浅谈SF6气体及其泄漏在线监控报警系统
发布时间：2015-12-08 08:39 来源：华电国威
SF6是由两位法国化学家Moissan和Lebeau在1900年合成。从60年代起，SF6作为极其优越的绝缘、灭弧介质广泛应用于全世界电力行业中的高压断路器及变电设备中。在今天，SF6气体几乎成为高压、超高压断路器和GIS中唯一的绝缘和灭弧介质。
纯净的SF6气体无色、无味、不燃，在常温下化学性能特别稳定，是空气比重的5倍多。但在电力系统中，由于SF6气体主要充当绝缘和灭弧介质，在电弧及局部放电、高温等因素影响下，SF6气体会进行分解。它的分解物遇水份后生成腐蚀性电解质，尤其是某些高毒性分解物，如SF4、S2F2、SOF2、HF、SO2等，如大量吸入人体会引起头晕和肺水肿，甚至昏迷及死亡。
在相对密封的室内，由于空气流通不畅，SF6及其分解物在室内沉积，加上SF6气体无色、无味，从而对巡视、检修人员产生极大的危害。当GIS产生泄漏后，SF6气体积聚在地坪上方低层空间，造成局部缺氧，使人窒息而造成重大事故。
SF6气体泄漏在线监控报警系统，是针对新型无人值班变电站室内SF6组合电器设备SF6绝缘气体泄漏的在线式监测报警系统。
本系统采用进口新型高灵敏度SF6/O2传感器和温度、湿度传感器。当室内SF6及O2的浓度发生微小变化时都能及时的反映出。传感器将监测的 SF6气体通过热裂解联合成化学的方式转换成电信号，经信号放大、抗干扰网络，由16位高精度A/D转换成数字信号送入单片计算机。单片机对信号进行分析处理，零点跟踪将结果通过485总线模块传送到主控制器，主控制器对数据处理、存储、彩色显示、报警、风机控制，并将结果传送到远程计算机。
《电业安全工作规程》（发电厂和变电站部分）特别规定，装有SF6设备的配电装置室必须保证SF6气体浓度小于1000ppm，除须装设强力通风装置外还必须安装能报警的氧量仪和SF6气体浓度监测报警仪等。
SF6安全法规摘录
第191条 装有SF6设备的配电装置室和SF6气体实验室，必须装设强力通风装置。风口应设置在室内低部。
第192条 在室内，设备充装SF6气体时，周围环境相对湿度80%，同时必须开启通风系统，并避免SF6气体泄漏工作区。工作区空气中SF6气体含量不得超过1000ppm。
第196条 工作人员进入SF6配电装置室，必须先通风15min，并用检漏仪测量SF6气体含量，尽量避免一人进入SF6配电装置室进行巡视，不准一人进入从事检修工作。
第198条 工作人员进入SF6配电装置室低位区或电缆沟进行工作应先检测含氧量（不低于18%）和SF6气体含量是否合格。
第199条 SF6配电装置室低位区安装能报警的氧量仪和SF6气体泄漏报警仪。这些仪器应定期试验，保证完好。
第203条 发生紧急事故应立即开启全部通风系统进行通风。发生设备防爆破膜破裂事故时，应停电处理，并用汽油或丙酮擦拭干净。
SF6气体作为目前发现的最稳定的温室效应气体，踞实验证明在10.5um处具有强烈的光谱吸收特性。SF6激光变送器利用二氧化碳激光器、窄带滤光片、高灵敏低噪声光电探测电路、稳定的光斩波器等先进的设计方法和技术实现了对待测区域中SF6气体浓度的实时、在线高灵敏红外激光光谱遥测。
用激光光谱吸收技术检测，对SF6气体泄漏检测，测量精度可高于百万分之一，检测分辨率达到1ppm量级，而且重复性好，稳定可靠，使用寿命长，定量分析，实现了大范围的连续空间的监测，操作简单，故障率少。
SF6气体泄漏在线监控报警系统主要应用在变电站内35KV SF6开关室及500KV、220KV、110KV GIS室，对SF6组合电器设备室环境中SF6气体泄漏情况和空气中含氧量进行实时监测。
当发生SF6气体泄漏时，由于SF6气体的密度是空气的5倍多，积累于低层空间，并造成局部缺氧，引起重大事故。本系统采用多组新型高灵敏度进口SF6/O2传感器及温、湿度传感器，当室内SF6及O2的浓度发生微小变化时，传感器立即能响应这一些变化，哪怕SF6浓度在10ppmv也能有效地监测。传感器监测的浓度变化量通过变送器，A/D模块、485通讯模块及单片机控制转换成485通讯数字信号，通过现场RS-485总线将信号送至主控制器内，由主控制器进行数据处理和存储，并判断是否报警，启动风机及远程通讯等功能。
本系统最多可监控环境中64个监测点，也可采用多重主控单元组网控制，并与电站自动化系统进行通讯等功能。对室内SF6浓度、O2的浓度进行有效地监控，极大地提高了无人值守变电站运行的安全性，特别是对日常巡视和维护人员的人身安全得到可靠的保障。
热导法是目前气体定量检测中常用检测法，如色谱仪，英国ION公司SF6泄漏定量检漏仪就是采用热导法，热导法优点是物理方法检测，传感器寿命长，线性度好，灵敏度稍低，如我公司ISM3000型产品，就是采用热导法，目前国内已经有八十多套安装使用了。
