SF₆電氣設備內SO₂組分在線監測系統采樣氣路控制裝置的制作方法

專利名稱：SF₆電氣設備內SO₂組分在線監測系統采樣氣路控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及SF6電氣設備內放電故障的在線監測領域，尤其涉及SF6電氣設備內SO2組分在線監測系統采樣氣路控制裝置。
背景技術：
SF6氣體十分穩定，具有優異的絕緣和滅弧性能，是迄今為止最理想的絕緣、滅弧介質，特別是在氣體絕緣組合電器(GIS)中的應用。即便SF6電氣設備運行狀態比較穩定，但在長期的運行過程中也難免會發生故障。由于設備運行于高壓線路中，一旦發生故障，造成的損失是不可估量的。所以有必要對設備的運行狀況進行定期的檢測并實施相應的維護工作。(參見文獻I)目前，SF6電氣設備內的氣體檢測主要是通過現場采集設備內氣體后送至實驗室，應用中紅外光譜和色譜等方法進行分析。這些方法采樣間隔較長，不利于及時發現設備內的故障。鑒于在線監測系統具有實時性強、檢測周期短、分析速度快等特點，在線監測3^氣體組分的方法是未來發展的趨勢。采用在線監測的方法需要一套能實現自動控制的氣路裝置對設備內的氣體進行取樣，本實用新型中的氣路裝置能實現自動和手動兩種模式進行采樣。文獻1:SF6氣體及其衍生物的紅外光譜分析[J].蔡濤，王先培，黃云光，杜雙育等·光譜學與光譜分析，2010，Vol. 30Νο· 11.
實用新型內容 本實用新型的目的在于提供一種能自動和手動兩種模式進行采樣的SF6電氣設備內SO2組分在線監測系統采樣氣路控制裝置。本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下。SF6電氣設備內SO2組分在線監測系統采樣氣路控制裝置，主要包括下位機控制模塊、第一光纖準直耦合透鏡模塊、第二光纖準直耦合透鏡模塊、光源模塊、氣體采樣池、氮氣鋼瓶、上位機、光譜儀模塊、真空泵、待測SF6電氣設備。所述氣體采樣池，為光程已知的直通式管道結構，氣體采樣池兩端分別設有氣體流通通道，通道一端為進氣口，另一端為出氣口 ；氣體采樣池兩端還設有結構相同的螺紋接口，第一螺紋接口與第一光纖準直耦合透鏡模塊的一端連接、第二螺紋接口與第二光纖準直耦合透鏡模塊的一端連接。所述下位機控制模塊是一臺控制器，包括MCU1、MCU2和POWER三個部分，這三個部分又分為以下子模塊單片機模塊，繼電器模塊，電源模塊，變送器輸入模塊，顯示模塊，PCF8563時鐘模塊，按鍵模塊；單片機模塊包括MCUl和MCU2，MCU1的串口輸出端與MCU2的串口輸入端相連，MCUl的串口輸入端與MCU2的串口輸出端相連；繼電器模塊包括五個繼電器，分別與五個電磁閥相連，由MCU2控制；電源模塊包括DC5V，DC12V，AC220V三種供電電路結構；變送器輸入模塊包括溫度變送器和壓力變送器，分別與MCUl相連；顯示模塊是一塊分辨率為128X64的液晶顯示器，直接與MCUl相連；PCF8563時鐘模塊是一塊時鐘芯片，直接與MCU2相連；按鍵模塊控制LED燈和繼電器模塊，包括八個按鍵，與MCU2相連。所述真空泵，是一個由DC12V電源驅動的微型化的泵吸裝置。所述氮氣鋼瓶，是系統中光譜檢測背景氣體，即氮氣的氣源。所述待測SF6電氣設備，是系統中待測樣本氣體的氣源。各部件的連結關系第一光纖準直耦合透鏡模塊的另一端與光源模塊連接；第二光纖準直耦合透鏡模塊的另一端與光譜儀模塊連接。壓力變送器連接用三通分別連接氣體采樣池進氣針閥、氣體采樣池、壓力變送器，溫度變送器連接用三通分別連接氣體采樣池、氣體采樣池出氣針閥、溫度變送器。下位機控制模塊通過RS232通信線與上位機一端接頭連接，上位機另一端接頭通過USB通信線與光譜儀模塊連接。下位機控制模塊分別通過電線與采樣氣體進氣電磁閥、氮氣進氣電磁閥、真空泵電磁閥、采樣氣體排氣口電磁閥、真空泵連接。