专利名称：便携式gis组合电器故障气体检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型提供一种便携式GIS (Gas Insulated Switchgear气体绝缘组合电器 设备)组合电器故障气体检测仪，它能检测六氟化硫(SF6)分解物的含量，进而实现设备故 障检测和报警提示，从而提高GIS故障检测的自动化水平及可靠性，有效预防因SF6气体绝 缘引起的设备故障隐患所可能引起的灾害。它涉及高精度数据采集技术、信号处理技术以 及先进自动检测控制技术。该系统属于故障诊断和检测装置。
背景技术：
GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组 成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，壳体内充以压力为0. 2 0. 5MPa的SF6 绝缘气体，作为相间和对地的绝缘，这样的组合电器我们又称为SF6全封闭组合电器。全封 闭组合电器具有体积小、元件密封不受环境干扰、无电磁干扰以及SF6气体优良的绝缘、灭 弧性能好等优点使得GIS在我国电力系统中得到广泛的使用。纯净的SF6气体在常温常压下为无色、无臭、无毒、不可燃的气体，而且具有稳定的 化学性能，是一种理想的绝缘介质，但在断路器和GIS操作过程中，由于电弧、电晕、火花放 电和局部放电、高温等因素影响下，SF6气体会进行分解，它的分解物遇到水分后会变成腐 蚀性电解质，而且由于在设计、材质、工艺和维护等方面存在些不足，设备内部可能存在隐 患，目前的试验方法还难以检出，这样有隐患的设备可能带入电网，影响电网的正常运行， 直至发出事故。根据有关资料报道，几年来，我国SF6电气设备的故障率在0. 5%左右，严重 地影响了电力生产的安全经济运行乃至引发事故，严重的威胁到电力生产的安全。因此，及 时检测SF6分解物的情况，不但能及时了解SF6气体的工作状态，还能及早检测GIS组合电 器运行中的故障隐患，尽量避免事故的发生，以免引发电力系统运行故障，造成重大损失。目前，国内外针对SF6分解物的检测方法一般是电气法和化学检测法。电气法测 试多采用停电状态测试，试验电压低、电流小，难以反映GIS工作中SF6的绝缘情况，同时很 多故障还难以检测出来，特别是设备的早期故障隐患；目前一些单位使用的化学比色管法 检测分解产物，其灵敏度低，只能作定性或半定量，难以检出设备内部隐患，达不到预防性 故障预测的目的。由于SF6气体分解温度较高，而潜伏性故障开始的能量一般都较低，所产 生的分解产物的浓度小，加上设备中放置有能吸附水和分解产物的收附剂，而预防性试验 周期又长，因此，要检出内部早期故障，要求检测仪必须有很高的灵敏度和稳定性。针对以上问题，经过多方查阅资料和实验验证，提出一种便携式GIS组合电器故 障气体检测仪。该系统采用单片机外加高速AD和高精度传感器，实现对SF6气体分解物SO2 故障检测和报警的功能，同时优化设计结构，简化操作，方便携带，简单易用。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种便携式GIS组合电器故障气体检测仪。它采用单片 机+高精度AD的结构，集数据采集、存储、显示和数据查询等功能于一体，实现对SF6气体故障检测和报警的功能，操作简单，结构优化，轻巧便携。本实用新型提供一种便携式GIS组合电器故障气体检测仪，它由硬件结构和软件 结构两大部分构成。具体的技术方案如下(1)硬件结构便携式GIS组合电器故障气体检测仪硬件结构部分为单片机+高精度AD的框架， 方框示意图如图1。所述硬件结构是以单片机+高精度AD的框架核心，具体由中央处理模块、数据采 集模块、二氧化硫信号调理模块、数据存储模块、继电控制模块、显示模块、报警提示模块以 及人机交互模块和电源模块等部分组成。所述中央处理器是采用美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS单片机 AT89C51，它兼容MCS-51的指令系统，片内置8位通用中央处理(CPU)和4K字节的可重擦 写FLASH存储单元，其中CPU负责控制整个系统的检测流程和数据处理；4K字节的可重擦 写FLASH存储单元作为本系统的数据存储模块，保证了数据掉电不丢失，进而能进行历史 数据查询；单片机读取AD采样的数据后经过校正处理后直接存储在FLASH EPROM中。