HD-600型SF6氣體泄漏定量報警裝置系統(tǒng)配置與對比

（一）SF6特點及其危害性

SF6是由兩位法國化學(xué)家Moissan和Lebeau在1900年合成。從60年代起，SF6作為極其優(yōu)越的絕緣、滅弧介質(zhì)廣泛應(yīng)用于全世界電力行業(yè)中的高壓斷路器及變電設(shè)備中。在今天，SF6氣體幾乎成為高壓、超高壓斷路器和GIS中唯一的絕緣和滅弧介質(zhì)。

純凈的SF6氣體無色、無味、不燃，在常溫下化學(xué)性能特別穩(wěn)定，是空氣比重的5倍多。但在電力系統(tǒng)中，由于SF6氣體主要充當(dāng)絕緣和滅弧介質(zhì)，在電弧及局部放電、高溫等因素影響下，SF6氣體會進行分解。它的分解物遇水份后生成腐蝕性電解質(zhì)，尤其是某些高毒性分解物，如SF4、S2F2、SOF2、HF、SO2等，如大量吸入人體會引起頭暈和肺水腫，甚至昏迷及死亡。

在相對密封的室內(nèi)，由于空氣流通不暢，SF6及其分解物在室內(nèi)沉積，加上SF6氣體無色、無味，從而對巡視、檢修人員產(chǎn)生極大的危害。當(dāng)裝有SF6設(shè)備的配電裝置室如GIS產(chǎn)生泄漏后，SF6氣體積聚在地坪上方低層空間，當(dāng)達到一定濃度后，如果工作人員進入室內(nèi)，會造成大腦缺氧，使人窒息而造成重大事故。

正是由于SF6氣體的危害性，《電業(yè)安全工作規(guī)程》（發(fā)電廠和變電站部分）特別規(guī)定，裝有SF6設(shè)備的配電裝置室必須保證SF6氣體濃度小于1000ppm，除須裝設(shè)強力通風(fēng)裝置外,還必須安裝能報警的氧量儀和SF6氣體濃度檢測報警儀等。

（二）有關(guān)SF6安全法則

SF6安全法規(guī)摘錄：

第191條 裝有SF6設(shè)備的配電裝置室和SF6氣體實驗室，必須裝設(shè)強力通風(fēng)裝置。風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在室內(nèi)低部。

第192條 在室內(nèi)，設(shè)備充裝SF6氣體時，周圍環(huán)境相對濕度80%，同時必須開啟通風(fēng)系統(tǒng)，并避免SF6氣體泄漏工作區(qū)。工作區(qū)空氣中SF6氣體含量不得超過1000ppm。

第196條 工作人員進入SF6配電裝置室，必須先通風(fēng)15MIN，并用檢漏儀測量SF6氣體含量，盡量避免一人進入SF6配電裝置室進行巡視，不準一人進入從事檢修工作。

第198條 工作人員進入SF6配電裝置室低位區(qū)或電纜溝進行工作應(yīng)先檢測含氧量（不低于18%）和SF6氣體含量是否合格。

第199條 SF6配電裝置室低位區(qū)安裝能報警的氧量儀和SF6氣體泄露報警儀。這些儀器應(yīng)定期試驗，保證完好。

第203條 發(fā)生緊急事故應(yīng)立即開啟全部通風(fēng)系統(tǒng)進行通風(fēng)。發(fā)生設(shè)備防爆破膜破裂事故時，應(yīng)停電處理，并用汽油或丙酮擦拭干凈。

（三）HD-600系統(tǒng)簡介

HD-600 SF6氣體泄漏定量報警系統(tǒng)，是根據(jù)當(dāng)前電力系統(tǒng)強調(diào)安全生產(chǎn)的形勢，為在安裝有SF6設(shè)備的配電裝置室的工作人員提供人身健康安全保護而設(shè)計、開發(fā)的智能型在線檢測系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要檢測環(huán)境空氣中SF6氣體含量和氧氣含量，當(dāng)環(huán)境中SF6氣體含量超標(biāo)或缺氧，能實時進行報警，同時自動開啟通風(fēng)機進行通風(fēng)，并具有溫濕度檢測、工作狀態(tài)語音提示、遠傳報警、歷史數(shù)據(jù)查詢等諸多豐富功能。

系統(tǒng)采用超聲波測速法原理，能夠?qū)崟r、定量測量SF6濃度，哪怕在SF6濃度在50ppm也能有效地檢測。不僅可以達到保障人身安全的目的，而且還能確保設(shè)備正常運行；原裝進口高穩(wěn)定的超聲波傳感器和氧傳感器，可以為現(xiàn)場工作人員提供更多一層可靠保護。

