（内蒙古超高压供电局 内蒙古呼和浩特市 010080）
摘要：设计与开发SF6气体检漏定位系统，本系统利用 TMS320C6416 高速图像处理能力及其灵活可配置的视频端口，结合 S3C6410 强大的控制能力，对可能发生 SF6 泄漏的现场进行红外视频图像的实时采集，利用帧间差分和局部熵差相结合的算法对泄漏点进行检测和定位。实验表明,该算法不仅克服了帧间差分法检测位置不够精确和局部熵差法计算量大的缺点，同时还有效的降低了诊断过程中被测对象的外形、表面缺陷和背景环境的噪声等影响，能够高效、准确地实现 SF6 泄漏点的检测和定位。
关键词：检漏定位；红外图像；SF6 气体
随着SF6气体的设备数量日趋增多，缺陷和隐患基本在生产制造、出厂试验、交接及运行维护等各环节中就被发现和消除，从而极大程度避免了事故的重复发生，但是SF6气体的漏气现象仍是难以避免和彻底杜绝的常见问题。SF6气体发生泄漏的主要原因包括：生产工艺不良，外壳上有砂眼，密封材料质量欠佳；现场安装质量不高，密封面处理不到位；设备运行中发生振动，如开关分合、变压器运行中的振动，密封材料老化等原因。受目前检漏技术的限制，SF6气体泄漏点的查找与定位难度比较大。本文阐述了SF6气体系统的工作组成及原理，并提出了SF6气体的必要性和优越性。
一、系统工作原理及组成
1、系统工作原理 。SF6对从地球表面反射的红外辐射具有极强的吸收能力，此特性可以使不可见的气体泄漏在红外探测器帮助下变得可见。利用红外成像系统将不可见的气体泄漏成像，对 SF6 设备进行非接触、实时远距离监测，快速、准确地查找 SF6 气体的泄漏点。由于系统所需图像的数据量较大，对运算能力有较高的要求，要实现系统的主要功能，必须选用合适的硬件处理系统，同时还要配以高效的算法。DSP 能实现高速图像的实时处理，但国内同类样机中大多采用单片 DSP 芯片进行算法处理，对于处理完成的结果无法保存和显示，必须借助 PC 机来完成。为了满足系统的独立性及便携性的需求，采用 TI 公司的 DSP 芯片 TMS320C6416 进行系统算法处理，这不仅满足了算法运算处理能力和控制功能的要求，同时提高了系统的集成度。
2、系统组成 。TMS320C6416 是当前单片性能突出的 32 位数字信号处理器，工作主频高达 1 GHz，支持 8 条指令并行执行，定点处理能力最高到 8 GIPS。为使数据能保持对超快速 DSP 内核的供给，TMS320C6416 采用了两级超高速缓存器。其片内资源主要含有访问控制器、外部存储器接口、主机接口等。其中高速 64 bits 宽度的 EMIF 接口，最高吞吐能达到 1 064 MB/s。 S3C6410 是一款低功率、高性能的 RSIC 微处理器。其稳定工作频率为 667 MHz，128 MB DDR 内存，256 MB NandFlash 和 1 MB NorFlash。S3C6410 包括很多硬件功能外设：Camera 接口，TFT 24 bit 真彩色 LCD 控制器，32 通道的 DMA，SD Host 和高速 MMC 卡接口等。由常温下 SF6 气体光谱透过率可知，SF6 气体在红外有一个以波长 10.56 µm 为中心的吸收带，因此本系统采用非制冷长波红外探测器进行成像。探测器信号输出为标准的 PAL 制式信号，采用解码芯片 TVP5150 将其转化为数字信号提供给 DSP 进行处理。采集进来的数字信号分别存储，并将存储设计为乒乓结构，使得 DSP 的读取操作可与存储体的写入操作同时进行。对 TMS320C6416 可配置两个视频口，分别作为视频数据采集口和 TV 信号输出口，以便连接监视器或数据采集卡进行其它操作。而通过 HPI 口也可将视频信号送往 S3C6410 的 LCD 控制寄存器，从而可以用 LCD 进行现场显示。
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二、电气设备检漏的必要性
