0前言
SF6气体作为灭弧和绝缘介质广泛应用于变电站电力设备中，其运行压力、温度以及密度等参数关系到变电站的正常运转与人员设备的安全，因此需要对SF6气体压力进行监测。
目前最为广泛使用的仍然是机械式的SF6气体密度表，可靠性高，测量精确度能够得到保障，通过压力表计上的机械触点接通二次回路发出告警、闭锁操作信号。但是其测量的压力数据无法被传输出去，依靠人工进行读数。近年来随着技术进步，巡检机器人、无人机、摄像头等智能识别终端被引进越来越多的变电站，代替人工进行巡检，但其受限于终端成本、拍摄质量、巡检路线、识别算法等限制，并未实现完全自动化。同时周期性的巡维很难判断出设备是否存在气体泄漏的情况，特别是有些设备存在漏点，或者密封不严等原因造成气体缓慢泄漏。
基于以上现状，设计出SF6气体指针式表计监测装置，可实时监测表计压力变化趋势，减少运维维护人员的工作量，提高工作效率。
1技术原理
1.1 变电站指针式表计特点
双金属片SF6气体密度继电器的主要部件包括C型弹簧管、双金属补偿片、传动机芯、指针、表盘、表壳和电接点。断路器气室的气体通过管路与C型弹簧管一端连通，气体压力发生变化时，C型弹簧管端部上下移动，带动传动机芯和表针机构动作，指示相应的气压值。同时，表针指到一定的位置就发补气信号或闭锁断路器信号，实现对气体压力的监测。
表计中的电接点由磁助式开关、导线、电气接口几部分构成，其导线共七根，一根是地线，六根是信号线，两根信号线构成一个回路，共有三个回路。导线的一端与磁助式开关相接，另一端与电气接口相对应的端子相连。由指针上的拨杆带动辅助开关接点，当指针摆到设定值，即压力降至设定值时，信号回路导通发出报警或闭锁信号。
针对以上特点，指针式仪表读数自动识别首先要求检测指针的旋转角度，另外需要对初始角度位置进行定义，再将指针与初始角度偏移量信息转化为数值，就可以实现对气体压力的测量。偏移量为检测指针当前位置与起始位置的偏移角度，根据偏移角度以及预设偏移角度与压力值比值，计算偏移角度对应的压力值。
1.2设计方案
目前机械式密度继电器的抗震性和抗干扰性，经过长时间运行经验验证已达到稳定状态。本文设计方案保留机械式密度继电器的原理和结构,通过在表盘上增加电子测量电路，监测表计指针的旋转角度，转化为气室气压读数，在不改变表计密封性能基础上，实现电子测量和机械测量结果数据一致。
2 技术路线
指针式表计监测装置主要由转角测量装置、温感装置、通讯装置、后台数据处理主站等单元组成。为了不影响人巡观测，监测部分设计为装卸式，可直接套于表计外壳上，翻盖式设计便于运维人员现场查看表计读数。
图1 监测装置示意图
转角测量装置包括磁场角度感应芯片、磁化薄片指针形磁铁、信号处理单元和传送单元。磁化薄片指针形磁铁用胶贴粘接在表计的指针上，跟随表计指针旋转，进而引起磁场变化。而磁场变化使转角位移传感器产生电信号，该电信号即为指针的偏移角度。经过信号处理单元转换成数字信号，即气压值，再由传送单元传送至通讯装置，最后由通讯装置无线发送至后台数据处理主站。
温感装置实时采集现场的环境温度情况，因气体压力值与设备所处环境温度有很大关系，综合现场环境温度方能准确判断压力是否正常。温感装置采集的温度信号通讯装置无线发送至后台数据处理主站。
通过设定时间周期或者根据实际需求，来启动转角测量装置对表计的指针位置进行监测。比如，在日常设备运维中可设定每天测量一次，通过后台数据处理主站生成每日气体压力曲线，通过定时启动转角测量装置，可以得出线性气体压力信息，方便分析和辨别故障。当设备存在密封不严漏气时，或者需要分析天气变化与气体压力关系曲线时，可调整测量频率，达到可以缺陷故障发展趋势的目的。
通讯模块内嵌整套装置中，将采集到的发送至后台数据处理主站。两套装置增加看门狗电路，防止装置死机和误发信，通讯模块可采用物联网SIM卡信号将采集的数据直接上传到后台数据处理主站。
后台数据处理主站可运用最广泛的嵌入式技术。使用嵌入式处理器STM32F103主控芯片32位、速度72MHz 的CPU硬件基础，移植UC-OS实时操作系统，搭建高性能软硬件平台。后台数据处理主站收到角度信息之后，通过与表计型号信息进行拟合，得出表计压力值，通过测量频率的设置可以得到压力下降趋势曲线，在后台数据处理主站可以人为实在压力告警值和压力下降速率告警值，当出现异常时，发出告警信号。
转角测量装置的磁场角度感应芯片的型号为MLX90316。信号处理单元的型号为OPA177。传送单元的型号为VB100。通讯模块采用SIM800C-GSM，模块内部嵌入高速高性能芯片，功耗低，接收灵敏度高，数据传输稳定。模块应用范围广，体积小，方便嵌入各种系统或设备中使用。
临时使用指针式表计监测装置时，将箍筋箍筋在表计上，让整套装置与表计面板贴合，因不同表计的压力范围与读数不一样，后台数据处理主站需要根据表计型号进行拟合，得出表计压力值。
3结论
采用转角测量装置，更加精准方便监视表计压力值，并且能够定时自动地采集实时表计压力，结合环境温度，判断压力是否正常。转角测量装置与通讯装置的整合，使得该设备能够实时将数据上传到后台主站，实现了远程监测的效果，大大降低了人力成本。后台数据处理主站，能随时查询到实时的表计数据并进行线性分析故障发展趋势和实现告警功能，也使得故障处理更加及时，极大降低了用人成本和运维风险。
参考文献
[1]董伟,代正元,路智欣,方勇,吴尉民.SF6气体表计典型故障模型分析[J]. 电气技术与经济,2023,(03):80-81.
[2]尧阳.电气设备中SF6气体泄漏的检测与监测[J].电工技术,2022,(23):184-187.
[3]程亚博.一种基于电磁感应原理的新型角度传感器[J].电子质量,2022,(08):203-206.
[4]黄为民.变电站SF6表计智能直读设备的研究与开发[D].浙江理工大学,2022.
[5]杨庆贺.SF6气体密度继电器的原理、结构和现场校验方法[J].安徽科技,2020,(09):45-47.
[6]江文.基于刻度准确定位的指针式仪表示数识别方法研究[D].华南理工大学,2021.
[7]宁柏锋,董召杰.基于图像识别的变电站SF6气压表智能读数方法研究[J].自动化与仪器仪表,2020,(06):48-51.