本系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于各種電壓等級的SF6開閉室、SF6開關(guān)室、 組合電器室（GIS室）、SF6主變室等。

二、系統(tǒng)配置

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)配置表見表2

表2 系統(tǒng)配置表

三、技術(shù)規(guī)范

（一）系統(tǒng)基本功能

1、環(huán)境中SF6氣體含量定量檢測功能。

2、SF6氣體含量超標(biāo)報警功能。

3、空氣中氧氣含量檢測功能。

4、缺氧報警功能。

5、缺氧或SF6含量超標(biāo)，強制排風(fēng)功能。

6、人工設(shè)置報警點。

7、環(huán)境中溫、濕度檢測顯示功能。

8、定時排風(fēng)功能。

9、定點采集功能。

10、人工強制排風(fēng)功能。

11、上次排風(fēng)時間顯示功能。

12、實時顯示各種參數(shù)功能。

13、SF6、O2含量分析功能。

14、數(shù)據(jù)報表功能。

15、歷史數(shù)據(jù)查詢功能。

16、監(jiān)控系統(tǒng)客戶端軟件。

17、系統(tǒng)具有自我診斷能力，防止死機

（二）主要技術(shù)參數(shù)

（1）設(shè)備壽命：10年以上

（2）工作環(huán)境

溫度范圍：－25℃～＋50 ℃

濕度范圍：≤95%RH

地震等級：7度

大氣壓力：86kPa～106kPa

（3）SF6測量指標(biāo)

測量范圍：0～30000ppmv

報警點：可在測量范圍內(nèi)設(shè)置，默認1000ppmv

引用誤差：0～2000ppm ±3%FS；2000～30000ppm ±2%FS

重復(fù)性誤差：<5%FS

零點漂移：<5%FS

量程漂移：<5%FS

（4）氧氣測量指標(biāo)

檢測濃度：0～35%

氧氣濃度報警點：18%

氧氣測量精度：<0.4%,O2在21%時

（5）其它指標(biāo)

溫度測量范圍： -25℃ ～ +99℃

濕度測量范圍： 0～99%RH

工作電源：AC 220V，可選DC 110V、220V

開關(guān)量輸出容量：24V/48V/110V/220V，3A

風(fēng)機輸出觸點電流:AC380/45A（可根據(jù)用戶需求定制）

風(fēng)機通風(fēng)時間設(shè)定：可設(shè)置，默認15MIN/次

通訊方式： RS-485總線方式

通訊規(guī)約：通用電力通信規(guī)約

絕緣性能 外殼與電源間：>10MΩ

抗電強度 外殼與電源間：>2000V

電磁兼容特性：快速瞬變脈沖群 GB/T17626.4-1999 3級

雷擊（浪涌） GB/T17626.5-1999 3級

（三）功能特點

先進的測試原理

系統(tǒng)采用聲速原理，可定量、實時在線測量SF6氣體泄漏含量，克服了傳統(tǒng)測量方法如負電暈放電法和鹵素傳感器法只能定性判別是否越限的缺陷，能夠準確得到氣體中SF6含量。

可靠性

系統(tǒng)采用雙差分處理方法，有效克服了溫度、濕度對測量結(jié)果的影響，消除了傳統(tǒng)產(chǎn)品的缺陷。

分析功能

監(jiān)控軟件可分析SF6氣體含量變化趨勢，可有效掌握運行設(shè)備的狀態(tài)，真正起到預(yù)警作用，這也是傳統(tǒng)定性產(chǎn)品無法做到的。

寬范圍內(nèi)實時、定量檢測SF6氣體濃度

系統(tǒng)可以在0～30000PPM范圍內(nèi)精確測量空氣中SF6氣體含量，全量程定量顯示。

報警閾值調(diào)整功能

SF6報警閾值可在50～2000PPM內(nèi)自行設(shè)定。缺氧報警閾值可在15～20%內(nèi)自行設(shè)定。

通用電力規(guī)約，與綜自系統(tǒng)無縫集成

系統(tǒng)對外提供CDT、MODBUS、103等通用電力規(guī)約接口，可與國內(nèi)多家綜自廠家如南瑞、南自、許繼、四方、東方電子等系統(tǒng)無縫集成。

多參數(shù)輸出

通過電力規(guī)約，系統(tǒng)可將各采集器SF6、O2含量，溫濕度數(shù)值，各節(jié)點通訊、工作、報警狀態(tài)等多個參數(shù)實時傳輸至綜自系統(tǒng)，真正實現(xiàn)無人值守功能。

