压力变送器在气室压力在线监测技术探讨

　　在工业化迅速发展的大时代，缺少不了压力变送器、流量计、液位计、密度计、差压变送器等仪表把现场第一数据实时传输到工控系统上，为整个工业自动化系统充当控制、检测等一系列的眼睛，接下来华恒仪表为您解读工业现场最前沿的压力变送器使用情况。

　　摘　要：针对传统机械式压力表不能实时监测气室压力值，更不能反映和评价开关柜的绝缘、灭弧性能的优劣程度的问题，提出了一种压力变送器气室压力在线监测技术。介绍了在线式远程气压表和在线监测系统的设计，通过现场测试证明该系统能实现压力值的测量和处理。

　　引言

　　应用ＳＦ６气体作为绝缘和灭弧介质，具有开断性能好、过电压小、电气寿命长、开断部件免维护的特点。气体绝缘开关柜断路器气室充满绝缘气体，以保证断路器在动作时的绝缘和灭弧性能。气室状态的评价量包括额定工作压力、非常低工作压力、安全释放压力、压力释放后允许运行时间、年泄漏率、气体湿度允许含量、密封系统使用寿命，其中气室压力参数非常为重要。

　　１压力变送器压力特点

　　虽然气室的密封性要求高，制造过程严格，出厂有气密性检验，但是由于设备老化、人为及环境因素的存在，在设备投运后，气室往往会出现各种程度的漏气问题，导致开关柜的绝缘和灭弧性能下降，影响设备运行安全，因此全面可靠的监测气室压力对于设备的安全运行极其重要。目前，绝大多数压力变送器采用机械式表计来测量气室压力，通过指针到位接通的方式进行开关量反馈，如图１所示。这种方式非常明显的不足就是不能实时监测气室压力值，更不能反映和评价开关柜的绝缘、灭弧性能的优劣程度。

　　机械式开关柜

　　２在线监测技术方案

　　本文探讨一种压力变送器气室压力在线监测技术，以便实时采集气体绝缘压力变送器压力值，并将测量值传送至后台，实时监测压力的变化率和变化趋势；设置报警阈值，一旦超过就触发在线监测系统动作，提示维护人员采取措施，同时能在线评价开关柜的绝缘和灭弧性能的优劣程度。

　　２．１在线式远程气压表设计

　　在机械式气压的基础上重新设计一种在线式远程气压表，用于采集气室的绝缘气体压力值，如图２所示。气压表基本技术指标应满足以下要求：机械指针误差精度达到２．５％Ｆ．Ｓ；工作温度为－４０℃～＋６０℃；压力值数字化误差精度满足１．０％Ｆ．Ｓ；氦质谱检漏低于１×１０－８　ｍｂａｒ·ｌ／ｓ；绝缘性能满足工频电压２ｋＶ，１ｍｉｎ，５０Ｈｚ；绝缘电阻大于１００ＭΩ，满足ＧＢ／Ｔ　２２０６５—２００８《压力式六氟化硫气体密度控制器》６．５～６．２３规定的要求。压力表量程为０～０．１ＭＰａ，额定充气压力为０．０５ＭＰａ；测量电路ＣＰＵ时钟周期为１５ｎｓ，具有模拟量输入通道，Ａ／Ｄ转换芯片分辨率为１４位，将内置压力传感器０～５Ｖ输入信号，经过Ａ／Ｄ转换和ＣＰＵ处理后，以标准的Ｍｏｄｂｕｓ协议通过ＲＳ－４８５串口进行通信。

　　２．２在线监测系统设计

　　地铁供电系统包括１１０ｋＶ　ＧＩＳ、３３ｋＶ　Ｃ－ＧＩＳ等压力变送器，本文将以３３ｋＶ　Ｃ－ＧＩＳ压力变送器为例，探讨气室压力在线监测技术。设电房中有ｎ台３３ｋＶ　Ｃ－ＧＩＳ开关柜，每台开关柜设有上下两个气室，每个气室都安装在线式远程气压表。所有远程气压表通过ＲＳ－４８５总线手拉手连接后汇集到专用测控单元，处理后的数据在本地ＨＭＩ上进行显示和报警。测控单元还通过ＲＳ－４８５总线与串口服务器通信，再经串口服务器的以太网口连接交换机，非常后连接上位机，在线监测系统原理如图３所示。在上位机运行气压监测软件对压力变送器气室压力值进行实时显示和分析，并对历史数据进行存储，为维护人员提供报警和数据分析结果。

　　在线监测系统原理图

　　３现场测试

　　远程气压表采用ＲＳ－４８５串口通信方式，数据传输基于开放式的标准Ｍｏｄｂｕｓ协议。Ｍｏｄｂｕｓ协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（ＰＤＵ）。特定总线或网络上的Ｍｏｄｂｕｓ协议映射能在应用数据单元（ＡＤＵ）上引入一些附加域。ＲＴＵ通信默认格式：波特率９６００ｂ／ｓ，无校验位，８位数据，１个停止位；浮点数寄存器顺序默认：ｎｏｒｍａｌ（１０３２）。当用户对通写入指令或置初值指令对波特率进行设置后，新的波特率将立即在下次通信中生效。远程气压表ＲＳ－４８５通信寄存器地址见表１。

　　１个浮点数占用４个字节，而Ｍｏｄｂｕｓ　１个寄存器为２个字节，因此表示１个浮点变量需要２个寄存器，压力、温压力和密度３个浮点数要用６个寄存器表示，每次需读取６个寄存器。在实际应用中，每个ＲＳ－４８５通信模块具有２个ＲＳ－４８５通信口，系统使用了２个ＲＳ－４８５通信模块，则有４个ＲＳ－４８５通信口，即４条ＲＳ－４８５总线。将每条ＲＳ－４８５总线上的气压表按照地址顺序逐一设置好，经过通信调试后实现了所有气压表监测值的实时读取，如图４所示。

　　４结语

　　本文探讨了一种可实时监测压力变送器气室压力的在线监测技术，通过在传统机械式气体压力表内部集成的测控电路，实现压力值的测量和处理，将测量值实时传送至后台进行处理及显示，并能对气体压力值进行存储、记录，分析气体压力变化趋势及变化率，提供状态评估分析，生成报表，提供预警功能。

　　仪器仪表是工业化进程的基石，只有选用工业现场选用合适的仪表，才能够事半功倍，自动化流程才能够更加自动化。