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摘要：由于六氟化硫气体在电弧、高温和局部放电等因素作用下会分解产生低氟化物，如SF4、HF等，这些低氟化物和气体中的少量水分发生作用，产生亚硫酸、氢氟酸，腐蚀电极和容器材料，并可能由于SF6气体泄漏，在空间较低处积聚，导致缺氧环境，对人身健康产生无形、致命的威胁。因此，有必要研究开发SF6断路器实时在线监测的系统。
关键词：六氟化硫断路器；在线监测
1高压断路器主要参数
（1）额定电压：表征断路器长期运行的绝缘强度，是断路器长期工作的允许电压。（2）额定电流：表征断路器通过长期电流的能力，是断路器长期工作的允许电流。（3）额定开断电流：表征断路器开断电流的能力，是额定电压下断路器可靠开断的最大电流。（4）动稳定电流：表征断路器承受短路电流电动力效应的能力，是断路器在合闸状态或闭合瞬间允许通过电流的最大峰值。（5）关合电流：表征断路器关合电流的能力，是断路器能够在可能预伏短路故障的电路中闭合断路器产生电流的最大峰值。（6）热稳定电流：表征断路器承受短路电流热效应的能力，是断路器处于合闸状态，在一段连续时间内不使断路器因短时发热受损所允许通过电流的最大周期分量有效值。额定热稳定电流的持续时间一般为2s或4s。（7）开断时间：表征断路器开断速度的参数，是从断路器接到开断信号到短路电流终止（电弧熄灭）的全部时间。（8）允许分合次数：表征断路器的操作性能，是断路器长期运行所允许的分合次数。根据标准，一般断路器允许空载分合的次数为2000次。
2六氟化硫断路器在线监测系统分析
2.1系统需求分析
本系统根据功能需求分析需要实现的功能如下：（1）检测装置采集密闭环境中SF6设备泄漏及相关设备运行的实时数据；（2）通过监测主机对声光报警单元、风机单元进行控制，实现报警功能；（3）将采集的数据通过数据传输模块传输到云平台数据存储服务器进行存储。（4）对数据进行分析、处理及管理，实现数据可视化。对于一个基于物联网的系统来说，仅仅实现以上功能还是远远不够的，还需要满足一定的性能需求。主要包括安全性、经济性、稳定性、灵活性、准确性等。接下来将对这几点展开分析。（1）稳定性：系统的运行需要有良好的稳定性，包括感知层数据采集的稳定性、传输层数据传输的稳定性、应用层系统运行的稳定性。（2）时间特性：时间特性要求主要分为两部分，一是数据采集与传输的实时性要求和系统的长时间工作的稳定性要求，所以系统为满足实时性要求采样时间在1S内，二是满足稳定性应要求系统一天工作时间在24小时。（3）快速性：系统在拥有高精度、高稳定性的同时，还应在紧急情况快速响应，从而提高系统的应急能力。（4）灵活性：系统使用数据传输模块进行数据传输，通过RS-485、GPRS网络通信的方式将各监测单元的数据发送给云平台，用户不需要进行干预，若想进行查看时只需登陆即可。（5）准确性：系统的准确性主要是指数据实时无误上传到管理平台，本系统将采用稳定可靠的modbus、MQTT协议进行数据的传输。
2.2结构设计
本系统结构设计从物联网的三层架构进行结构进行设计与分析，主要包括三个层面的设计，其一感知层：具有自动比对功能和远程校准功能的SF6在线监测报警装置，其二是传输层：能够实现数据传输、存储的数据通信模块。其三是应用层，也是本论文的重点：开发支持信息监测预警、数据可视化的应用平台，为实现各变电站环境中SF6气体的实时监测，SF6气体在线泄露检测报警系统的运行状态监控比对校准和决策支持提供技术支撑。基于物联网的SF6在线检测系统的感知层部分由主机、监测单元、报警单元等结构组成，本系统的监测单元可以是多个气体检测变送器，SF6变送器是由SF6传感器、氧气传感器、温湿度传感器组成，用于采集SF6设备环境中气体的信息，并通过通信接口将信息传输到主机控制器；报警单元是由声光报警器等模块组成。