所述数据采集模块采用的是Burr-Brown Corporation公司生产的4通道，12位采 样的同步串行接口模拟数字转换器(ADC)ADS7841 ；二氧化硫信号调理模块采用英国City 公司的二氧化硫传感器(型号4S)，采样精度为0. Ippm ；其之间的关系是单片机AT89C51 的1/0 口连接ADS7841的数据输出端口，ADS7841的输入端口连接二氧化硫传感器的数据 输出端口，ADS7841接收到单片机的采集信号后，即开始高速采样由二氧化硫传感器调理转 换后的信号，并进行数据的校正，而后送往单片机的1/0端口，完成数据采集。所述继电控制模块是采用的日本小金井生产的24V常闭两通电磁阀 G010LE1-2-21-DC5V，没有测试的情况下，电磁阀处于闭合的状态；当开始测试时，电磁阀打 开，气体通过气路进入二氧化硫传感器采样室进行采样；测试结束后，电磁阀闭合，气路断 开，防止不必要的SF6及其分解物外泄，污染大气。继电控制模块结构图如图2所示。所述显示模块，采用的是液晶显示，可以直接从中央处理器的存储数据的 FLASHEPR0M中直接读取数据并进行显示；报警提示模块采用蜂鸣器，把正常工作的GIS中 SO2含量作为阈值，当检测到的数据大于此阈值时，自动进行报警提示；所述人机互动模块采用的是一些按键，分别有采集、查询、上翻、下翻等，各按键 将实现各自设定的功能，简便易用，操作方便。所述电源模块包括两部分24V和5V，均采用干电池供电，更换比较容易。所述的继电器控制模块、显示模块、人机互动模块及电源模块均与中央处理器相 连。整个装置的工作过程是当打开采集按键，单片机控制外接的高精度AD进行数据 采集，单片机将数据进行处理后存储在FLASH EPROM中，数据经过阈值比较后，触发报警系 统，蜂鸣器会发出响声，并进行显示；采集结束后按下相应的按键进行历史数据的查询，实 现故障检测与报警。(2)软件结构本实用新型的软件结构流程图如图3所示。所述软件结构，它是基于单片机的智能控制及处理程序，负责控制硬件实现数据
4采集、处理、存储、显示、触发报警提示以及人机器互动。其中包括的子程序有数据采集、线 性滤波、数据存储、数据显示、阈值比较、历史数据查询以及继电控制。所述子程序数据采集有单片机控制ADS7841来实现，其中包括片选信号设置、时 钟输入、输出数据读取。首先，ADS7841将二氧化硫传感SO2浓度转化的电压量转化成数字 量，校正后将此数据输入到的单片机的I/O 口，完成了数据采集。所述线性滤波子程序，考虑到本测试仪要求实时测试SO2的含量以及测试的精度， 故采用逐次递进式线性滤波，可以使用较短时间的延时达到快速高精度的要求。所述数据存储子程序，数据处理后将直接存储在单片机内部的FLASH EPR0M,本单 片机内部有4K字节的FILSH存储单元，能够满足数据存储要求，而且掉电后数据不丢失，方 便于不同时间段的测试数据的查询与比较。所述数据显示子程序，直接从FILSH存储单元读取数据并显示，同时查询的历史 数据也在液晶上面进行显示；所述阈值比较子程序，在程序中设定GIS正常工作时SO2含量的最大值为阈值，当 数据从FILSH存储单元读取出后就与阈值进行比较，若数据大于阈值则启动报警提示，并 且在液晶屏上显示，否则数据直接在液晶屏上显示而不启动报警系统。所述历史数据查询子系统，判断上电后系统并没有进入采集功能，则软件系统进 入历史查询功能，然后判断数据查询的方式上翻和下翻，最后根据查询方式在液晶屏上显 示要查询的数据。所述继电控制子程序是在测试程序结束后，单片机输出控制信号，控制电磁阀关 闭，断开检测气路，防止气体外泄。整个软件的执行过程说明上电后，首先检查“采集”键是否按下，若“采集”键没 有按下，软件系统进入数据查询功能，可以方便于不同时间段的测试数据的查询与比较；若 “采集”键按下则软件系统进入到采集检测功能，AT89C51读取外接的高精度AD输出的串行 数据，然后进行数据处理、滤波以及存储到FLASH EPROM中，然后数据读出后与阈值进行比 较，若数据大于阈值则启动报警提示，并且在液晶屏上显示，否则不启动报警系统数据直接 在液晶屏上显示。然后判断采集是否结束，采集没有结束将继续进行数据采集；否则，采集 测试系统结束，启动继电控制程序，单片机控制电磁阀断开检测气路，整个软件测试检测系 统结束。