（一）SF6特點(diǎn)及其危害性

SF6是由兩位法國(guó)化學(xué)家Moissan和Lebeau在1900年合成。從60年代起，SF6作為極其優(yōu)越的絕緣、滅弧介質(zhì)廣泛應(yīng)用于全世界電力行業(yè)中的高壓斷路器及變電設(shè)備中。在今天，SF6氣體幾乎成為高壓、超高壓斷路器和GIS中唯一的絕緣和滅弧介質(zhì)。

純凈的SF6氣體無(wú)色、無(wú)味、不燃，在常溫下化學(xué)性能特別穩(wěn)定，是空氣比重的5倍多。但在電力系統(tǒng)中，由于SF6氣體主要充當(dāng)絕緣和滅弧介質(zhì)，在電弧及局部放電、高溫等因素影響下，SF6氣體會(huì)進(jìn)行分解。它的分解物遇水份后生成腐蝕性電解質(zhì)，尤其是某些高毒性分解物，如SF4、S2F2、SOF2、HF、SO2等，如大量吸入人體會(huì)引起頭暈和肺水腫，甚至昏迷及死亡。

在相對(duì)密封的室內(nèi)，由于空氣流通不暢，SF6及其分解物在室內(nèi)沉積，加上SF6氣體無(wú)色、無(wú)味，從而對(duì)巡視、檢修人員產(chǎn)生極大的危害。當(dāng)裝有SF6設(shè)備的配電裝置室如GIS產(chǎn)生泄漏后，SF6氣體積聚在地坪上方低層空間，當(dāng)達(dá)到一定濃度后，如果工作人員進(jìn)入室內(nèi)，會(huì)造成大腦缺氧，使人窒息而造成重大事故。

正是由于SF6氣體的危害性，《電業(yè)安全工作規(guī)程》（發(fā)電廠和變電站部分）特別規(guī)定，裝有SF6設(shè)備的配電裝置室必須保證SF6氣體濃度小于1000ppm，除須裝設(shè)強(qiáng)力通風(fēng)裝置外,還必須安裝能報(bào)警的氧量?jī)x和SF6氣體濃度檢測(cè)報(bào)警儀等。

（二）有關(guān)SF6安全法則

SF6安全法規(guī)摘錄：

第191條 裝有SF6設(shè)備的配電裝置室和SF6氣體實(shí)驗(yàn)室，必須裝設(shè)強(qiáng)力通風(fēng)裝置。風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在室內(nèi)低部。

第192條 在室內(nèi)，設(shè)備充裝SF6氣體時(shí)，周圍環(huán)境相對(duì)濕度80%，同時(shí)必須開(kāi)啟通風(fēng)系統(tǒng)，并避免SF6氣體泄漏工作區(qū)。工作區(qū)空氣中SF6氣體含量不得超過(guò)1000ppm。

第196條 工作人員進(jìn)入SF6配電裝置室，必須先通風(fēng)15MIN，并用檢漏儀測(cè)量SF6氣體含量，盡量避免一人進(jìn)入SF6配電裝置室進(jìn)行巡視，不準(zhǔn)一人進(jìn)入從事檢修工作。

第198條 工作人員進(jìn)入SF6配電裝置室低位區(qū)或電纜溝進(jìn)行工作應(yīng)先檢測(cè)含氧量（不低于18%）和SF6氣體含量是否合格。

第199條 SF6配電裝置室低位區(qū)安裝能報(bào)警的氧量?jī)x和SF6氣體泄露報(bào)警儀。這些儀器應(yīng)定期試驗(yàn)，保證完好。

第203條 發(fā)生緊急事故應(yīng)立即開(kāi)啟全部通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)。發(fā)生設(shè)備防爆破膜破裂事故時(shí)，應(yīng)停電處理，并用汽油或丙酮擦拭干凈。