氮氣進氣連接用三通分別連接氮氣進氣電磁閥、氣體采樣池進氣止回閥和采樣氣體進氣電磁閥的一端。采樣氣體排氣口連接用三通分別連接真空泵電磁閥、氣體采樣池出氣止回閥和采樣氣體排氣口電磁閥。采樣氣體進氣電磁閥的另一端與待測SF6電氣設備相連接。本實用新型有益效果1.本實用新型實現了利用紫外光譜方法實時監測SF6電氣設備內的SO2組分，解決了對進行在線監測時樣本氣體的自動采樣氣路的設計問題；2.本實用新型可以實現樣本氣體的自動采樣與氣路元件的自動控制，具有采樣過程自動化、檢測分析實時化等特點，對實現SF6電氣設備的在線監測以及保證電網的安全穩定運行具有重要的意義；3.本實用新型具有元件價格低廉、系統安裝簡易等特點，適用于現場復雜的檢測要求。

圖1是本實用新型SF6電氣設備內SO2組分在線監測系統采樣氣路控制裝置結構示意圖。圖中下位機控制模塊1，電磁閥信號控制線2，第一光纖準直耦合透鏡模塊3-1，第二光纖準直稱合透鏡模塊3-2,光源模塊4,氣體米樣池5,壓力變送器6, 7壓力變送器連接用三通7，氣體采樣池進氣針閥8，氣體采樣池進氣止回閥9，氮氣鋼瓶10，氮氣進氣電磁閥11，氮氣進氣連接用三通12，采樣氣體進氣電磁閥13，RS232通信線14，上位機15，USB通信線16，光譜儀模塊17，溫度變送器連接用三通18，溫度變送器19，氣體采樣池出氣針閥20，氣體采樣池出氣止回閥21，采樣氣體排氣口 22，采樣氣體排氣口電磁閥23，采樣氣體排氣口連接用三通24，真空泵電磁閥25，真空泵26，待測SF6電氣設備27。圖2是本實用新型中的下位機控制模塊MCUl部分電路原理圖。[0028]圖3是本實用新型中的下位機控制模塊MCU2部分電路原理圖。圖4是本實用新型中的下位機控制模塊DC5V電源原理圖。圖5是本實用新型中的下位機控制模塊DC12V電源原理圖。圖6是本實用新型中的下位機控制模塊AC220V電源原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。本實用新型提出的SF6電氣設備內SO2組分在線監測系統采樣氣路控制裝置，可配合光譜檢測的方法，實現對待測SF6電氣設備中組分氣體的自動化采樣和在線檢測，能使檢測工作方便的進行。本實用新型結構如圖1所示，圖中，SF6電氣設備內SO2組分在線監測系統采樣氣路控制裝置，主要包括下位機控制模塊1、第一光纖準直耦合透鏡模塊3-1、第二光纖準直率禹合透鏡模塊3-2、光源模塊4、氣體米樣池5、氮氣鋼瓶10、上位機15、光譜儀模塊17、真空泵26、氮氣待測SF6電氣設備27。所述氣體采樣池5，為光程已知的直通式管道結構，氣體采樣池兩端分別設有氣體流通通道，通道一端為進氣口，另一端為出氣口 ；氣體采樣池兩端還設有結構相同的螺紋接口，第一螺紋接口與第一光纖準直耦合透鏡模塊3-1的一端連接、第二螺紋接口與第二光纖準直耦合透鏡模塊3-2的一端連接。所述下位機控制模塊I是一臺控制器，包括MCU1、MCU2和POWER三個部分，這三個部分又分為以下子模塊單片機模塊，繼電器模塊，電源模塊，變送器輸入模塊，顯示模塊，PCF8563時鐘模塊，按鍵模塊；單片機模塊包括MCUl和MCU2，MCU1的串口輸出端與MCU2的串口輸入端相連，MCUl的串口輸入端與MCU2的串口輸出端相連；繼電器模塊包括五個繼電器，分別與五個電磁閥相連，由MCU2控制；電源模塊包括DC5V，DC12V，AC220V三種供電電路結構；變送器輸入模塊包括溫度變送器和壓力變送器，分別與MCUl相連；顯示模塊是一塊分辨率為128X64的液晶顯示器，直接與MCUl相連；PCF8563時鐘模塊是一塊時鐘芯片，直接與MCU2相連；按鍵模塊控制LED燈和繼電器模塊，包括八個按鍵，與MCU2相連。所述真空泵26，是一個由DC12V電源驅動的微型化的泵吸裝置。所述氮氣鋼瓶10，是系統中光譜檢測背景氣體，即氮氣的氣源。所述待測SF6電氣設備27，是系統中待測樣本氣體的氣源。