配电室系统和SF6气体浓度检测方法

技术领域

本发明涉及电网检监测备领域，尤其涉及一种配电室系统和SF6气体浓度检测方法。

背景技术

六氟化硫(SF6)气体作为性能优越的绝缘气体，已在输配电设备中得到了广泛的应用，依据《GB26860－2016.电业安全工作规程：发电厂和变电站电气部分》、《JB/T10893－2008.高压组合电器配电室六氟化硫环境监测系统》、《DL408—1991.电业安全工作规程》(发电厂和变电所电气部分)和《DL/T639－2016.六氟化硫电气设备运行、实验及维修人员安全防护细则》及《国家电网公司二十五项电网重大反措施》。《DL408—1991.电业安全工作规程》(发电厂和变电所电气部分)特别规定，装有SF6设备的配电装置室必须保证SF6气体浓度小于1000ppm，除须装设强力通风装置外，必须安装能报警的氧量仪和SF6气体浓度检测报警仪等。

目前针对SF6气体浓度在线检测技术，现被采用的技术常用有光学法和电学法，监测方法中应用最多的是电学法的电晕放电法，这类传感器寿命短，定性差，检测过程中会对环境气体进行电离产生有毒气体产生二污染。而对于光学法检测法，其虽然精度高，但相应地成本高，并且核心传感部件要依赖进口原件，在线监测应用多采用单一传感以泵吸或镜面反射来完成在线监测，故可靠性低、性价比低且受到限制。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种利用环境噪声过滤以提高气体检测精度的SF6气体浓度检测方法。

本发明的第二目的是提供一种可利用环境噪声过滤以提高SF6气体检测精度的配电室系统。

为了实现本发明第一目的，本发明提供一种SF6气体浓度检测方法，包括：采集背景噪声并获取噪声数据；输出预设频率的探测声音；采集当前的声场数据；根据噪声数据对声场数据进行噪音过滤；根据过滤后的声场数据计算SF6气体浓度。

更进一步的方案是，根据噪声数据对声场数据进行噪音过滤的步骤，包括：将噪声数据取反处理；通过正负抵消算法根据取反后的噪声数据对声场数据进行背景噪声过滤。

更进一步的方案是，预设频率的探测声音包括第一频率探测声音、第二频率探测声音或第三频率探测声音，第一频率探测声音、第二频率探测声音和第三频率探测声音的频率均不同。

为了实现本发明第二目的，本发明提供一种配电室系统，包括密闭腔室、配电设备室和气体浓度检测装置，密闭腔室形成有密封腔体，密封腔体用于存储有SF6气体，配电设备设置在密封腔体内，气体浓度检测装置包括声场传感器和发声音源，声场传感器和发声音源位于密封腔体内。

更进一步的方案是，声场传感器和发声音源位于密闭腔室的同一侧上，声场传感器和发声音源之间设置有中隔板。

更进一步的方案是，中隔板采用玻璃纤维制成。

更进一步的方案是，密闭腔室呈矩形设置，密闭腔室包括第一内侧壁、第二内侧壁、第三内侧壁和第四内侧壁，第一内侧壁与第二内侧壁相对，第三内侧壁与第四内侧壁相对；

声场传感器和发声音源位于靠近第一内侧壁，第二内侧壁设置有声音反射区，第三内侧壁与第四内侧壁均设置有吸音件。

更进一步的方案是，密闭腔室的外壁设置有隔音件。

本发明的有益效果是，通过设置密闭腔室存储SF6气体，并将配电设备设置在其内，为了监控气体的浓度，故通过发声音源和声场传感器分别发出音波和接收音波，在实际监测时，可先对背景噪音进行采集，在发出预设的频率的探测声音，探测声音还可采用不同频率的声音进行多次检测，然后根据噪音数据对当前的声场数据进行噪声滤波，从而降低外围环境噪音干扰，计算SF6气体浓度时的精度更为准确，且利用变频声场技术的探测声音进行对比监测可加强监测数据的准确度。利用通过在配电室系统的隔音、吸音及其结构设置，通过这种声音暗室设计，从而提高声场通道采集精度。

附图说明

图1是本发明配电室系统实施例中气体浓度检测装置的系统框图。

图2是本发明配电室系统实施例中密闭腔室的结构示意图。

图3是本发明SF6气体浓度检测方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参照图1和图2，配电室系统包括密闭腔室2、配电设备和气体浓度检测装置，密闭腔室2形成有密封腔体，密封腔体用于存储有SF6气体，配电设备包括但不限于变压器、电力线路、断路器、低压开关柜、配电盘、开关箱和控制箱，配电设备设置在密封腔体内，氟化硫SF6气体作为性能优越的绝缘气体为配电设备提高安全性能。