（三）HD-600系統(tǒng)簡(jiǎn)介

HD-600 SF6氣體泄漏定量報(bào)警系統(tǒng)，是根據(jù)當(dāng)前電力系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)安全生產(chǎn)的形勢(shì)，為在安裝有SF6設(shè)備的配電裝置室的工作人員提供人身健康安全保護(hù)而設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的智能型在線檢測(cè)系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要檢測(cè)環(huán)境空氣中SF6氣體含量和氧氣含量，當(dāng)環(huán)境中SF6氣體含量超標(biāo)或缺氧，能實(shí)時(shí)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，并具有溫濕度檢測(cè)、工作狀態(tài)語(yǔ)音提示、遠(yuǎn)傳報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢等諸多豐富功能。

系統(tǒng)采用超聲波測(cè)速法原理，能夠?qū)崟r(shí)、定量測(cè)量SF6濃度，哪怕在SF6濃度在50ppm也能有效地檢測(cè)。不僅可以達(dá)到保障人身安全的目的，而且還能確保設(shè)備正常運(yùn)行；原裝進(jìn)口高穩(wěn)定的超聲波傳感器和氧傳感器，可以為現(xiàn)場(chǎng)工作人員提供更多一層可靠保護(hù)。

本系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于各種電壓等級(jí)的SF6開(kāi)閉室、SF6開(kāi)關(guān)室、 組合電器室（GIS室）、SF6主變室等。

二、系統(tǒng)配置

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)配置表見(jiàn)表2

表2 系統(tǒng)配置表

三、技術(shù)規(guī)范

（一）系統(tǒng)基本功能

1、環(huán)境中SF6氣體含量定量檢測(cè)功能。

2、SF6氣體含量超標(biāo)報(bào)警功能。

3、空氣中氧氣含量檢測(cè)功能。

4、缺氧報(bào)警功能。

5、缺氧或SF6含量超標(biāo)，強(qiáng)制排風(fēng)功能。

6、人工設(shè)置報(bào)警點(diǎn)。

7、環(huán)境中溫、濕度檢測(cè)顯示功能。

8、定時(shí)排風(fēng)功能。

9、定點(diǎn)采集功能。

10、人工強(qiáng)制排風(fēng)功能。

11、上次排風(fēng)時(shí)間顯示功能。

12、實(shí)時(shí)顯示各種參數(shù)功能。

13、SF6、O2含量分析功能。

14、數(shù)據(jù)報(bào)表功能。

15、歷史數(shù)據(jù)查詢功能。

16、監(jiān)控系統(tǒng)客戶端軟件。

17、系統(tǒng)具有自我診斷能力，防止死機(jī)

（二）主要技術(shù)參數(shù)

（1）設(shè)備壽命：10年以上

（2）工作環(huán)境

溫度范圍：－25℃～＋50 ℃

濕度范圍：≤95%RH

地震等級(jí)：7度

大氣壓力：86kPa～106kPa

（3）SF6測(cè)量指標(biāo)

測(cè)量范圍：0～30000ppmv

報(bào)警點(diǎn)：可在測(cè)量范圍內(nèi)設(shè)置，默認(rèn)1000ppmv

引用誤差：0～2000ppm ±3%FS；2000～30000ppm ±2%FS

重復(fù)性誤差：<5%FS

零點(diǎn)漂移：<5%FS

量程漂移：<5%FS

（4）氧氣測(cè)量指標(biāo)

檢測(cè)濃度：0～35%

氧氣濃度報(bào)警點(diǎn)：18%

氧氣測(cè)量精度：<0.4%,O2在21%時(shí)

（5）其它指標(biāo)

溫度測(cè)量范圍： -25℃ ～ +99℃

濕度測(cè)量范圍： 0～99%RH

工作電源：AC 220V，可選DC 110V、220V

開(kāi)關(guān)量輸出容量：24V/48V/110V/220V，3A

風(fēng)機(jī)輸出觸點(diǎn)電流:AC380/45A（可根據(jù)用戶需求定制）

風(fēng)機(jī)通風(fēng)時(shí)間設(shè)定：可設(shè)置，默認(rèn)15MIN/次

通訊方式： RS-485總線方式

通訊規(guī)約：通用電力通信規(guī)約

絕緣性能 外殼與電源間：>10MΩ

抗電強(qiáng)度 外殼與電源間：>2000V

電磁兼容特性：快速瞬變脈沖群 GB/T17626.4-1999 3級(jí)

