环网柜SF6气体的在线泄漏及压力、放电监测装置的制作方法

本发明涉及电网设施，尤其是环网柜sf6气体的在线泄漏及压力、放电监测装置。

背景技术：

1、sf6气体具有优秀的灭弧性能，广泛应用于电力系统中。气体绝缘环网柜在城市电网中的应用也越来越广泛，目前存量较大，年久失修。据电网内部统计，由于柜内的sf6气室漏气导致的故障占有较高的比例，故有必要对环网柜sf6气体泄漏在线监测技术特别是微量气体泄漏进行研究。

2、由生产焊接工艺、罐体材料、安装等条件的制约，环网柜在使用一定时间后出现漏气导到压力下降，最终影响到绝缘性能，故对sf6气体的压力监测，针对泄漏及时的发出维护指令，避免了经济损失；而近年的研究表明，柜内的放电现象可以产生一定的臭氧气体，故对臭氧气体进行实时监测来进一步综合诊断环网柜的故障具有重要的意义；

3、目前市场上针对环网柜的维护措施较少，智能化不高，大部分处于人工维护阶段，工作人员需要一一的开柜读取sf6压力表压力值是否下降，没有在线泄漏监测、压力监测、臭氧监测等，工作效率低下。

4、而针对电站网gis监测的sf6气体泄漏报警装置，为保护人身安全而立，被动式监测、报警点较高，并不适用于环网柜实时泄漏监测。对于sf6泄漏报警装置的应用中，红外双波法（ndir）具有结构简单、精度较好、免维护、信价比高等优点，可以广泛应用于在线监测系统中。市面上sf6在线监测技术多是基于红外原理，根据相关标准而设计，而标准所规定的报警点是针对人身安全而确立的，多半采用扩散式传感器，其检测的精度、稳定性较为宽泛，最小检出限值较高，故泄漏报警点较高。

5、对于环网柜等充气设备做故障预防性诊断要求，监测系统必须实现实时、精度高、稳定性能佳、检出限值低的，以为保证测量的可靠性。市面上广泛应用的红外式工作原理都是被动式检测，所泄漏的气体渗透到sf6变送器内才有具体的数值，实时性差。

6、综上，现有技术的缺点在于：

7、（1）无专门针对环网柜的sf6气体泄漏、电缆放电监测装置；

8、（2）传感器部分：多个sf6扩散式传感器，检出限值高,泄漏报警点高，成本高；

9、（3）环网柜等sf6气室压力，目前的监测只有人工定期检查，效率极低，同时有可能由于检查不及时，而造成sf6气室完全泄漏后没有被发现。

10、（4）因目前没有要求定时对的环网柜的局部放电故障进行监测， 当环网柜发生局部放电时，不能被及时发现，对环网柜的安全运行造成一定的隐患。

11、本发明专利技术涉及一种基于5g技术的环网柜sf6气体的在线泄漏及压力、放电监测装置，设备sf6气体量程为0-1000ppm,采用红外双波式传感器方式取样泄漏气体的浓度，具有检出限值低、精度较高、响应快等优点，可以在泄漏初期及时的监测出环网柜或开关柜内sf6气体泄漏程度，再对sf6压力监测和臭氧监测进行综合分析，对柜内的健康状态做出预防性判断。

技术实现思路

1、本发明提出环网柜sf6气体的在线泄漏及压力、放电监测装置，具有检出限值低、精度较高、响应快等优点，可以在泄漏初期及时的监测出环网柜或开关柜内sf6气体泄漏程度，再对sf6压力监测和臭氧监测进行综合分析，对柜内的健康状态做出预防性判断。