系统分为三大模块：1. SF6现场检测单元，其中包括气体取样模块和气体分析模块，主要完成气体的取样和各测量点温度和湿度的测量以及SF6和O2定量分析；2. 主机及辅助功能模块，主要完成各模块协调工作，显示、报警；3. 风机控制器，主要完成启动风机的功能。
SF6现场检测单元有两种方案可供选择。一种是紧凑型SF6现场检测单元，即将SF6气体泄漏在线监控报警系统气体取样模块和气体分析模块综合在一起生产的SF6现场检测单元，适用于检测点≤4时推荐采用；另一种是标准型SF6现场检测单元，即SF6气体泄漏在线监控报警系统气体取样模块和气体分析模块分开成两个独立的单元。
SF6现场检测单元主要包括气体取样模块和气体分析模块两个部分。气体取样模块主要完成气体的取样；气体分析模块的核心部分即为温湿度传感器、氧气传感器和SF6传感器，主要完成各测量点的温湿度测量、SF6定量分析和O2定量分析等功能。
当检测点小于5个时，可以选用紧凑型的SF6现场检测单元。
取样模块
①功能与参数：
★ 检测点：12路+1路零点校准；可扩充到36路。
★ 样气流速：3L/min，气路管道可长达几百米。
★ 采样管道：外径Ø6 PU管，内径Ø 4。
★ 可迅速置换完管道气体。
★ 取样方式：长寿命电磁泵，低噪声。
★ 内置5µ孔径的过滤器，可有效过滤空气杂质功能。
★ 工作电源： 85～265VAC，防浪泳和雷击功能。
★ 尺寸：340×420×100
分析模块
①功能与参数：
★ SF6检测范围：0～1500ppm；精度不低于50ppm；分辨率：1ppm。
★ O2检测范围：0～25.0%；误差：小于0.5%；分辨率：0.1%。
★ 温度显示范围：-30～+99℃。
★ 湿度显示范围：0～99%RH。
★ 工作电源：85～265VAC，防浪泳和雷击功能。
★ 自动加强跟踪可疑测量点功能，有效防止误报。
★ 支持现场显示：大屏幕中文显示。
★ 尺寸：290×380×135
传感器参数
（1）SF6/O2传感器
功能与参数：
1. SF6检测范围：0～1500ppm；精度不低于50ppm；分辨率：1ppm。
2. O2检测范围：0～25.0%；误差：小于0.5%；分辨率：0.1%。
3.工作电源：85～265VAC，防浪泳和雷击功能。
4.自动加强跟踪可疑测量点功能，有效防止误报。
（2）温湿度传感器
功能与参数：
1.温度显示范围：-30～+99℃；
2.湿度显示范围：0～99%RH。
主机及辅助功能模块
3.2.1主机
（1）主机功能
◇ 环境中氧气含量监测显示功能。
◇ 环境中SF6气体含量监测显示功能。
◇ 环境中温、湿度监测显示功能。
◇ SF6气体含量超标报警功能，缺氧报警功能。
◇ 定时排风功能，人工强制排风功能，缺氧或SF6含量超标，强制排风功能。
◇ 实时显示各种参数功能。
◇ 历史资料查询功能。
◇ 支持远动系统遥测遥信。
◇ 独创的每天自动零点校准功能，自动克服漂移和误报。
◇ 巡检间隔用户可调。可疑检测点自动加强跟踪功能。
◇ 发生报警时，自动开启风机和声光报警。
◇ 用户可调整SF6、O2的报警参数。
◇ 支持RTU遥测遥信功能。
◇ 海量报警数据记录存储功能,长寿命设计。
◇ 超大彩屏液晶LCD显示，人性化操作界面。
◇ 宽电压电源设计85～265VAC，防浪泳和雷击功能。
◇ 人体感应，自动启动风机或语音系统。
◇ 显示比较稳定，很好地解决了数据漂移地问题。
◇ 可选择与上位计算机连接，实现远程监控，并进行事件记录与历史事件记录。
（2）主机技术指标
★ 主机尺寸：290×325×76
★ SF6浓度检测范围：0～1500ppm或定制。
★ SF6气体检测灵敏度：±5％设置值。
★ 氧气浓度检测范围：0～25%。
★ 氧气测量精度：＜0.5%。
★ 缺氧报警阀值：18.0%（可调）。
★ 温度显示范围：-30～99℃。
★ 湿度显示范围：0～99%RH。
★ 检测点：标准配置12点（可扩展到36点）。
★ 数据记录功能：报警事件自动记录，海量存储，自动更新。
★ 报警输出：继电器空接点输出，可与RTU相连，同时支持RS485报警输出。
★ 支持RTU远程启动风机功能。
★ 支技红外人体检测，自动启动风机或语音提示。
★ 风机控制器：开关型：直接控制风机电源；脉冲型：与风机控制开关相连。可根据现场情况选配。
★ 风机启动支持多种模式：定时启动、报警启动、有人时自动启动、远程启动、手动启动等。
★ 主机多种形式：壁挂式、3U 19英寸标准机箱；仿windows界面，用户界面友好。
★ 通过RS485支持测量数据远传输出如：门口安装大型LED显示屏，远处立即看到测量参数和系统运行情况 (需用户另行选配) 。
★ 支持通信测试功能。