雷擊（浪涌） GB/T17626.5-1999 3級(jí)

（三）功能特點(diǎn)

先進(jìn)的測(cè)試原理

系統(tǒng)采用聲速原理，可定量、實(shí)時(shí)在線測(cè)量SF6氣體泄漏含量，克服了傳統(tǒng)測(cè)量方法如負(fù)電暈放電法和鹵素傳感器法只能定性判別是否越限的缺陷，能夠準(zhǔn)確得到氣體中SF6含量。

可靠性

系統(tǒng)采用雙差分處理方法，有效克服了溫度、濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，消除了傳統(tǒng)產(chǎn)品的缺陷。

分析功能

監(jiān)控軟件可分析SF6氣體含量變化趨勢(shì)，可有效掌握運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)，真正起到預(yù)警作用，這也是傳統(tǒng)定性產(chǎn)品無(wú)法做到的。

寬范圍內(nèi)實(shí)時(shí)、定量檢測(cè)SF6氣體濃度

系統(tǒng)可以在0～30000PPM范圍內(nèi)精確測(cè)量空氣中SF6氣體含量，全量程定量顯示。

報(bào)警閾值調(diào)整功能

SF6報(bào)警閾值可在50～2000PPM內(nèi)自行設(shè)定。缺氧報(bào)警閾值可在15～20%內(nèi)自行設(shè)定。

通用電力規(guī)約，與綜自系統(tǒng)無(wú)縫集成

系統(tǒng)對(duì)外提供CDT、MODBUS、103等通用電力規(guī)約接口，可與國(guó)內(nèi)多家綜自廠家如南瑞、南自、許繼、四方、東方電子等系統(tǒng)無(wú)縫集成。

多參數(shù)輸出

通過(guò)電力規(guī)約，系統(tǒng)可將各采集器SF6、O2含量，溫濕度數(shù)值，各節(jié)點(diǎn)通訊、工作、報(bào)警狀態(tài)等多個(gè)參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸至綜自系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守功能。

多狀態(tài)輸出

系統(tǒng)可同時(shí)提供報(bào)警信號(hào)、主機(jī)狀態(tài)信號(hào)、采集器狀態(tài)信號(hào)等多個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出。除SF6泄露報(bào)警、缺氧報(bào)警外，系統(tǒng)還能實(shí)時(shí)檢測(cè)自身狀態(tài)，如發(fā)生通訊或采集異常、系統(tǒng)停電停止運(yùn)行時(shí)，也可以分別輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)。

多種風(fēng)機(jī)控制方式

風(fēng)機(jī)有全天6時(shí)段定時(shí)自啟動(dòng)、告警啟動(dòng)、強(qiáng)制啟動(dòng)、人員感應(yīng)啟動(dòng)等多種啟動(dòng)方式，更有效地保證人身安全。

豐富語(yǔ)音提示功能

系統(tǒng)主機(jī)具有人體感應(yīng)功能，當(dāng)有工作人員接近開(kāi)關(guān)室時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)啟動(dòng)語(yǔ)音提示，告知工作人員當(dāng)前室內(nèi)是否存有SF6或氧氣報(bào)警，報(bào)警具體的方位，是否存在設(shè)備狀態(tài)異常，設(shè)備異常方位，是否需要通風(fēng)后進(jìn)入等多種信息。

可選直流電源

系統(tǒng)可以采選直流屏提供DC110V或DC220V作為系統(tǒng)電源，可有效防止交流停電時(shí)系統(tǒng)即停止運(yùn)行的問(wèn)題。

監(jiān)控軟件

具有數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

長(zhǎng)壽型設(shè)計(jì)

