用非在线检漏方法，检测SF6气体时设备必须停电，需要较多的人力和依靠个人积累的检漏经验，所需经济成本和人力成本都较大，检测结果的主观性也较大，而且不够精确。为此，针对这些问题专门研发了一种便携式SF6气体泄漏检测仪。

2 应用检测新技术

目前市面上有多款SF6气体泄漏检测仪，如紫外线电离型、高频振荡无极电离型、电子捕获型和铂丝热电子发射型及负电晕放电型。便携式SF6气体泄漏检测仪是一种采用激光原理和运用双光束技术；利用红外光谱吸收原理（NDIR）设计红外SF6传感器，能够精确检测SF6气体泄漏的仪器。

文献［2］介绍了红外光谱的检测原理。被测SF6气体通过1个烧结的不锈钢阻火器进入气室，气室内有1盏灯作为循环的红外光源，光源在气室中反射并终止于2个热感应片上。2个感应片1个是“活跃感应片”，另一个是“参照感应片”，每个热感应片都各自输出1个电平，以显示与其表面接触的红外光的强度。“活跃感应片”上覆盖着1层滤光材料，能透过红外光谱中被测气体所吸收的那段光谱；而“参照感应片”上也覆盖着1层滤光材料，能透过红外光谱中被测气体所不被吸收的光谱，当被测气体进入气室时，气体吸收了红外光辐射的1段，这样从“活跃感应片”上输出的信号也就相应减弱，而尽管有被锁气体的存在，“参照感应片”上的信号电平保持不变，“活跃感应片”和“参照感应片”上输出电平的比率就可以用于计算被测气体的浓度，因为测量中用的2个感应片上的电平比率，光源强度及光源反射路径导致的误差就可以忽略，从而保证了测量的精度。

3 构建检测仪的硬件

便携式SF6气体泄漏检测仪主要由SF6、O2气体采集器和手持数据接收器两部分组成。SF6和O2气体采集器由SF6传感器、O2气体传感器、无线射频模块、微处理器和电源等部分组成，主要完成对SF6和O2气体的采集，并将测量数据通过无线方式发送给手持数据接收部分。而手持数据接收器主要完成对接收的SF6和O2气体进行分析、显示和存储等功能，由无线射频模块、微处理器、液晶屏、存储电路和电源等几部分组成。

在进行印刷电路板（PCB）设计时，要考虑到各种电磁干扰可能对探测仪有影响，PCB设计为双层电路板，底层敷设铜，不安置元件；顶层空余部分尽量敷设铜，底层与顶层间的接地通过通孔紧密连接，并且尽量多打些通孔，使得顶层和底层能够充分的接触，用以提高抗干扰能力。检测仪由双气体探测仪、伸缩杆、手持式无线接收仪和充电器组成，各个部件如图1所示。

图1 检测仪的部件

使用时先将双气体探测仪螺杆旋入伸缩杆的螺丝孔内，如图2所示。旋紧两部件后，根据需要还可以调节万向螺丝加以固定。伸缩杆分三段调节，根据需要可以调节长度，调整好长度后再旋转黑色塑料柄加以固定。

图2 伸缩杆的伸长调节

双气体探测仪和手持式无线接收仪两者均通过无线接收信息方式互联。工作时候先按双气体探测仪电源开关使其工作，再按手持式无线接收仪ON／OFF键开机，此时仪表可以实时显示当前在现场探测到的气体含量值。双气体探测仪每次使用后，要及时插上充电器进行充电。

4 检测仪的软件设计

便携式SF6气体泄漏检测仪采用模块化设计，检测流程图如图3所示。

图3 检测流程图

由图3检测流程方框示意图可以知道，启用设备前首先要进行系统初始化设置，进入系统主循环，这时系统自动判断按键电路是否有按键按下，有则进入按键响应程序，响应完按键程序后再进入下一步程序；如果没有按键按下，则直接进入下一步程序；微程序控制器（MCU）处理单元向模数（AD）转换电路发出需要数据的地址，然后AD转换电路向MCU处理单元回传数据，依次获得3个信号处理电路的信号数据；MCU处理单元将数据存入数据寄存器，如果数据过多则覆盖最开始的首存数据，同时MCU处理单元将数据在液晶屏上加以显示，并且按照按键的指示呈现不同的显示形式。

5 使用与维护

5.1 手持式无线接收仪的使用

1）开关机 按一下开关键，仪器开机，再按一下开关键仪器关机。

2）背光 按一下设置键，打开背光；再按一下设置键，关闭背光。

3）报警点设置 按住设置键大约3s，进入设置画面，按▼或▲键进行相应值的设定，设置完成后再按“设置”键，确认退出。

4）报警功能 当SF6或者O2的测量值超过报警值时，发出声光报警，并在画面上提示何种气体报警。

5.2 双气体探测仪的使用

双气体探测仪端面功能指示灯和开关键示意图，如图4所示。

图4 双气体探测仪端面

1）开机或关机

按一下开关键，仪器自动开机，再按住“电源开关”键大约3s，仪器自动关机。需要注意的是，开机后仪器需要预热120s，待预热灯熄灭后才可进入正常的测量模式。

2）自动调零 开机后仪器会自动调节SF6气体和O2气体的零值（必须在空气中开机和预热）。

3）报警功能 当O2浓度小于18.6%或SF6浓度超过1 000×10－6时，手持机和双气体探测仪同时发出报警，当气体浓度恢复正常后报警撤销。

6 检测试验及测量精度分析

为了对便携式SF6气体泄漏检测仪的测量精度进行标定，采用测量标准值与显示值多次比对的试验方法，氧量测量范围为15%～30%，精度小于小于1%；SF6气体测量范围为0～1 500×10－6，精度为±50×10—6。

检测试验结果如表1所示。

表1 O2和SF6气体检测结果比较

7 结语

1）便携式SF6气体泄漏检测仪采用激光原理和应用双光束技术，利用红外光谱吸收原理（NDIR），设计红外SF6传感器采集SF6气体来实现对气体的精确测量，大大减少了测量时间，不仅使用方便，而且可以直观地判断气体泄漏是否超标。

2）便携式SF6气体泄漏检测仪的一大特点，可以在检测时及时校正检测仪的灵敏度。在现场可以和在线监测装置作比对测试，迅速发现在线监测仪是否工作在正常状态。

3）便携式SF6气体泄漏检测仪，配备了多方向可调的伸缩杆，可将现场探测的SF6气体和氧气含量的数据，通过无线发射至手持接收机上。一旦SF6气体含量超标便会发出声光报警，同时显示气体含量。

4）便携式SF6气体泄漏检测仪的应用，大大提高了SF6开关室气体探测的灵敏度和设备运行可靠性。在建设统一坚强电网的背景下，具有较好的实际应用和推广价值。

［1］吴剑敏.激光成像技术在电力系统中的应用［J］.上海电力，2008，21（2）：192－195.

［2］张晓青，王丽敏.基于红外探测技术的器材在消防领域中的应用［A］.第十届中国科协年会论文集［C］.北京：2008.