各部件的連結關系第一光纖準直耦合透鏡模塊3-1的另一端與光源模塊4連接；第二光纖準直耦合透鏡模塊3-2的另一端與光譜儀模塊17連接。壓力變送器連接用三通7分別連接氣體采樣池進氣針閥8、氣體采樣池5、壓力變送器6，溫度變送器連接用三通18分別連接氣體采樣池5、氣體采樣池出氣針閥20、溫度變送器19。下位機控制模塊I通過RS232通信線14與上位機15 —端接頭連接，上位機15另一端接頭通過USB通信線與光譜儀模塊17連接。下位機控制模塊I分別通過電線與米樣氣體進氣電磁閥13、氮氣進氣電磁閥11、真空泵電磁閥25、采樣氣體排氣口電磁閥23連接。[0045]氮氣進氣連接用三通12分別連接氮氣進氣電磁閥11、氣體采樣池進氣止回閥9和米樣氣體進氣電磁閥13的一端。采樣氣體排氣口連接用三通24分別連接真空泵電磁閥25、氣體采樣池出氣止回閥21和采樣氣體排氣口電磁閥23。采樣氣體進氣電磁閥13的另一端與待測SF6電氣設備27相連接。參見圖1，2，3，下位機控制模塊I采用兩片PIC18F4520 (MCUI和MCU2)單片機作為控制器。圖2中的12864顯示屏(128X64IXD)由單片機直接驅動，不需外加驅動芯片，負責顯示溫度、壓力以及系統中所有4個電磁閥的實時狀態。MCUl和上位機15通過RS232通信線14進行通信，串口通信模塊(MAX232)由MAX232芯片和4個104電容組成，實現TTL電平和232電平之間的轉換。變送器輸入模塊(Transmitter)接受SF6氣室內的溫度壓力信號并傳至MCUl。指示燈模塊(LED)包括3盞指示燈，其中的LEDl指示MCUl是否正常工作，LED2指示是否有數據向上位機發送，LED3為預留指示燈，R9、RIO、Rll為限流電阻，防止發光二級管被擊穿(電阻和LED未在圖中詳細標出)。報警模塊(BEEP)采用無源壓電式蜂鳴器BEEP。單片機采用ICSP接口燒寫程序，復位部分(RESET)用于單片機復位之用。MCUl也會與MCU2通信，用于傳輸控制和狀態信號。下位機控制模塊I通過控制與各電磁閥及真空泵26對應的繼電器模塊(RELAY)，進而實現對真空泵26、采樣氣體進氣電磁閥8、氮氣進氣電磁閥11、真空泵電磁閥25、采樣氣體排氣口電磁閥23的控制。圖3中的MCU2單片機負責驅動反相器電路(ULN2003A)來使繼電器模塊(RELAY)動作，當反相器電路(ULN2003A)的I輸入端獲得高電平時，繼電器(RELAY)的線圈兩端將獲得約5V的壓降，繼電器(RELAY)動作，將電磁閥(S0LEN0IDVALVE)的控制端和繼電器模塊(RELAY)的接線端子的2端相連，則電磁閥(SOLENOID VALVE)發生動作，其余繼電器模塊(RELAY)工作原理相同。按鍵模塊(KEY)包括8個按鍵(KEY1到KEY8)，其中的KEYl按鍵用來控制繼電器1，KEY2用來控制繼電器2，KEY3用來控制繼電器3，KEY4用來控制繼電器4，按鍵KEY5用來啟動自動采樣功能，按鍵KEY6用來啟動PCF8563時鐘芯片，用于啟動定時自動采樣，按鍵7用于退出定時采樣功能，按鍵KEY8用于控制真空泵的啟動(具體按鍵未在圖中詳細標出)。指示燈模塊(LED)包括4盞LED燈(LED4到KEY7)，LED4、LED5、LED6、LED7分別用于指示4個電磁閥(SOLENOID VALVE)的狀態，燈點亮時電磁閥(SOLENOID VALVE)為開啟，燈滅為閉合(具體各LED燈在圖中未詳細標出)。時鐘模塊(PCF8563)主要由PCF8563時鐘芯片和32768Hz的晶振組成，由DC5V電源和鋰電池雙相供電，可以確保下位機斷電后時鐘能夠正常運行。圖4、5、6為供電電源部分，分為DC5V電源、DC12V電源和AC220V電源三個模塊。圖4中DC5V電源模塊有兩種取電模式一種是通過USB取電，另一種是通過DC5V電源適配器取電。J4為USB接口，Key3為滑動開關，用以選擇利用何種方式取電，Key4為6腳鎖定按鍵用于外部電源適配器取電模式。LED8為DC5V電源指示燈，R28為限流電阻，C11、C12、C15、C16為濾波電容，用于穩定5V電壓。圖5中DC12V通過電源適配器取電。圖6中AC220V電源模塊主要通過外部220V交流電源取電。以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案，都落入本發明的保護范圍。
