箱式变电站箱体氯离子浓度监测硬件设计_岳仁峰.pdf
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1、电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering951 箱式变电站箱式变电站长期处于野外环境中,会导致箱体出现腐蚀的情况。箱体一旦被腐蚀将引起漏雨等严重后果,对箱体内电气设备的安全运行会产生极大的影响,同时还很容易引起变压室、高压室和低压室的温度和湿度产生很大的波动,因此对箱式变电站进行腐蚀监测是一项非常重要的工作。一般情况下,在高碱性环境中箱体的钢铁材料会形成难以锈蚀的钝化膜,由于一些裂缝存在于腐蚀部位,雨后出现的 Cl-对钝化膜有较大破坏力,因此对氯离子浓度的监测能
2、够反映箱体的腐蚀状态。本文设计了箱式变电站箱体腐蚀部分氯离子浓度监测的硬件方案,分别采用了光纤和氯离子传感器监测箱体腐蚀部分的氯离子浓度,并对两种方案分别进行了测试,最终实现了箱体腐蚀部分的氯离子浓度监测。2 TLPFG箱体腐蚀监测设计为了实现对箱体腐蚀的光纤监测,本文采用多路TLPFG 同时传感的方法,选择其中一路作为温度参考。传感网络结构图如图 1 所示,传感网络由宽带光源 ASE(波长范围 1460nm1600nm)、多路耦合器、TLPFG 传感器、透射式光纤光栅波长解调仪 FBGA、光开关以及微控制器组成。TLPFG 传感器网络的工作思路如下:宽带光源输出宽带激光,宽带激光进入多路耦合
3、器后分被分为四路,分别进入四个 TLPFG 传感器,选择其中一个 TLPFG 传感器用于温度参考,另外三个传感器监测氯离子的浓度。本文采用的微控制器是 STM32F407ZGT6。微控制器用于控制光开关的切换,依次使得四路 TLPFG 输出光与FBGA 相连,计算机采集得到透射谱信息和谐振波长。由于 TLPFG 同时受到温度和腐蚀部分氯离子浓度的影响使谐振波长发生漂移,因此使用一路 TLPFG 作为温度补偿,根据该路的透射谱的谐振波长计算出温度,然后使用得到的温度对另外三路 TLPFG 进行温度补偿,最后通过透射谱的波长变化计算出箱体腐蚀部分的氯离子浓度。箱式变电站箱体的钢铁材料随着时间的变化
4、,腐蚀程度也会发生变化,从而导致腐蚀部分 Cl-的浓度发生变化,引起 TLPFG 传感器光谱的谐振波长发生偏移。宽带激光经过 TLPFG 后的透射谱在一定波长处会有透射峰,透射峰的谐振波长同时受到环境温度和腐蚀部分Cl-浓度的影响。为了消除温度对谐振波长的影响,需要进行温度补偿。在箱体腐蚀局部做如下实验,如图 2箱式变电站箱体氯离子浓度监测硬件设计岳仁峰1刘勇1赵书民2郭晓琴3(1.山东爱普电气设备有限公司济南高新分公司 山东省济南市 250000)(2.国网山东济南市历城区供电公司 山东省济南市 250000)(3.山东大学控制科学与工程学院 山东省济南市 250061)摘要:本文设计了箱式
5、变电站箱体氯离子浓度监测的硬件方案,采用了光纤光栅传感器和氯离子浓度传感器监测箱体腐蚀部分的氯离子浓度。分别对两种方案进行了测试,实现了箱体腐蚀部分的氯离子浓度监测。关键词:箱式变电站;氯离子浓度;硬件设计图 2:箱体局部监测图 1:传感网络结构示意图电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering96所示,利用 502 液体胶把 TLPFG 固定在箱体的表面进行腐蚀监测。在温度参考下的 TLPFG 传感器,只受温度一个参量的影响,其谐振波长最大为 1577nm,其他三
6、路用于氯离子监测的 TLPFG,同时受到温度和氯离子浓度的影响,其谐振波长相对温度参考的波长发生蓝移,分别处于 1550nm、1553nm 和 1560nm。经过多次测试,得到四通道的 TLPFG 温度、氯离子浓度灵敏度和它们的分辨率,得到的结果如表 1 所示。测试结果:用于温度参考的 TLPFG 传感器温度灵敏度为 50.6pm/,温度分辨率为 1。氯离子监测的TLPFG 传感器氯离子浓度灵敏度为 35.5pm/(molL-1),该传感器对氯离子浓度的分辨率为 1.30molL-1。3 氯离子传感器箱体腐蚀监测设计氯离子导致钢铁材料的腐蚀存在如下条件:Cl-/OH-0.61,已有研究表明,当
7、 OH-浓度越大 Cl-浓度越小,越不容易引发钢铁材料的腐蚀。为了防止腐蚀的进一步发生,本文以最高的碱性环境临界值 pH=11.5 作为判断条件,确定箱体腐蚀发生所对应的氯离子浓度为19.210-4mol/L,如果监测到的氯离子浓度大于该值,就发出腐蚀预警。本文采用三电极氯离子传感器对氯离子浓度进行监测,传感器的原理示意图如图 3 所示,其中 WE 是全固态氯离子工作电极、RE 是银-氯化银参比电极。取样箱体腐蚀部分,试样用硝酸银处理,煮沸十五分钟,冷却后调至中性,取试样加入离子缓冲溶液监测氯离子浓度。氯离子传感器的工作思路如下:氯离子浓度传感器通过 D/A 转换器 DAC8831IDR 与微
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