本裝置是采用聲速技術(shù)原理，真正意義上實(shí)現(xiàn)了SF6濃度實(shí)時(shí)定量采樣分析，充分利用單片機(jī)的工作靈活性，傳感器采取間歇式工作測(cè)量，大大提高了傳感器的工作穩(wěn)定性和使用壽命，系統(tǒng)運(yùn)行壽命在10年以上。

免維護(hù)設(shè)計(jì)

盡心的電氣設(shè)計(jì)，整機(jī)無(wú)可調(diào)節(jié)器件，高等級(jí)、品質(zhì)保證的元器件選用，優(yōu)異的抗干擾性能。

（四）系統(tǒng)原理及性能對(duì)比

目前，探測(cè)SF6濃度的儀器多采用以下幾種方法：傳感器探測(cè)法、負(fù)電暈放電法、熱列解法及激光紅外法等。但這些方法大都存在以下缺點(diǎn)：

1、并非檢測(cè)SF6濃度的專用傳感器，容易受環(huán)境氣體的影響，如氟利昂、氯氣及氫氣等刺激性氣體都會(huì)影響到鹵素傳感器，也就是說(shuō)，在旁邊噴口煙霧也會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果。

2、誤報(bào)率較高，受環(huán)境因素影響較大，濕度及溫度都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，誤報(bào)率高。

3、壽命較短，采集器調(diào)整不易。每只采集器的特性曲線都是不同的，一般裝置出廠前廠家會(huì)調(diào)設(shè)好，因此，若采集器失效，需更換，則必須對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行重新調(diào)整。

4、頻率漂移對(duì)采集器的影響也增大了產(chǎn)生誤差的可能性。

超聲波測(cè)速法是目前世界上較先進(jìn)的探測(cè)方法，最早為德國(guó)DILO所應(yīng)用，主要是采用超聲波測(cè)速原理，通過(guò)測(cè)量混合氣體的聲速轉(zhuǎn)換成不同的信號(hào)流來(lái)確定SF6的含量。

聲波是一種在彈性媒質(zhì)中傳播的機(jī)械波，它是縱波。頻率小于20 Hz的聲波為次聲波，頻率在20 Hz～20 kHz的為可聞聲波，大于20 kHz為超聲波。超聲波具有波長(zhǎng)短、易于定向發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)，而且超聲波在媒質(zhì)中的傳播速度與媒質(zhì)的特性和狀態(tài)有關(guān)，通過(guò)媒質(zhì)中聲波的測(cè)定可了解媒質(zhì)的特點(diǎn)。如測(cè)氣體、液體的濃度，液體的流速，氣體溫度的瞬時(shí)變化，材料的彈性模量等，都可通過(guò)測(cè)這些物質(zhì)中的聲速來(lái)實(shí)現(xiàn)。

聲波在理想氣體中的傳播速度為：

=

式中,

為比熱容比（

=Cp/Cv）；R為普適氣體常量；

為摩爾質(zhì)量；T為氣體的開(kāi)氏溫度。當(dāng)通過(guò)差分法消除溫度影響后，聲波速度就僅和

氣體摩爾質(zhì)量有關(guān)。

對(duì)于SF6氣體，其氣體摩爾質(zhì)量為空氣的5.1倍，因此當(dāng)空氣中泄漏SF6含量變化時(shí)，其氣體摩爾質(zhì)量也會(huì)發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)到聲速上也會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的改變。我們通過(guò)超聲傳感器測(cè)量超聲波的傳播速度，反推出SF6氣體的含量，即可實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量空氣中SF6泄漏氣體的濃度。

因此采用“聲波測(cè)速法”原理的HD-600 SF6氣體泄漏監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)具有可靠性高、誤報(bào)率低、受環(huán)境因素影響小。不存在頻率漂移的影響、誤差小等優(yōu)點(diǎn)，且使用壽命較長(zhǎng)。

下表為超聲波測(cè)速法與其它典型測(cè)量方法特點(diǎn)的對(duì)比：