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摘要：在日常的SF6电气设备气体现场检测中，设备一旦发生大量的、持续性的放电，生成的故障气体足以使检测仪的探头受到污染，致使因检测结果超出仪器量程而得不到正确的气体组分含量。文中旨在介绍一种实用新型的便携式气体比例混合装置，加装在检测仪进气口之前，目的在于稀释浓度过高的故障气体，适用于SF6电气设备分解物检测仪探头受到污染的状况研究。该装置进气量受电磁流量计控制，气流量稳定；气体比例配置由气体比例阀控制，配比精确、可人为调节；具有质量轻、体积小、移动方便、经济灵活等特点，适用于各科研单位在不同的试验现场使用。
关键词：比例混合；SF6电气设备；气体测量
0 引言
SF6是一种具有高耐电强度、极好热稳定性的绝缘气体，被广泛应用于电气设备，特别是高压、超高压电气设备中。当SF6气体中混入空气、水分及导电微粒或受电弧作用影响会严重降低其绝缘性能，因此通过检测SF6气体中分解产物的含量，分析判断电气设备的运行状态，依此预警电气设备的内部缺陷或故障，一直是争相研究的热点问题。
实际工作中，我们可以通过SF6分解产物测试检测SF6电气设备内部SO2、H2S、HF、CO分解物组分含量。而SF6分解产物测试仪的缺点在于量程太小，多用于设备内部潜伏性故障的前期判断,但是设备发生事故后，会产生大量的分解产物而且大大地超出了SF6分解产物测仪的量程，不利于事故发生后的分析判断。
为有效解决上述SF6电气设备分解物检测仪现场使用时的限制问题，提高设备发生事故后的原因鉴定效率，本文研制了一种针对当电气设备发生大型及特大型放电事故的情况，能够在现场快速有效的检测出故障气室气体分解产物含量的气体比例混合装置。装置包括电路控制模块和气路控制模块两个主要部分；采用流量传感器，电气比例阀作为主要控制元件，高紧凑基板设计，动作灵敏可靠，响应速度快，同时抗干扰能力强，可满足现场复杂的环境条件下的应用。利用该装置可实现SF6电气设备发生大型故障时的现场故障气体含量的检测，同时该气体比例混合装置也可在其他气体试验检测中应用。
1 装置介绍
整套气体比例混合装置的组成框图见图1所示。
图1 气体比例混合装置组成框图
上文介绍可知，气体比例混合装置主要由两部分主要组件构成，包括气路控制组件和电路控制模块。其中，气路控制组件主要由电气比例阀和流量传感器组成，进气量受电路控制模块控制，同时电路控制系统需要完成气体流量校准、气体比例可调等相关的计算；电源实现装置的机械性控制，整个装置的工作原理框图如图2所示。
图2 装置工作原理示意图
1.1气路控制部分
故障气室气体和纯净SF6气体分别通入至气体比例混合装置的A、B进气口，分别通过电磁阀A和电磁阀B控制通气量的大小，两路气体各自通过流量计A和B反馈到显示屏以指示当前的流量大小，最后两路气体经过三通阀输出，得到预期的按比例混合的混合气体。
两路气体的电气比例阀均采用了SMC生产的PVQ13- 5M-03-M5-A，最大工作压力为0.7MPa，迟滞10%以下，重复精度3%以下。其气体流量特性曲线如下
图3 气体流量特性曲线
在上升曲线和下降曲线，即使是同一电流，其对应的气流量大小也是不同的，因此气流相对于电流的变化总是滞后的，这同时又与进气压力和出气压力相关。
由于故障气室气体作为气流较小的一路气体，同时也是作为被校准的目标气体，其精确度需要更高的等级，所以两路气路的流量传感器采用了不同量程的PFMV505（0-0.5l/min）及PFMV530（0-3l/min），量程越小，精确度也就越高。
1.2电路控制部分
气体比例混合装置电路板的设计，与气体比例的精确度以及气体配比的可调性密切相关。该装置的电路板主芯片采用了ATMEL公司生产的ATmega168高性能、低功耗 AVR微处理器，芯片内部集成了大容量、高密度非易失性的存储器和丰富强大的硬件接口电路，采用低功耗COMS工艺，寄存器与ALU直接相连，具有代码效率高、稳定性好、抗干扰性能强以及省电性能好等优点。此外，电路板还采用了TI公司生产的TLC5620数模转换芯片和LM2577升压型稳压器，这两种芯片性价比高，且在市面上容易获得。电路板设计图如图4所示。
图5 程序设计流程图
当小流量气体（故障气室气体）气流稳定，另一路输入气体（纯净的SF6气体）就会根据预设的比例值做出判断，大于目标值会减少进气量，反之则会增加进气量，如此循环判断，直至输入的气体信号与目标值达到平衡即输出。虽然，由于电气比例阀的气流滞后影响，会导致气流小范围的上下浮动，但是气路仍是保持动态的稳定，该误差对比例精准度的影响甚微，可忽略不计。该装置实现了进气的自动校正，操作简便，无需人为调节，降低了手动操作的误差。
同时，装置搭配了适合现场使用的7500mA充电锂电池作为供给直流电源，避免了在工作现场接线取电，使用方便、转移便捷。
2 试验室校正
为确保气体比例混合装置对故障气体浓度配比的精度，需要反复试验以保证气体比例阀的供给气体压力稳定，以及各部件的气体管道连接处气密性良好。
试验室装置比例精确度验证方法如下：将纯净的SF6气体和标准气体（已知浓度的SO2和H2S气体）通入气体比例装置混合，混合后的气体通至SF6电气设备分解物检测仪，可测得稀释后的标准气体的浓度，对比测试数据和已知浓度数据，即可验证装置在气密性和精确度上是否达到了要求。
在气体输出压强为0.58MPa，环境温度为26摄氏度时，按不同进气比例共设置10次试验，装置及检测仪显示数据如表1所示。
表1 实验室试验数据
将试验浓度数据做了折线图进行线性比对，如图6所示。
对比现场测试数据和实验室实验数据不难看出，气体比混合装置在现场应用过程中测量结果准确，误差较小约为10%，在高浓度气体分解物测量工作中，此误差以能够满足现场故障判断，这无疑为电力事件故障排除节省了时间提高了工作效率。
4 结论
该气体比例混合装置具有以下特点：
1）气体比例调节范围广、精确度高、气密性良好，可以满足不同高浓度的故障气体的测试要求；
2）装置小巧轻便、操作简单，具有便携性，适合在不同场地间转移；
3）装置使用的电路板芯片、电气比例阀及流量传感器等重要元件性价比高，市场易获得且投资成本小，适宜市场化生产。
利用气体比例混合装置，对变电站发生严重放电的故障气室SF6分解产物浓度可进行直接测量，避免了以往由于气体产物浓度高所导致的SF6分解产物现场分析仪探头受污染的情况发生。现场应用表明，该装置比例调节精确，气密性符合试验要求。
参考文献
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论文作者:刘丽荣
论文发表刊物:《电力技术》2016年第3期
论文发表时间:2016/7/14
标签：气体论文; 装置论文; 比例论文; 分解论文; 故障论文; 电气设备论文; 现场论文; 《电力技术》2016年第3期论文;