2、本发明采用以下技术方案。

3、环网柜sf6气体的在线泄漏及压力、放电监测装置，所述监测装置包括mcu、sf6多气路采集切换电路和与之相连的主动式气路采样装置，所述主动式气路采样装置由气泵驱动，包括集成有传感器（2）的传感器气室（7），还包括与传感器气室相通的多根导气管（6）；所述多根导气管分别与不同的环网柜监测点相通，形成多个采样通道；各导气管均设有与sf6多气路采集切换电路相连的电磁阀；当监测装置工作时，mcu通过sf6多气路采集切换电路对多路电磁阀进行轮流控制通断，使气泵把不同监测点的气体吸入传感器气室以执行多个环网柜监测点的泄漏检测。

4、所述环网柜监测点为环网柜易发生泄露的位置，包括环网柜电缆头、环网柜密封圈、环网柜焊缝。

5、所述导气管以密封圈（3）、气路接头（4）、气路螺帽（5）固定于传感器气室处；所述传感器与信号板（1）相连；信号板以固定螺栓（8）、连接螺柱（9）固定于传感器气室顶部。

6、所述传感器包括sf6传感器、臭氧传感器，以同时检测sf6和臭氧。

7、所述臭氧传感器包括精密臭氧传感器采样电路，包括电化学臭氧传感器s1，电化学臭氧传感器s1的引脚中，s为工作电极，r为参比电极，c为对电极；

8、精密臭氧传感器采样电路中，以3个低噪声的运放构成工作回路，运放u1为电化学臭氧传感器提供稳定的偏置电压，电极c和电极s参与氧化与还原反应，电化学臭氧传感器根据气体的的浓度大小输出对应大小的电流，由s极输出给运放u3a放大，再由运放u2d跟随输出给后端电路。

9、所述sf6多气路采集切换电路为8路电磁阀控制电路，其mcu控制8路电磁阀控制电路的达林顿阵列芯片u17的导通和截止，以控制到8路电磁阀控制电路的mos管ut4421g的开和关，对不同导气管处的电磁阀进行控制；

10、所述达林顿阵列芯片输出口接一个1k欧的限流电阻以防止驱动电流大导致芯片发热，当达林顿阵列芯片输出打开时，以两个1k欧的电阻对输出的24v形成分压，防止mos管门级电压过高造成mos管失效；mos管门级串接100欧的斜率电阻以防止mos管上升时间过快。

11、所述mcu为监测装置的主控制器，sf6传感器的数据由mcu直接读取；

12、所述sf6传感器包括sf6气体泄漏检测传感器和与环网柜sf6气室相连的sf6压力检测器；

13、sf6传感器的数据通过485电路送入mcu串口，mcu对两种传感器数据分别进行存储和滤波处理；

14、臭氧传感器的值送入ad采样电路的输入口进行数据采样；监测装置通过多路电磁阀控制来轮流监测环网柜的多个区域，实现不同导气管的气路轮询切换，多个气路由同一个微型气泵的泵吸气作业来执行采样。

15、所述监测装置检测到环网柜sf6气体泄漏检测后，再结合sf6压力检测器来判断环网柜sf6气室的实际压力情况；同时结合漏气的多少算出泄漏年率，并通过对应的算法来向用户工作人员发送提示信息，所述提示信息包括是否马上进行补气、何时补气或是否需要维修。

16、所述监测装置通过监测柜内的臭氧情况来执行柜内电缆间的放电状态监测，判断出电缆间的是否存在放电现象。

17、所述监测装置在监测时，采用红外双波式传感器方式取样泄漏气体的浓度，监测装置通过5g网络，把监测数据或判断结果上传至远端电力平台，提出信息告警，并以工作票的形式通知现场工作人员执行补气或维修作业。

18、本发明通过主动式气路结构，再结合mcu轮询的方式对不同的通道进行采集，实现sf6气体泄漏和电缆放电同时检测，同时sf6传感器和臭氧传感器都集成到一个气室中，实现了扩散式向泵吸式的转变，使响应时间、检测限值、精度、可靠性等大大的提高。

