一种数字式SF6和氧气浓度气体检测仪的研制与应用

郑服利，林 艺

（广州供电局电力试验研究院，广东 广州510410）

1 研制背景

目前市场广泛使用的SF6检漏仪一般分为手持式和非手持式，常见的手持式SF6检漏仪的各功能一体化设计，在电气设备带电运行的强电场环境下，无法保证试验人员的安全。同时检漏仪大部分是单一气体的检漏，例如氧气浓度测试仪、六氟化硫检漏仪等，如需实现多种气体的检测，往往需要携带多个不同气体检测的检漏仪，十分不便，同时降低了实际操作的工作效率。

通常情况下，室内GIS均装有SF6/O2的固定监测装置，用来确定GIS是否发生泄漏以及室内O2浓度是否满足人身安全需要，但目前条件下进入室内GIS进行检修或试验的人员只通过此唯一方式确定室内的气体含量，存在一定的危险性，例如室内固定SF6/O2监测装置故障等，同时由于大部分需要手持，因此会妨碍工作人员双手操作。如何确保进入室内GIS工作人员安全是电力运维人员亟待解决的问题。

2 研发需求分析

电力系统中的微量气体测试是保证电网及相关气体电气设备安全可靠运行的重要手段。随着近年来电网系统的扩大，有着优良性能的六氟化硫气体被广泛应用。同时由于六氟化硫气体的特殊性，如遇泄漏等情况，容易造成安全事故风险。由于目前对于六氟化硫等微量气体的检测工作存在一定的局限性，包括方便性差，每次只能检测一种单一的气体和不利于远距离及长时间检测等问题，为相关工作的开展带来了不少困难。因此，如能研发一种智能化的检测仪器取代传统的便捷性能较差的检测方式，无疑能为电力系统对于微量气体的检测工作提供一定的技术支持。按照目前省内六氟化硫气体检测工作量计算，本文所研制的数字式SF6和氧气浓度气体检测仪的研发与应用将能有效弥补市场空白，推广性强。

3 技术研制方案

3.1 技术设计思路

由于电网系统中有多种需要进行六氟化硫或氧气浓度等微量气体检测的工作场合，研究小组通过对现有气体检测工作进行深入调研，研究出一种数字式SF6和氧气浓度气体检测仪：①采用非分光红外检测传感技术，检测量程必须大于500 mg/L，检出限必须满足电力设备现场需要；②检漏仪必须能进行多种气体的检测，使其取代传统单一检测方式，无需携带多部仪器便能通过一部检漏仪检测出场地中不同气体的数据值；③满足室内环境使用要求，包括光线不足情况下的使用；④具备报警功能，同时检测效果精准。

3.2 研发步骤

本检测仪的研制通过五大部分进行设计，包括整体外观设计、内部吸气泵、多个传感器、管路设计与显示屏设计。其中传感器及管路设计作为系统性的设计进行着重研究，传感器的技术需要采用测量量程高的技术，因此需要进行反复测试，以确保数据的测量准确性。考虑到仪器使用环境的特殊性，因此在装置研制时需要对其防爆等性能进行辅助增加，在整体部件均设置完成后，对于整机使用的连贯性、安全性及数据准确性进行多次的测试，最终经过现场实地试验后，得出最终成果。

3.3 装置技术原理及特性

本数字式SF6/O2浓度气体检测仪结构包括壳体内部的吸气泵、氧气浓度传感器、SF6浓度传感器、管路以及电源信号线和壳体外部的显示模块。而传感器采用非分光红外检测技术，检测量程不低于500 mg/L，检出限能满足电力设备现场需求。

壳体设置了进气口和出气口，氧气浓度传感器和SF6浓度传感器则布置在一个传感器外壳内，进气口、吸气泵、传感器外壳、壳体的出气口依次通过管路进行连接；显示模块分别与氧气浓度传感器、SF6浓度传感器通过电源信号线连接，用于显示氧气和SF6气体的检测结果。

管路一共有三条，包括第一管路、第二管路和第三管路，吸气泵和传感器外壳均设置有进气口和出气口。三条管路与进出气口的连接关系如下：①第一管路一端连接吸气泵的进气口，第一管路另一端连接壳体的进气口；②第二管路一端连接吸气泵的出气口，第二管路另一端连接传感器外壳的进气口；③第三管路一端连接传感器外壳的出气口，第三管路另一端连接壳体的出气口。

数字式SF6/O2浓度气体检测仪还设有报警单元，带有报警音接触按键，以便于在环境SF6浓度超过设定的安全值时进行报警。同时为了方便在黑暗环境下的室内使用，仪器设计了液晶黑暗照明灯，以便于在夜间使用进行环境中SF6浓度检测。

3.4 仪器技术参数

技术参数如表1所示。

表1 技术参数

3.5 技术创新

对于数字式SF6/O2浓度气体检测仪的研制，研究小组是根据微量气体检测工作的使用安全指导及环境进行的针对性研究，因此仪器具有实用性及便捷性。对于仪器的设计技术创新点在于：①仪器配备大屏幕液晶数字显示，显像清晰，读数方便；②采用非分光红外检测传感技术，检测量程高；③轻巧灵活的机身内部创新设计了微型电磁泵，能自动采样被测气体；④仪器为安全防爆型，可在各种危险场所使用；⑤仪器自带报警音接触按键和液晶黑暗照明灯，安全性及灵活性高；⑥操作简便，一键式开机即可检测；⑦能进行多种气体的检测，无需携带多部仪器便能通过一部检漏仪检测出场地中不同气体的数据值；⑧高容量数据存储，调取历史检测数据，一目了然。

3.6 应用效能

目前，本设计的数字式SF6/O2浓度气体检测仪在广州多个220 kV和110 kV变电站多次投入实际应用。在某110 kV变电站主变大修过程中，及某110 kV变电站GIS室内设备进行耐压试验时，利用本仪器对GIS室内密闭空间进行气体浓度检测，检测结果显示该处密闭空间气体浓度未超标，保证密闭作业空间内部气体浓度的含量符合工作环境要求；在某所管辖的某电缆T接房进行电缆T接筒试验过程进行应用，检测显示该处密闭空间的SF6气体含量为988μL/L，氧气含量为21%，该处密闭空间的SF6气体含量浓度超标，有效提醒了现场工作人员做好密闭作业空间的安全防护措施，保证人员的安全。

4 总结

随着科技的不断发展及其在各个领域的应用，电力系统中六氟化硫气体及氧气等微量气体浓度的检测方法已经从单一、耗时的检测方式向原位、快速及精准的方向发展。现有的气体检测方式具有一定的局限性，无法便捷、快速实现精准的检测和数据反馈，导致工作人员在操作上存在一定的工作实施滞后。本文提出的一种数字式SF6和氧气浓度气体检测仪，能降低人员在实操现场的安全风险，缩短操作时间及提高操作效率，让数据能在第一时间反馈到使用人员手中，大大提高了企业的效益。该装置适应性强、用途广，将得到有效推广。