报警单元和监测单元的数据信息通过RS-485通信方式传输给SF6监测主机，主机对监测单元和报警单元传输的信息进行标记，并对数据进行初步的分析，根据分析结果和接收的用户请求信号对监测单元和报警单元的设备进行相关的操作。在本系统的传输层设计中包括硬件的选型和软件的开发，软件开发流程主要包括两部分，监测装置与传输层通讯模块的通讯，传输层通讯模块与应用平台之间的数据通讯。在开发过程中将通过对比分析选用最合适的通信技术和协议对数据进行传输，并对数据传输模块预留其他的通信技术接口，方便后期系统的开发和升级。应用层主要包括云平台模块、WEB系统模块，通过采用GPRS通信技术，获取监测装置采集到的信号，并存储到云服务器中，其中云平台主要用来对多通道控制器和Web服务器传输数据进行接收和存储；Web服务器端通过HTTP通信协议与对整个系统进行监控和管理，包括数据中心、历史数据、预警信息、设备管理、策略管理等几个部分，管理人员可以根据工作需要对数据进行编辑；应用终端主要是指手机、ipad等工具用来接收处理报警信息和邮件。
2.3功能设计
2.3.1感知层
具有自动比对或校准功能的SF6气体在线泄漏监测报警装置中将采用NDIR原理的SF6红外传感器实时监测和显示环境中SF6气体的含量，主控制器模块将负责接收气体变送器和人体红外检测单元传输的数据信息，对数据信息进行标记、分析和处理，并将数据通过GPRS数据通讯模块传输至云平台。当环境中SF6含量超标（SF6气体浓度＞1000μL/L）或缺氧（氧浓度＜18%）时，主控制器会向报警控制模块发送信号，报警控制模块接收到信号，将通过与检测单元相对应的继电器自动启动声光报警装置、语音提示模块提醒现场工作人员相应措施，同时自动启动排风设施来降低环境空气中SF6气体含量，保证进入室内工作人员的人身安全。另外，报警系统还将SF6标准气源内置于主机箱中，通过气电一体化电缆的连接，使装置主机与变送器之间既有电源连接、信号传递，又有标气的流通，在现场即可与标准气源进行比对或校准，避免误报警动作的产生。
2.3.2传输层
数据传输模块主要是为了完成感知层与应用层之间的数据传输与通信，实现监测装置的集中化管理，使得监测装置的操作平台的可移植。该模块的设计，对于已经投入生产使用的老产品无需在进行升级改造，只需要通过RS-485、GPRS等通信方式即可实现各个层之间的信号传输。
2.3.3应用层
采用GPRS技术，实现报警系统与应用平台的即时通讯。应用平台可通过浏览器或者客户端登录方式与现场报警装置统进行通讯，记录并存储现场报警系统的监测数据，对数据进行分析处理，帮助工作人员对报警系统的运行状态进行评估和决策，根据需要对报警系统发送比对或校准的控制命令，驱动报警系统现场进行自诊断、比对或校准。实现不用到现场即可对所需范围内SF6气体在线泄露监测装置的监管和远程校准，以保证装置的可靠运行，保障工作人员的身体健康和生命安全。应用层服务通过HTML+CSS+JavaScript技术实现的，是整个系统的监控中心，主要包括以下模块：登录模块、注册模块、实时监控模块、历史校准记录模块、校准报告模块。数据管理平台可以实现以下功能：实现SF6检测设备数据的可视化、管理人员可以对数据进行增删改查；向设备和移动终端推送信息，通过设备控制指令，实现管理人员对SF6设备的远程监测和校准。
3结束语
本文首先对SF6监测系统进行需求分析，接着提出了基于物联网的SF6在线监测系统的总体架构设计，然后以上分析和设计，对系统的功能进行设计与分析。
参考文献
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