本实用新型提供一种便携式GIS组合电器故障气体检测仪，其优点和有益效果如 下(1).系统采用低成本、高性能的处理器和快速高精度AD以及良好的抗干扰技术 实现对GIS组合电器故障气体的检测，使得数据的可靠性更好，更能反映GIS的工作状态；(2).简化硬件结构，接线简单，优化系统的软件设计，有效的降低了系统操作的复 杂性，使得系统体积小，质量轻，轻便灵巧，易于携带，与目前现有的体积大、结构复杂、操作 繁琐的测试系统相比有很大的优越性。(3).系统包含当前状态的检测、数据显示、故障报警、历史数据查询等多种功能， 而且继电控制功能还能有效的降低气体外泄而造成的大气污染。
图1本实用新型的硬件结构方框示意图图2本实用新型的继电控制模块结构图图3本实用新型的软件结构流程图图4本实用新型的检测仪总体操作流程图
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的说明。本实用新型提供一种便携式GIS组合电器故障气体检测仪，如图1和图2所示。硬件结构以单片机+高精度AD的框架为核心，由中央处理模块、数据采集模块、二 氧化硫信号调理模块、数据存储模块、继电控制模块、显示模块、报警提示模块以及人机交 互模块和电源模块等部分组成。所述中央处理器选用的是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS单片机 AT89C51，它兼容MCS-51的指令系统，片内置8位通用中央处理(CPU)和4K字节的可重擦 写FLASH存储单元，其中CPU负责控制整个系统的检测流程和数据处理；4K字节的可重擦 写FLASH存储单元作为本系统的数据存储模块，保证了数据掉电不丢失，进而能进行历史 数据查询；单片机读取AD采样的数据后经过校正处理后直接存储在FLASH EPROM中。所述数据采集模块选用的是外接Burr-Brown Corporation公司生产的4通道，12 位采样的同步串行接口模拟数字转换器(ADC)ADS7841，二氧化硫信号调理模块选用的是英 国City公司的二氧化硫传感器(型号4S)，采样精度为0. Ippm,高精度的信号调理模块与 采集模块保证了采集的信号的可靠性与准确性。所述显示模块采用的是SED1335控制器图形液晶显示模块，报警提示模块采用的 是蜂鸣器，从单片机FLASH EPROM中读取的数据先进行阈值比较，根据判断采集的数据的大 小决定是否启动报警提示，当采集数据大于阈值时即启动提示报警，蜂鸣器发出声音提示， 并且在液晶屏上显示，否则不启动报警系统数据直接在液晶屏上显示。所述继电控制模块是采用的日本小金井生产的24V常闭两通电磁阀 G010LE1-2-21-DC5V，在没有测试的情况下，电磁阀处于闭合的状态；当开始测试时，电磁阀 打开，气体通过气路进入二氧化硫传感器采样室进行采样；测试结束后，电磁阀闭合，气路 断开，防止不必要的SF6及其分解物外泄，污染大气。所述人机互动模块采用的是一些按键，分别有采集、查询、上翻、下翻等，各按键 将实现各自设定的功能，简便易用，操作方便。所述电源模块包括两部分24V和5V，均采用干电池供电，更换比较容易。所述的继电器控制模块、显示模块、人机互动模块及电源模块均与中央处理器相 连。整个装置的工作过程是当打开采集按键，单片机控制外接的高精度AD进行数据 采集，单片机将数据进行处理后存储在FLASH EPROM中，数据经过阈值比较后，触发报警系 统，蜂鸣器会发出响声，并进行显示；采集结束后按下相应的按键进行历史数据的查询，实 现故障检测与报警。本实用新型的软件结构流程图如图3所示。
6[0050]本实用新型的软件结构，它是基于单片机的智能控制及处理程序，负责控制硬件 实现数据采集、处理、存储、显示、触发报警提示以及人机器互动。其中包括的子程序有数 据采集、线性滤波、数据存储、数据显示、阈值比较、历史数据查询以及继电控制。所述子程序数据采集有单片机控制ADS7841来实现，其中包括片选信号设置、时 钟输入、输出数据读取。首先，ADS7841将二氧化硫传感SO2浓度转化的电压量转化成数字 量，校正后将此数据输入到的单片机的I/O 口，完成了数据采集。所述线性滤波子程序，考虑到本测试仪要求实时测试SO2的含量以及测试的精度， 故采用逐次递进式线性滤波，可以使用较短时间的延时达到快速高精度的要求。