19、本发明提出一种基于5g技术的环网柜sf6气体的在线泄漏及压力、放电监测装置，设备sf6气体量程为0-1000ppm,采用红外双波式传感器方式取样泄漏气体的浓度，具有检出限值低、精度较高、响应快等优点，可以在泄漏初期及时的监测出环网柜或开关柜内sf6气体泄漏程度，再对sf6压力监测和臭氧监测进行综合分析，对柜内的健康状态做出预防性判断。

20、本发明专利将高精度扩散式传感器增加一个密封的气室，引出取气管路到具体的监测点中，再加装抽气泵抽气送入传感器中，实现示值的读取；本发明中，取气管路可以连接到容易泄漏的位置，如电缆头、密封圈、焊缝等，可大大提高监测的效率。

21、本发明在实施时，可针对机械式密度表进行三通改造，嵌入一个压力传感器来实时监测柜内具体的压力，主机再结合气体泄漏量来做综合诊断，同时，本发明专利还可以通过臭氧传感器来判断内是否有臭氧信号，以判断环网柜内的电缆间放电检测的功能，为检修提供依据。

22、本发明以1个芯片控制8路电磁阀，其电路中，mcu控制达林顿芯片u17实现mos管的通断。达林顿芯片输出口接一1k欧的限流电阻，防止驱动电流大导致芯片发热，当达林顿芯片输出打开时，2个1k欧的电阻对24v形成分压，防止mos管门级电压过高造成mos管失效；门级串接100欧的斜率电阻，可防止mos管上升时间过快，该电路以简洁的设计，优于复杂的分立元件控制电路，可以很方便的扩展到16路、24路等以增加气路来扩展检测点位数量，经实际验证功能完全满足需求。故实用性强。

23、本发明专利技术成本低，且在实际应用上有极大的实用价值和商用价值，可以大大的提高环网柜等运维人员的工作效率，并可将产品延伸到电力监测的其它领域中；本发明的优点还在于：

24、（1）本发明在高精度扩散式传感器增加一个密封的气室，成为类似于管道式结构。再加装抽气泵并多路电磁阀切换送入传感器中，多条测试管路可以连接到容易泄漏的位置，如电缆头、密封圈、焊缝等。这样通过多点监测接入，轮询方式接入一个sf6传感器中，可大大提高sf6监测装置的成本以及可靠性。

25、（2）本发明在压力传感器方面，采用低功耗设计，通过主机实时读取压力数据，电路采用可靠性设计，实现长期工作。其基于mems技术的压力监测技术，通过内部温度传感器来增加压力点的p20算法，解决因温度变化导致压力精度偏差的问题。

26、（3）本发明通过臭氧气体监测，判断柜内电缆放电情况，可扩大诊断范围。

27、（4）通过5g网络实现数据上传。

28、（5）目前市面上大多数sf6在线监测技术采用扩散式传感器，处于被动式检测，且检测的精度不高、最小检出限值较大，故泄漏报警点较高，不适合环网柜的检漏要求。而本提案工作于主运式检测，实现精度高、稳定性能佳、检出限值低的，可实时检出微小的泄漏。可适用于设备故障预防性诊断要求。

29、（6）本发明专利将高精度扩散式传感器增加一个密封的气室，引出进出管路，再加装抽气泵抽气送入传感器中，管路可以连接到容易泄漏的位置，如电缆头、密封圈、焊缝等，可大大提高监测的效率，又可以大大的减少sf6传感器的成本。

30、（7）本发明专利通过监测sf6气室的压力可直接判断出当前压力状态，结合漏气的多少算出泄漏年率，再通过一定的算法来提示用户工作人员是否马上进行补气何时补气或维修等作业。

31、（8）本发明专利再通过监测柜内的臭氧情况，实现电缆间的放电状态监测，判断出电缆间的是否存在放电现象。

32、（9）本发明专利再通过这三种（泄露、压力、放电）监测的数据进行综合计算，做出专家诊断，发出声光报警、并通过5g网络上传到控制中心，控制中心再以工作票等形式发出指令发送到现场维护人员的手机app软件中，达到及时维护的目的。