SF6气体作为电气设备的重要组成部分，发生泄漏后会带来多方面的困扰。第一，从设备运行维护的角度来讲：1）SF6气体起着绝缘和灭弧的重要作用，一旦发生泄漏必然导致电气设备内部SF6压力降低，绝缘及灭弧性能会大幅下降，严重时会导致电气设备发生绝缘击穿故障。2）微水含量是评价SF6气体绝缘状况的另一重要技术指标，存在泄漏时空气中的水蒸气很容易进入设备内部，引起SF6气体微水超标，SF6气体和水份发生化学反应生成的氢氟酸具有很强的腐蚀性，生成的二氧化硫遇水生成的硫酸也具有腐蚀性；同时，水份的凝结对沿面绝缘也是有害的，通常气体中混杂的水份在温度降低时可能凝结成露水附在零件表面而产生沿面放电，甚至引起事故。3）SF6 气体价格昂贵，泄漏将使得运行维护成本大大增加。第二，从环境保护和职业健康角度来讲：1）SF6属于温室气体，对温室效应的影响是同等比重二氧化碳的23900倍，是禁止排放的。2）虽然 SF6气体不会自行分解，但当电气设备内部出现局部放电、电弧或是过热现象时，会产生分解并与设备内的空气发生化学反应，产生二氟化硫、四氟化硫、氟化亚硫酰、氟化硫酰等强毒性和腐蚀性的气体；一旦 SF6气体的分解物发生泄漏，将对运行维护人员的安全构成严重威胁。
三、系统设计原理的优越性比较
空气中微量SF6气体的检测是比较困难的，目前应用的原理多基于：高压放电电离法、电化学法、红外成像法、红外光谱法、超声检测技术。
1、高压放电电离法。高压放电电离法是目前手持式检漏仪中常采用的检测方法，当空气中含有不同浓度的六氟化硫气体时，高压放电的电流就有所改变，通过测量此放电电流的大小而确定空气中泄漏的六氟化硫的浓度大小。此类设备体积小，成本低，但其高压放电传感器寿命较短，不能长期稳定的工作，漂移大，易产生误报情况，不适合定量实时、在线检测。
2、电化学法。电化学技术的原理是检测气体接触到 200℃高温的催化剂表面，并与之发生相应的化学反应，从而产生电信号的改变，以此发现被检测气体。但由于其传感器参与反应 ，可能产生二次污染，另外传感器寿命较短，要定期更换传感器，增加了后期投入。
3、红外成像法。红外成像技术是利用SF6 气体具有强烈吸收作用的特性，此原理常用在手持式仪器中，成本高、不适合构建网络，无法实现气体实时检测。
4、红外光谱法。红外光谱法NDIR技术得到广泛的应用，利用SF6 气体具有强烈吸收作用的特性，能定量检测SF6气体浓度，但是此种原理所采用的传感器多采用进口传感器，价格约为超声波传感器的10倍，为了解决成本问题，目前生产厂家多采用集中式架构，即用真空泵将现场空气抽到取样分析仪中进行测量，取样分析仪中包括 SF6传感器和多通路电磁阀，通过控制电磁阀来切换通道，实现多点测量，此方案成功的降低了成本，但是真空泵使用寿命不长，还需要定期清理探测点的灰尘，否则会影响测量精度甚至造成误报警，定期的清理工作就增加了后期的投入，另外一套系统中 SF6传感器只有一个，若这个SF6 传感器损坏整套系统也就瘫痪。此种方案虽然可实现在线监测SF6气体浓度 ， 但成本高 、 维护复杂，不适合大量推广、应用。
5、超声检测技术。利用声波在SF6气体中传播的速度比在大气中传播的速度慢的特点，实现高精度的测量，运用双通道检测技术解决环境因素的干扰，不受温湿度变化影响，这种检测方法具有精度高、成本低、稳定性高等优点，因其成本低可以实现分散式架构，容易实现系统的在线实时测量及监测自动化，适合在工业现场环境中使用。
总之，开展对气体泄漏红外成像检测技术的研究，特别是对专用红外探测器、光谱选择技术、气体红外图像增强处理技术和系统性能评价等关键技术的研究具有重要意义。六氟化硫气体的泄漏不仅引起环境的污染, 而且危及设备的安全运行。红外激光成像技术在六氟化硫检漏中的应用实现了一项重大突破, 它可在设备无需断电的情况下进行检测, 并快速准确地确定气体泄漏的部位 。该系统不用将检测设备停止工作，便可获得SF6 泄漏视频图像，能够检测出微量 SF6 的泄漏，准确地找出泄漏位置，不仅可节省时间及人力资源，还可降低 SF6 气体的购买量。
参考文献：
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论文作者:王有明
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/26
标签：气体论文; 系统论文; 传感器论文; 发生论文; 图像论文; 氟化论文; 设备论文; 《电力设备》2017年第27期论文;