陈兵

摘 要：设计了一种配备六氟化硫（SF6）和氧气（O2）两种气体传感器、服务于配电智能终端用户的中压配电室空气质量状况检测并提供特定气体含量信息的预警装置。这种装置不仅可以达到保障人身安全的目的还能协助对当前环境下SF6设备的亚健康状况判断提供一定的参考，对配电终端用户的设备管理有一定的实际意义。

关键词：配电室空气质量;气体传感器;SF6环网柜;智能终端;危险预警

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.141

0 引言

目前终端配电室中使用较多的智能化、小型化开关设备封闭的柜内以低压力的SF6气体作为关键绝缘介质，因为开关柜本身的结构和制造工艺等原因，这类充气式SF6开关柜一定程度上均存在着合理或不合理的气体泄漏问题。2012年出版的国家标准GB26860-2011《电力安全工作规程》（发电厂和变电站电气部分）中要求室内环境下空气中的SF6含量不能超过一定限值以确保运行人员的安全。考虑SF6气体的良好电性能和设备运行泄漏后导致的不利环境因素，对SF6充气式开关设备运行环境中的SF6气体含量与工作环境必须的氧气含量进行实时监控并做出及时处理时很有必要的。因而设计一种基于SF6和O2双气体传感器的、具有智能环境状况预警而不是单纯的环网柜气体状态监测的、非电气设备自动控制的装置的研究设计就具有实用价值了。

1 硬件系统

1.1 硬件选型

基于本装置的整体使用工况为终端用户配电室安装的小型化智能终端设备，显然低功耗、高性价比是基本需求，通常考虑采用单片机处理相关数据可为装置的智能化功能提供基础条件。AVR单片机是一种基于增强RISC结构的、低功耗、CMOS技术、8位微控制器。而这其中比较典型的芯片是ATmega16，其具备了AVR系列MCU的主要特点和功能：先进的RISC内核结构、16k字节的Flash和1k字节的片内SRAM、丰富的可编程I/O端口，正常工作模式和空闲模式下的低功耗应用等。加上其良好的集成性能、片内看门狗电路、内嵌A/D转换器、E2-PROM、摸拟比较器等多种功能和I/O口很强的驱动能力，为智能终端装置节约系统成本提供设计硬件条件。

结合应用状况和性价比，拟选用一种单光束双波长红外测量技术气体传感器作为SF6的采样终端器件。综合相关因素和应用场合的环境状况，通过检索对比并试样，最终确定选用MAXTEC生产的MAX250系列作为配电室环境系统的氧气含量采样器件。

1.2 硬件架构

设计时从基本应用技术角度出发，充分考虑供电终端用户配电室工作环境的基本需求、在配电室的“入口处”设置SF6和O2气体含量显示器等实际要求，搭建一种图1所示的、基于AVR系列MCU为主芯片的控制和逻辑判断电路。

2 功能单元

2.1 SF6气体采样单元

经过综合对比目前已知的市售性价比较高的SF6气体传感器，确定借助一款采用非分散红外技术NDIR（non-dispersed infra-red）的传感器作为预警系统的关键采样装置之一。这种传感器采用一对滤光器让光束通过他们，其中一个作为测量滤光器，仅允许通过待测气体所吸收的波长，而另外一个滤光器则作为参比滤光器，允许通过不受待测气体影响的波长光束。通过检测器测量两者在吸光率上的差异，得出输出气体浓度。传感器内部集成完整的漂移控制电路和温度补偿电路，基于单光束双波长的NDIR技术感知环境SF6气体浓度含量发生变化时确保SF6气体采集器能立刻捕捉到这一变化，并将检测到变化量为数字信号传输给MCU处理。

2.2 氧气采样单元

MAXTEC公司生产的氧含量检测MAX250系列是基于电化学原理的传感器之一，其测量围在0-100%体积比的氧含量范围内输出电压信号与氧含量为正比例线性关系。

2.3 判断逻辑

依据本装置使用环境和方式确定的控制电路结构和动作特性，编写图2所示逻辑判断主流程。

3 结束语

为支撑智能化电网建设工程的合理化进程实施，保障终端用户配电室内环境状况符合规程要求，对配用SF6環网柜的室内甚至无充气式环网柜的地下室配电房内的环境空气质量状况实施提前预警是有必要的，也是智能化电网建设中对小型化配电设备选用后的一种预防和保障措施。

参考文献：

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