密闭腔室2呈矩形设置，密闭腔室2包括第一内侧壁21、第二内侧壁22、第三内侧壁23、第四内侧壁24、顶壁和底壁，第一内侧壁21与第二内侧壁22相对，第三内侧壁23与第四内侧壁24相对，顶壁与底壁相对，第二内侧壁22设置有声音反射区，第一内侧壁21、第三内侧壁23与第四内侧壁24均设置有吸音件，且顶壁与底壁的内侧均设置有吸音件，吸音件可采用吸音海绵，而密闭腔室2的外壁设置有隔音件，隔音件将几乎包裹整个密闭腔室2。密闭腔室2还设置有多个吸音件26，吸音件26具有多个吸引槽，吸音件26平行布置在靠近第二内侧壁22处。通过吸音件和隔音件的设置大大降低密封腔体的环境噪声。

气体浓度检测装置包括声场传感器12和发声音源11，声场传感器12和发声音源11位于密封腔体内，声场传感器12和发声音源11位于同一侧上且位于靠近第一内侧壁21的位置处，声场传感器12和发声音源11均朝向声音反射区设置，发声音源11朝向声音反射区发出预设频率的探测声音，声场传感器12采用高灵敏度的拾音器件，声场传感器12和发声音源11之间设置有中隔板25，中隔板25采用玻璃纤维制成，且可采用迷宫状的玻璃纤维隔板。

气体浓度检测装置还包括主控单元20、A/D转换模块19、脉冲频率发生器18、放大模块17、声压调制模块16、波形整定模块15、滤波模块14和功率放大器13，主控单元20设置有MCU处理器和存储器，主控单元20在程序上设置有自检模块、输出声压控制模块、可变频率调制模块、背景噪声检测模块、气体浓度检测模块和降噪数据处理模块，在驱动发声音源11发出时，主控单元20与声压调制模块16、脉冲频率发生器18连接并输出对应的控制信号，脉冲频率发生器18与波形整定模块15连接并输出脉冲信号，继而经过波形整定模块15对脉冲信号的波形处理，声压调制模块16、波形整定模块15与功率放大器13连接，继而驱动发声音源11发出预设声压、预设频率和预设波形的探测声音。

探测声音在密闭腔室2内传播，经过声音反射区的反射后将被声场传感器12接收声音，声场传感器12与滤波模块14连接，将滤波后的数据传输至放大模块17，经过放大模块17的放大后输出A/D转换模块19，A/D转换模块19向主控单元20输出转换后的数字信号，即实现将采集的模拟信号转换后向主控单元20输出数字信号。

参照图3，在实际应用SF6气体浓度检测方法时，首先执行步骤S11，先通过声场传感器12采集背景噪声，并使得主控单元20获取噪声数据，最后执行步骤S12，对噪声数据取反处理。

随后输出预设频率的探测声音，执行时，可选择性地采用不同的预设频率的探测声音，预设频率的探测声音包括第一频率探测声音、第二频率探测声音或第三频率探测声音，第一频率探测声音、第二频率探测声音和第三频率探测声音的频率均不同。即执行步骤S21时，通过发声音源11输出第一频率探测声音，并随后执行步骤S22，通过声场传感器12采集第一声场数据并向主控单元20输出，或者执行步骤S31时，通过发声音源11输出第二频率探测声音，并随后执行步骤S32，通过声场传感器12采集第二声场数据并向主控单元20输出，又或者执行步骤S41时，通过发声音源11输出第三频率探测声音，并随后执行步骤S42，通过声场传感器12采集第三声场数据并向主控单元20输出。

下面以第一频率探测声音和第一声场数据为例，最后执行步骤S13，通过正负抵消算法根据取反后的噪声数据对第一声场数据进行背景噪声过滤，继而如S14步骤，得出经过过滤后的声场数据。

随后执行步骤S15，将声场数据带入声衰及声压的公式算法中计算SF6气体浓度，具体地可参考《基于声波衰减的六氟化硫浓度无线传感器》作者为颜盛银的文献，其文中揭示的计算方案，通过声波与距离的衰减公式、声波传播的α介质的衰减系统公式、声波衰减后的声压值的公式，和一些关键参数如温度T、检测通道长度x、声波角频率、介质气体密度、导热系数、气体的摩尔质量等，以及配合Matlab继而实现对SF6气体浓度的计算。继而如步骤S16，得出对应频率下的SF6气体浓度值，最后执行步骤S17，保存相关的数据。

再者，可通过上述三个不同频率的探测声音和声场数据进行SF6气体浓度计算，从而可做参考比对，继而提高监测精度。另外，对于噪声数据取反处理可放在采集声场数据后，过滤背景噪声之前进行执行，其同样可实现本发明的目的。主控单元20可设置远程通讯模块，继而可与云端服务器连接，继而可实现云端的在线监测。

由上可见，通过设置密闭腔室存储SF6气体，并将配电设备设置在其内，为了监控气体的浓度，故通过发声音源和声场传感器分别发出音波和接收音波，在实际监测时，可先对背景噪音进行采集，在发出预设的频率的探测声音，探测声音还可采用不同频率的声音进行多次检测，然后根据噪音数据对当前的声场数据进行噪声滤波，从而降低外围环境噪音干扰，计算SF6气体浓度时的精度更为准确，且利用变频声场技术的探测声音进行对比监测可加强监测数据的准确度。利用通过在配电室系统的隔音、吸音及其结构设置，通过这种声音暗室设计，从而提高声场通道采集精度。