權利要求1.SF6電氣設備內SO2組分在線監測系統采樣氣路控制裝置，其特征在于，主要包括下位機控制模塊、第一光纖準直耦合透鏡模塊、第二光纖準直耦合透鏡模塊、光源模塊、氣體采樣池、氮氣鋼瓶、上位機、光譜儀模塊、真空泵、待測SF6電氣設備； 所述氣體采樣池，為光程已知的直通式管道結構，氣體采樣池兩端分別設有氣體流通通道，通道一端為進氣口，另一端為出氣口 ；氣體采樣池兩端還設有結構相同的螺紋接口，第一螺紋接口與第一光纖準直耦合透鏡模塊的一端連接、第二螺紋接口與第二光纖準直耦合透鏡模塊的一端連接； 所述下位機控制模塊是一臺控制器，包括MCUl、MCU2和POWER三個部分，這三個部分又分為以下子模塊單片機模塊，繼電器模塊，電源模塊，變送器輸入模塊，顯不模塊，PCF8563時鐘模塊，按鍵模塊；單片機模塊包括MCUl和MCU2，MCU1的串口輸出端與MCU2的串口輸入端相連，MCUl的串口輸入端與MCU2的串口輸出端相連；繼電器模塊包括五個繼電器，分別與五個電磁閥相連，由MCU2控制；電源模塊包括DC5V，DC12V，AC220V三種供電電路結構；變送器輸入模塊包括溫度變送器和壓力變送器，分別與MCUl相連；顯示模塊是一塊分辨率為128X64的液晶顯示器，直接與MCUl相連；PCF8563時鐘模塊是一塊時鐘芯片，直接與MCU2相連；按鍵模塊控制LED燈和繼電器模塊，包括八個按鍵，與MCU2相連； 所述真空泵，是一個由DC12V電源驅動的微型化的泵吸裝置； 所述氮氣鋼瓶，是系統中光譜檢測背景氣體，即氮氣的氣源； 所述待測SF6電氣設備，是系統中待測樣本氣體的氣源； 各部件的連結關系 第一光纖準直耦合透鏡模塊的另一端與光源模塊連接；第二光纖準直耦合透鏡模塊的另一端與光譜儀模塊連接； 壓力變送器連接用三通分別連接氣體采樣池進氣針閥、氣體采樣池、壓力變送器，溫度變送器連接用三通分別連接氣體采樣池、氣體采樣池出氣針閥、溫度變送器； 下位機控制模塊通過RS232通信線與上位機一端接頭連接，上位機另一端接頭通過USB通信線與光譜儀模塊連接； 下位機控制模塊分別通過電線與采樣氣體進氣電磁閥、氮氣進氣電磁閥、真空泵電磁閥、采樣氣體排氣口電磁閥、真空泵連接； 氮氣進氣連接用三通分別連接氮氣進氣電磁閥、氣體采樣池進氣止回閥和采樣氣體進氣電磁閥的一端； 采樣氣體排氣口連接用三通分別連接真空泵電磁閥、氣體采樣池出氣止回閥和采樣氣體排氣口電磁閥； 采樣氣體進氣電磁閥的另一端與待測SF6電氣設備相連接。
專利摘要本實用新型公開了SF6電氣設備內SO2組分在線監測系統采樣氣路控制裝置，主要包括下位機控制模塊、第一光纖準直耦合透鏡模塊、第二光纖準直耦合透鏡模塊、光源模塊、氣體采樣池、氮氣鋼瓶、上位機、光譜儀模塊、真空泵、待測SF6電氣設備；本實用新型的優點本實用新型利用光譜方法實時監測設備內的SO2組分，解決了SF6電氣設備進行在線監測時內部樣本氣體的自動采樣氣路設計問題，實現了樣本氣體的自動采樣與氣路元件的自動控制，具有結構簡單、安裝簡易、成本低廉的特點。
文檔編號G01R31/12GK202903551SQ20122051991
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月11日 優先權日2012年10月11日
發明者黃云光, 王先培, 朱立平, 趙宇, 余志祥, 董政呈, 譚學園, 劉陳瑤 申請人:廣西電網公司電力科學研究院, 武漢大學