RBT-6000-ZLGM/B氧气浓度检测仪在高压开关站中的应用

   高压断路器作为一种高压电器是电力系统不可或缺的控制和保护设备,随着电力设备无油化、小型化的发展,电力系统大量采用六氟化硫(SF6)气体作为绝缘和灭弧介质。六氟化硫断路器具有开断能力强、灭弧性能好、电气寿命长、断口电压高、结构简单、维护工作量少等优点,在高压、超高压领域,六氟化硫气体已经成为断路器和GIS的唯一的绝缘和灭弧介质。但是SF6气体在断路器和GIS分断操作过程中,因各种因素的影响会进行分解,形成高毒性分解物,从而对检修与巡视人员产生极大的危险。为此,《电业安全工作规程》特别规定,装有SF6设备的配电装置室和气体实验室必须保证SF6气体浓度小于1000ppm,除须装有强力通风装置外还必须装有能报警的氧量仪和SF6气体泄露报警仪。目前针对SF6断路器,利用SF6气体特性来实现在线监测和故障诊断的研究正在兴起新的浪潮,实现了对SF6各状态量的综合在线监测,而氧量仪的研究还不太多。本文正是为了配合SF6气体检测装置的综合应用,提出了一种基于线性氧气传感器的氧气浓度检仪。  

   RBT-6000-ZLGM/B氧气浓度检测仪氧气传感器的特性该检测仪使用了日本进口的氧气传感器KE-25,由铅阳极、镀金阴极及特定的酸液组成。在两电极间的电流同被测混合气中的氧气浓度成正比。输出电压信号由所接的电阻两端电压通过温度补偿后获得,其变化就表示氧气浓度。测量范围为1%～100%,初始输出电压为10.0mV～15.0mV。KE-25具有温度自补偿电路,输出电压与氧气浓度具有极其良好的线性度,如图1所示,横坐标为氧气浓度,纵坐标为传感器的电压输出。

   RBT-6000-ZLGM/B氧气浓度检测仪硬件设计检测仪以51单片机为智能控制单元,包括测量输入部分、输出部分以及存储模块,其中输入部分由氧气传感器KE-25、LM358放大电路及MCP3208A/D转换电路组成,输出部分采用LED显示电路及蜂鸣器报警电路。实现氧气信息的显示及超界报警。存储模块X25045芯片。其工作过程是由输入部分实现氧气浓度数据的采集和模/数转换后送单片机。通过MCU的综合分析计算,将氧气浓度信息进行存储并输出显示,如越界则音响报警。

   测量输入部分输入部分中的氧气传感器KE-25前面已经介绍过,这里主要叙述放大及A/D转换部分。放大电路放大电路如图2所示,主要采用LM358芯片实现,J1器件为KE-25传感器,其两端输出接电阻接到LM358上。由于是微弱信号的采集,采用了先跟随后放大的方式,其中U7B实现跟随,U7A放大。放大后的信号经AD02端输出到A/D转换芯片的某个通道。放大电路各个信号的关系如下:u2=u6=ui;u5=u6(1)而u1=500kΩ20kΩ×u5=25u5(2)即u1=25ui(3)图2放大电路图4存储模块图3 A/D转换电路这样,通过该放大电路将采集的信号放大了25倍,同时采用电阻R4和电容C3串联,使得采样信号在μs级范围内不波动,提高了采样的准确度。该检测系统中KE-25初始化时输出电压为10.0mV～15.0mV,经放大后ADO2端得到的对应氧气浓度为0～100%的采样电压为1.19V～1.78V。2)A/D转换采用12位逐次逼近型的模数转换芯片MCP3208进行A/D转换,其工作电压为2.7V～5.5V,范围加大,同时带有SPI串行总线接口,如图3所示。由3208的通道1接收经放大后的信号ADO2,完成A/D转换后输入到MCU的P1口引脚P1.4～P1.7,如图4中所示。另外,MC1403为3208提供A/D转换电压的基准值,由于放大后输入到3208通道1的采样电压为1.19V～1.78V,故基准值为2.5V是最合适的选择。2.2存储模块该部分采用X25024芯片与MCU的P1.0～P1.3口相连,如图4所示。该模块一方面可以产生上电复位信号以保证MCU的正常运行;另一方面还自带EEPROM非易失性存储器,可以带电读写,存储重要参数,保证断电情况下数据的完好。另外,该模块可提供有效的看门狗,保证系统正常运行。2.3输出部分输出部分包括显示模块和指示报警模块,分别如图5的(a)、(b)所示。显示模块由三合一共阴LED数码管、4511译码器、7404反相器和限流电阻RP1组成。MCU的P2.4～P2.7口信号经4511译码后提供LED的段控信号;MCU的P2.0～P2.2口提供三个LED的公共端COM信号。指示报警模块由MCU的P1.0～P1.3口分别提供控制信号,由D1～D3给出工作、报警、通讯状态的指示;由U3执行氧气浓度超界报警。3检测仪软件设计单片机MCU的软件流程主要是完成数据的采集、处理、存储和显示。在初始化程序中设置堆栈初始化以及寄存器初值,然后进入定时测量,每次测量时等待A/D转换完成后采集数据,MCU将该数据转换成氧气浓度信息存储后送显。同时根据预先设定的浓度界值,给出报警信息。其中,较为关键的是氧气浓度的计算,采用了中值滤波与均值滤波相结合的方法。

   计算氧气的百分比浓度4结束语该氧气浓度检测仪以单片机为控制核心,采用了高线性度氧气传感器,操作方便、精确度高、可靠性强,能够准确、可靠检测装有SF6设备的配电装置室的氧气浓度,以便操作人员及时了解当前开关时内的氧气浓度,从而决定是否开风机通风。同时与SF6气体监测系统配合使用,能够更好地监控环境气体情况,适用于各种电压等级的SF6开关时、GIS室、SF6主变室等。

   RBT-6000-ZLGM/B氧气浓度检测仪在高压开关站中的应用@陈伦琼$常州工学院电子信息与电气工程学院!常州213002氧气浓度监测在变电站环境气体的检测中至关重要,本文采用了线性度高的氧气传感器KE-25,提出了一种以单片机为核心的氧气浓度检测仪,详细阐述了氧气浓度检测仪的硬件组成和软件实现方法。该检测仪具有操作方便、精确度高、可靠性强等优点。