多狀態(tài)輸出

系統(tǒng)可同時提供報警信號、主機狀態(tài)信號、采集器狀態(tài)信號等多個開關(guān)量輸出。除SF6泄露報警、缺氧報警外，系統(tǒng)還能實時檢測自身狀態(tài)，如發(fā)生通訊或采集異常、系統(tǒng)停電停止運行時，也可以分別輸出開關(guān)量信號。

多種風(fēng)機控制方式

風(fēng)機有全天6時段定時自啟動、告警啟動、強制啟動、人員感應(yīng)啟動等多種啟動方式，更有效地保證人身安全。

豐富語音提示功能

系統(tǒng)主機具有人體感應(yīng)功能，當(dāng)有工作人員接近開關(guān)室時，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)啟動語音提示，告知工作人員當(dāng)前室內(nèi)是否存有SF6或氧氣報警，報警具體的方位，是否存在設(shè)備狀態(tài)異常，設(shè)備異常方位，是否需要通風(fēng)后進入等多種信息。

可選直流電源

系統(tǒng)可以采選直流屏提供DC110V或DC220V作為系統(tǒng)電源，可有效防止交流停電時系統(tǒng)即停止運行的問題。

監(jiān)控軟件

具有數(shù)據(jù)報表、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

長壽型設(shè)計

本裝置是采用聲速技術(shù)原理，真正意義上實現(xiàn)了SF6濃度實時定量采樣分析，充分利用單片機的工作靈活性，傳感器采取間歇式工作測量，大大提高了傳感器的工作穩(wěn)定性和使用壽命，系統(tǒng)運行壽命在10年以上。

免維護設(shè)計

盡心的電氣設(shè)計，整機無可調(diào)節(jié)器件，高等級、品質(zhì)保證的元器件選用，優(yōu)異的抗干擾性能。

（四）系統(tǒng)原理及性能對比

目前，探測SF6濃度的儀器多采用以下幾種方法：傳感器探測法、負電暈放電法、熱列解法及激光紅外法等。但這些方法大都存在以下缺點：

1、并非檢測SF6濃度的專用傳感器，容易受環(huán)境氣體的影響，如氟利昂、氯氣及氫氣等刺激性氣體都會影響到鹵素傳感器，也就是說，在旁邊噴口煙霧也會影響到測量結(jié)果。

2、誤報率較高，受環(huán)境因素影響較大，濕度及溫度都會對其產(chǎn)生影響，誤報率高。

3、壽命較短，采集器調(diào)整不易。每只采集器的特性曲線都是不同的，一般裝置出廠前廠家會調(diào)設(shè)好，因此，若采集器失效，需更換，則必須對整個裝置進行重新調(diào)整。

4、頻率漂移對采集器的影響也增大了產(chǎn)生誤差的可能性。

超聲波測速法是目前世界上較先進的探測方法，最早為德國DILO所應(yīng)用，主要是采用超聲波測速原理，通過測量混合氣體的聲速轉(zhuǎn)換成不同的信號流來確定SF6的含量。

聲波是一種在彈性媒質(zhì)中傳播的機械波，它是縱波。頻率小于20 Hz的聲波為次聲波，頻率在20 Hz～20 kHz的為可聞聲波，大于20 kHz為超聲波。超聲波具有波長短、易于定向發(fā)射等優(yōu)點，而且超聲波在媒質(zhì)中的傳播速度與媒質(zhì)的特性和狀態(tài)有關(guān)，通過媒質(zhì)中聲波的測定可了解媒質(zhì)的特點。如測氣體、液體的濃度，液體的流速，氣體溫度的瞬時變化，材料的彈性模量等，都可通過測這些物質(zhì)中的聲速來實現(xiàn)。

聲波在理想氣體中的傳播速度為：

=

式中,

為比熱容比（

=Cp/Cv）；R為普適氣體常量；

為摩爾質(zhì)量；T為氣體的開氏溫度。當(dāng)通過差分法消除溫度影響后，聲波速度就僅和

氣體摩爾質(zhì)量有關(guān)。

對于SF6氣體，其氣體摩爾質(zhì)量為空氣的5.1倍，因此當(dāng)空氣中泄漏SF6含量變化時，其氣體摩爾質(zhì)量也會發(fā)生變化，對應(yīng)到聲速上也會產(chǎn)生對應(yīng)的改變。我們通過超聲傳感器測量超聲波的傳播速度，反推出SF6氣體的含量，即可實現(xiàn)定量測量空氣中SF6泄漏氣體的濃度。

因此采用“聲波測速法”原理的HD-600 SF6氣體泄漏監(jiān)控報警系統(tǒng)具有可靠性高、誤報率低、受環(huán)境因素影響小。不存在頻率漂移的影響、誤差小等優(yōu)點，且使用壽命較長。

下表為超聲波測速法與其它典型測量方法特點的對比：