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SF6断路器微水含量在线监测系统方案应用

发表时间:2021-10-28 08:41作者:约泰电力设备(上海)有限公司

六氟化硫断路器具有断口电压高、开断能力、允许连续开断的次数较多,噪声低和无火花危险,而且断路器尺寸小、重量轻、容量大、不需要维修或少维修。这些优点使传统的油断路器和压缩空气断路器无法与其相比,在超高压领域中几乎全部取代了其他类型断路器;另外在中压配电方面,六氟化硫断路器具有在开断容性电流时不重燃,以及开断感性电流时不产生过电压等优点,正逐步取代其他类型的断路器。

SF6密度微水在线装置.jpg

六氟化硫断路器的优良性能得益于SF6气体良好的灭弧特性。SF6是无色、无味、无毒,不可燃的惰性气体,具有优异的冷却电弧特性,介电强度远远超过传统的绝缘气体。在均匀电场下,SF6的介质强度为同一气压下空气的2.5—3倍,在4个大气压,其介质电强度与变压器油相当。由于SF6的介质强度高,对相同电压级和开断电流相近的断路器,SF6的串联断口要少。   常态下,SF6气体无色无味,有良好的绝缘性能和灭弧性能,一旦大气中的水分浸入或固体介质表面受潮,则电气强度会显著下降。断路器是户外设备,当气温骤降时,SF6气体过量水可能会凝结在固体介质表面而发生闪络,严重时造成断路器发生爆炸事故。纯净SF6气体,在运行中,受电弧放电或高温后,会分解成单体的氟、硫和氟硫化合物,电弧消失后会又化合成稳定的SF6气体。当气体中含有水分时,出现的氟硫化合物会与水反应生成腐蚀性很强的氢氟酸、硫酸和其他毒性很强的化学物质等,危及维护人员的生命安全,对断路器的绝缘材料或金属材料造成腐蚀,使绝缘劣化,甚至发生设备爆炸。因此,SF6的监测就显得尤为重要了。SF6微水含量在线监测系统


本次设计的系统要求:熟悉110kV SF6高压断路器的整体结构和故障特点,设计SF6高压断路器微水含量在线监测系统,能够对SF6高压断路器中气体的微水含量进行监测,选择合适的传感器构成传感系统,设计信号处理硬件电路和软件框图及部分程序,构成完整的在线监测系统。选择合适的传感器,并对传感器的原理进行分析;完成系统硬件电路的设计,完成软件系统流程框图和部分程序的设计,设计和上位机的通讯系统。

SF6密度微水在线装置.jpg

SF6微水含量在线监测系统设计的最初方案是用湿度传感器采集气体中微水的含量,然后通过NE555芯片将其转换成频率信号传输到下位机即单片机,在单片机里进行一系列的数据处理再通过通信输入到上位机。但是由于频率信号对我们来说不好处理,所以把将湿度传感器采集到的微水信号通过运算放大器转换成电压信号再输入到单片机。SF6气体微水含量在线监测系统湿度特征量信号,并对其进行预处理、传送、存储、计算、判断和显示来完成整个在线监测过程。因此该系统由传感器、单片机、主控PC机组成。单片机是用带AT89C51,采用RS232与PC 机通信。SF6在线监测系统通信距离是20m。

SF6密度微水在线装置.jpg

系统功能描述   

湿度传感器检测到气体的相对湿度后通过运放将其转换成电压信号,并通过低通滤波电路将该电压滤波得到1000HZ以下频率的模拟信号,模数转换芯片ADC0808采集该模拟信号并将其转换成数字信号输入到单片机。单片机通过程序软件一方面判断该信号的大小以选择多路开关的通断来选择参考电容,实现程控;另一方面将该信号存入外存储器以便上位机通过芯片RS232随时读取。


各单元功能介绍  

测量电路湿度指的是相对湿度,用% RH表示。即气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压)与其空气在相同情况下饱和水蒸气量(饱和水蒸气压)的百分比。湿度传感器是一种基于电容原理的湿度传感器,相对湿度的变化和电容值呈线性规律。在自动测试系统中,电容值随着空气湿度的变化而变化,因此将电容值的变化转换成电压或频率的变化,才能进行有效地数据采集。本设计中采用将电容值的变化转换成电压的变化来采集,该电路采集了4个点的信号,用运放放大电压来实现。其原理是给运放反向输入端接一参考电压并串入一参考电容(因为要实现程控,所以并联了4个电容),参考电容值与传感器的电容值之比为运放的增益,该增益乘以参考电压得到输出电压,完成从而完成湿度到频率的转换。


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