SF6氣體具有良好的絕緣性和滅弧性,在電力系統(tǒng)中得到了普遍的應(yīng)用。但是,電力設(shè)備一旦發(fā)生SF6氣體泄漏，SF6氣體及其分解產(chǎn)物不*污染環(huán)境，而且影響電力設(shè)備安全運行，甚至危害工作人員的身體健康。因此,對電力系統(tǒng)中SF6氣體濃度檢測具有非常重要的意義。為滿足電力系統(tǒng)中精確檢測SF6氣體濃度的實際需求，根據(jù)紅外光譜吸收理論，采用單光束雙波長的差分吸收檢測技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了一種小型化高性能的非分光紅外SF6傳感器。在光學(xué)系統(tǒng)中，選用新型的電調(diào)制紅外光源取代傳統(tǒng)的機械斬波式調(diào)制光源，有效提高了系統(tǒng)的緊湊性和穩(wěn)定性；利用集成了高精度濾光片的熱釋電紅外探測器實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，結(jié)合測量通道和參比通道兩路輸出，有效增強了傳感器的檢測精度和抗干擾能力；在電路系統(tǒng)中針對光源的工作特性，設(shè)計有驅(qū)動電路實現(xiàn)了光源的電調(diào)制，提高了光源工作的穩(wěn)定性。

針對探測器的工作特性，通過合理設(shè)計信號調(diào)理模塊，實現(xiàn)了對探測器輸出微弱信號的放大、整流、濾波等功能;傳感器以單片機系統(tǒng)為控制**，實現(xiàn)信號的采集、數(shù)據(jù)處理、串口通信以及光源調(diào)制等功能。實驗中，采用標(biāo)準(zhǔn)濃度SF6氣體對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，擬合出了SF6氣體濃度與輸出電壓的關(guān)系曲線。實驗結(jié)果表明，設(shè)計的傳感器系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測0-2000ppm范圍內(nèi)的SF6氣體濃度，系統(tǒng)的重復(fù)性、穩(wěn)定性和檢測誤差均滿足預(yù)期要求。該SF6紅外傳感器具有小型化、壽命長、成本低、響應(yīng)速度快等特點，在電力行業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

原理概述

非分光性紅外線技術(shù)(non-dispersive infrared absorption，NDIR)是基于氣體吸收理論的光譜類氣體檢測方法。其表現(xiàn)為：紅外光源發(fā)出的紅外輻射經(jīng)過一定濃度待測的氣體吸收之后，特定波長（SF6對應(yīng)10.6um，詳見右下圖：SF6紅外吸收光譜圖）上光強度會發(fā)生與氣體濃度相對應(yīng)的變化，其變化規(guī)律可由比爾-朗伯吸收定律描述。因此可以根據(jù)光強變化求出氣體濃度。

比爾-朗伯氣體吸收定律示意圖 SF6紅外吸收光譜圖

行標(biāo)要求

根據(jù)2016年新發(fā)布的電力行業(yè)推行標(biāo)準(zhǔn)：《DLT 1555-2016 六氟化硫氣體泄漏在線監(jiān)測報警裝置運行維護(hù)導(dǎo)則》第4.2條分類引用如下：

首先，用戶應(yīng)確認(rèn)需求和供貨廠家實際交貨的是以半導(dǎo)體法或聲波法等原理的定性采樣原理需求為準(zhǔn)，還是采用以非分光式紅外吸收定量采樣原理需求為準(zhǔn)。兩者相比而言，紅外定量采樣是定性采樣成本的至少兩倍以上，并且由于定性采樣的準(zhǔn)確度低（一般定性準(zhǔn)確度15%FS左右，而紅外定量在5%FS以內(nèi)），導(dǎo)致受其他氣體（常見于現(xiàn)場油漆施工或分解、電纜表層材料分解等）的影響明顯，誤報警率高，實用性不強。

進(jìn)而，在選擇確定上述原理后，用戶應(yīng)確認(rèn)產(chǎn)品需求和供貨廠家實際交貨的是擴散分布式紅外傳感器采樣架構(gòu)，還是集中泵吸式紅外傳感器采樣架構(gòu)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的兩者架構(gòu)如下：

特別注意：行業(yè)中存在許多以聲波法原理，**顯示界面上以定量顯示來充當(dāng)定量型紅外光譜法的產(chǎn)品，用戶在應(yīng)用時要特別注意和鑒別。