所述数据存储子程序，数据处理后将直接存储在单片机内部的FLASH EPR0M,本单 片机内部有4K字节的FILSH存储单元，能够满足数据存储要求，而且掉电后数据不丢失，方 便于不同时间段的测试数据的查询与比较。所述数据显示子程序，直接从FILSH存储单元读取数据并显示，同时查询的历史 数据也在液晶上面进行显示；所述阈值比较子程序，在程序中设定GIS正常工作时SO2含量的最大值为阈值，当 数据从FILSH存储单元读取出后就与阈值进行比较，若数据大于阈值则启动报警提示，并 且在液晶屏上显示，否则数据直接在液晶屏上显示而不启动报警系统。所述历史数据查询子系统，判断上电后系统并没有进入采集功能，则软件系统进 入历史查询功能，然后判断数据查询的方式上翻和下翻，最后根据查询方式在液晶屏上显 示要查询的数据。所述继电控制子程序是在测试程序结束后，单片机输出控制信号，控制电磁阀关 闭，断开检测气路，防止气体外泄。本实用新型的工作过程打开电源，检测开始工作，按下“采集”键，则单片机 AT89C51给电磁阀发送控制信号，控制电磁阀打开检测气路，同时二氧化硫传感器含量信号 转化为电压量，经由ADS7841景模拟电压量转化为数字量串行输入到单片机AT89C51的I/O 端口，单片机AT89C51读取串行数据后进行数据处理、逐次递进线性滤波，然后将处理后的 数据存储到FLASH EPROM中，单片机AT89C51将采集到的数据与程序中设定的GIS正常工 作时SO2含量的最大值进行比较，若数据大于阈值，单片机将控制报警提示模块启动报警提 示，并且将数据显示在液晶屏上，否则不启动报警系统数据直接在液晶屏上显示。然后单片 机判断采集是否，继而控制进入再次的数据采集；否则，采集测试系统结束，启动继电控制 模块，防止不必要的SF6及其分解物外泄，污染大气。若测试结束后按下查询键，则可以进 行历史数据的查询，进而比较不同时期数据，用SO2含量来判断GIS组合电器工作状态。测 试结束，关闭电源结束检测系统。整个系统的各种功能是通过单片机用软件程序来控制按 键操作来实现。
权利要求一种便携式GIS组合电器故障气体检测仪，其特征在于该检测仪的硬件结构是以单片机+高精度AD的框架核心，包括中央处理模块、数据采集模块、二氧化硫信号调理模块、数据存储模块、继电控制模块、显示模块、报警提示模块以及人机交互模块和电源模块；所述中央处理器是采用美国ATMEL公司生产CMOS单片机AT89C51，片内置8位通用中央处理和4K字节的可重擦写FLASH存储单元；所述数据采集模块采用的是Burr Brown Corporation公司生产的4通道，12位采样的同步串行接口模拟数字转换器ADS7841；二氧化硫信号调理模块采用英国City公司的二氧化硫传感器，采样精度为0.1ppm；其之间的关系是单片机AT89C51的I/O口连接ADS7841的数据输出端口，ADS7841的输入端口连接二氧化硫传感器的数据输出端口；所述继电控制模块是采用的日本小金井生产的24V常闭两通电磁阀G010LE1 2 21 DC5V；所述显示模块，采用的是液晶显示；报警提示模块采用蜂鸣器，把正常工作的GIS中SO2含量作为阈值；所述人机互动模块采用的是一些按键，包括有采集、查询、上翻、下翻；所述电源模块包括两部分24V和5V，均采用干电池供电；所述的继电器控制模块、显示模块、人机互动模块及电源模块均与中央处理器相连。
专利摘要本实用新型提供一种便携式GIS组合电器故障气体检测仪，它由硬件和软件两部分构成，硬件部分以单片机+高精度AD的框架为核心，由中央处理模块、数据采集模块、二氧化硫信号调理模块、数据存储模块、继电控制模块、显示模块、报警提示模块以及人机交互模块和电源模块等部分组成，二氧化硫传感器将模拟信号转化为模拟电压量，AD将模拟电压量转化为数字量后发送给单片机，单片机AT89C51读取数据后进行处理，然后经过逐次递进式线性滤波，然后将数据存储在FLASH EPROM中，单片机将数据与阈值进行比较后决定是否启动报警提示，然后单片机控制液晶显示模块进行数据显示。整个系统硬件结构简化，接线简单，软件设计优化，使得系统体积小，质量轻，轻便灵巧，易于携带。
文档编号G01N33/00GK201673147SQ20102018740
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者张忠杰, 王慧敏 申请人:内蒙古东部电力有限公司通辽电业局