0  引言

SF6 气体因为其良好绝缘和灭弧性能而被广泛应 用在电力行业的高压断路器和变压器中。换流站中的 换流变压器是交直流转化时的核心设备，因为换流变 压器的阀侧绕组运行环境恶劣，会同时受到交直流高 电压，通常阀侧绕组套管会充装 SF6 气体作为绝缘介 质。SF6 气体泄露时会对设备的正常工作造成影响， 同时威胁到工作人员的安全，根据电网企业的相关规 程，有必要对其进行监测。

SF6 的监测技术经历了四代：半导体方式、电晕  法、超声波检测技术、红外检测技术。目前国内主要  采用的是分布式 SF6 监测装置，即在现场布置多个采  集单元，每个采集单元都独立具备 SF6 气体的测试功  能，测量后的信号通过电缆传送到后台的集中控制台， 此方法的优点是价格较低，布置灵活，测量点可以任  意增加，非常适用于换流站、变电站等主接线复杂，  现场运维难度大的场所。

1 SF6 红外检漏原理

某些属性与分子振动和旋转方式相关，并且对于 一个特定分子是唯一的，可用于识别目的。分子通过 吸收一个光子或释放一个光子达到激活，其吸收过程 通常发生在红外区域。此特征在红外光谱表现为一个

单次吸收光谱，红外光谱技术利用不同物质对红外辐 射的选择吸收特性对物质进行定性或定量分析。针对 中红外波段 4000-400cm-1，实验室利用光谱仪测出 SF6 的吸收峰值在 947.06cm-1 处，证明 SF6 在中红 外波段有吸收。

2 基于物联网技术 SF6 泄露在线监测装置设计

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，布置在 现场的是感知层：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，第二层是传输层：能够实 现数据传输、存储的数据通信模块。提供人机交互的 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 气体在线泄露监测报警系 统的运行状态监控比对校准和决策支持提供技术支 撑。

2.1 物联网感知层的设计

SF6 气体分子对特定波长的红外光有吸收，其吸 收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律，即 SF6 气体对红外光进行有选择性吸收，其吸收强度变 化取决于被测气体的浓度。SF6 在线监测装置主机部 分 的主控模块选用高性能 、低功耗、 低成本的

STM32F103 处理器，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 4G 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）时，主控制器会向报警控制 模块发送信号。还可同时对当前环境中 SF6 含量、氧 气含量，环境温湿度等数据进行实时监测，实时显示 测量数据，并将监测结果上送传输层，以便工作人员 实时监测现场环境状态，及时发现 SF6 泄漏现象和 缺氧情况，并根据现场境况采取相应措施。

2.2 物联网传输层的设计

传输层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。其中 4G 通信技术已 在我国大面积覆盖，4G 一旦建立连接，就可以实现 数据的永远在线，可实现本系统中的实时在线监测。 虽然 4G 通信技术传输速度较低，由于本系统的感知 层的传输内容仅为浮点型或字符串信息，对带宽要求 不高，因此可选用 4G 通信技术作为本系统的通信方 式。

2.3 物联网应用层的设计

采用 4G 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 监测设  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  总结

随着更加先进的控制技术的应用，SF6 气体泄漏 环境在线监测装置更多地和换流站安全系统融合，逐 步与消防等系统结为一体，如 SF6 含量过高后联动启 动风机或者其他报警装置等。同时不仅局限于对 SF6 气体的监测，还能开发出更多的人机交互功能让换流 站运行人员能够与厂家直接沟通进行远程协助。还具 备一定的数据挖掘功能，建立起基于本站所采集的数 据模型，让整套装置具备更好地维护性。

参考文献

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