應(yīng)用建議

擴散式架構(gòu)比泵吸式架構(gòu)更具有的優(yōu)勢，表現(xiàn)如下：

1. 擴散式架構(gòu)為就地分布式實時檢測，不存在泵吸式架構(gòu)中采樣泵機械或管路等物理的干擾條件，能夠真實地反映和警示每一個就地現(xiàn)場的SF6超標(biāo)和氧量情況（尤其是缺氧情況一旦受到泵吸長距離輸送，就破壞了現(xiàn)場的實際狀態(tài)）。因而泵吸式不能準(zhǔn)確反映每一個泄漏點位的真實水平。

2. 擴散式因為每個泄漏點位都配置了一只SF6紅外傳感器和一只氧量傳感器，每個點位采樣都是相互獨立的，均為就地直接接觸式模擬采集數(shù)字轉(zhuǎn)化后采樣，不存在泵吸式架構(gòu)中的二次采樣分析腔室，不受管路和分析腔室殘余氣體相互混合對檢測準(zhǔn)確度的影響。并且泵吸式架構(gòu)中一個變電站*有一只紅外SF6傳感器和一只氧氣傳感器，一旦該傳感器失效或不良，整個系統(tǒng)的所有監(jiān)測點位將全部失效。

3. 擴散式為現(xiàn)場實時檢測，不存在泵吸式冗長的采集管路，以及電磁閥切換并逐個分析帶來的時間差，實時性好。報警響應(yīng)速度迅速，不會因電磁閥逐個切換分析導(dǎo)致時間延遲。從上述行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)7.1.3中強調(diào)泵吸式架構(gòu)中導(dǎo)氣管路不應(yīng)超過30米，但實際應(yīng)用中，即使中等規(guī)模的110KV變電站，由于受電纜溝槽的彎曲規(guī)范鋪設(shè)，超過30米是極為常見的。并且該條款中也強調(diào)：若配置多個檢測采樣點，則每個采樣點采樣時間不應(yīng)超過5分鐘，總的采樣周期不應(yīng)超過1小時，既說明實時性不好，并且在實際應(yīng)用中超過12個監(jiān)測點的項目非常多，因而存在很大的應(yīng)用局限性。

4. 擴散式因不存在機械結(jié)構(gòu)的電磁閥，以及采樣吸力泵，這兩個部件都由于每時每刻經(jīng)年累月都需運行采樣，因而存在機械磨損在1年左右就不良，甚至損毀的風(fēng)險。用戶后續(xù)維護(hù)起來由于機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作十分麻煩，維護(hù)成本非常高。

5. 擴散式也不存在因泵吸式從分析主機大量的四氟管鋪設(shè)到現(xiàn)場監(jiān)測點位，四氟管受后續(xù)施工或檢修等因素導(dǎo)致電纜擠壓，而抽取不到氣體的情況常有發(fā)生，用戶又不能自己排查或排查起來非常麻煩，工作量大。

6. 從上述行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8.4條：裝置異常原因及處理措施，也可看出因泵吸式架構(gòu)而帶來的維護(hù)問題多。摘錄如下：

7. 采用泵吸式架構(gòu)還需要在現(xiàn)場布置集SF6氣體分析腔、電磁閥、氣體吸氣采樣泵的氣體分析采樣單元，通常還需要一個就地采集柜，既占用了現(xiàn)場場地，又增加了安裝的工作量。且設(shè)備越多，維護(hù)工作量越大。

8. 泵吸式架構(gòu)是行業(yè)內(nèi)廠家由于非分光式紅外吸收傳感器成本高，為了節(jié)省成本的一種設(shè)計方案。近年隨著紅外傳感器一定程度的成本下降，因而泵吸式架構(gòu)已逐步退出市場，但行業(yè)中仍然存在較少廠家出于成本考慮在推薦使用。

結(jié)論

1. 出于實用性考慮，建議不采用以半導(dǎo)體法、聲波法等定性原理的SF6傳感器。

2. 建議采用擴散式紅外吸收傳感器原理的分布式SF6采樣檢測應(yīng)用產(chǎn)品，可極大提高系統(tǒng)可靠性和減少后續(xù)維護(hù)人員的工作量。采樣更加準(zhǔn)確，應(yīng)用效果優(yōu)越。