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  • 用機器人檢測、定位、回收六氟化硫氣體

    日期:2023.10.31 來源:國家電網報

    用機器人檢測、定位、回收六氟化硫氣體

     

           1013日,由國網安徽省電力有限公司牽頭國網江蘇省電力有限公司、國網上海市電力公司共同完成的“密閉空間六氟化硫氣體泄漏智能監測與應急處置關鍵技術研究”項目通過國家電網有限公司驗收。

      密閉空間六氟化硫氣體泄漏智能監測與環保處置機器人是該項目的核心成果,由安徽電力科學研究院六氟化硫氣體特性分析與凈化處理技術實驗室(電力設備油氣介質狀態評估與循環利用技術實驗室)研發。應用該機器人,研發人員實現了六氟化硫氣體泄漏早期預警、精確定位、應急回收。

    研究高靈敏度紅外多元光學檢測技術

      六氟化硫充氣設備年漏氣率要求不高于0.5%。戶外的六氟化硫充氣設備主要依靠人工使用相應儀器定期巡檢。而在密閉空間中,六氟化硫泄漏可能會影響人身安全,需要更有效的監測手段。

      “之前,密閉空間六氟化硫氣體泄漏監測普遍采用分布式傳感器。”實驗室主任趙躍介紹。當六氟化硫氣體擴散到傳感器安裝處并達到一定濃度時,傳感器會響應。傳感器安裝的位置、泄漏氣體的擴散速度和濃度都會影響監測數據的質量。且傳感器存在反應滯后、靈敏度不足等問題,又易老化、使用壽命短。針對這些問題,實驗室成員充分調研,開展密閉空間中六氟化硫氣體擴散特征研究,于2021年啟動“密閉空間六氟化硫氣體泄漏智能監測與應急處置關鍵技術研究”項目。

    為了提升六氟化硫氣體監測靈敏性,實驗室攻關團隊選擇了紅外光譜檢測技術。“六氟化硫氣體泄漏時是有紅外輻射的。紅外光譜檢測技術可滿足遠距離監測、高靈敏性的要求,但大氣環境和噪聲輻射又會影響光譜檢測,所以我們先要解決這些問題。”趙躍說。

    攻關團隊采集六氟化硫氣體紅外多譜段特征光譜,研究大氣環境對光譜特征檢測的干擾特性,提出了紅外光譜信噪比增強和光譜輻射校正方法,利用多元回歸分析法建立六氟化硫氣體多元回歸校正模型,制造多元光學濾光片,實現在密閉空間從大氣復雜背景中識別微量六氟化硫氣體的特征光譜。經過一年多的探索,遠距離、高靈敏度六氟化硫氣體紅外多元光學檢測技術初步形成。

    搭建氣體成像監測系統

      攻關團隊還需要監測六氟化硫氣體擴散分布情況,為此建設了基于紅外光譜原理的泄漏氣體成像監測系統。

      “我們通過光學相機輔助采集可見光圖像,研究六氟化硫氣體寬視場可視化監測技術。”實驗室副主任馬鳳翔介紹,“由于紅外多元光學檢測技術使用的紅外光譜監測器與光學相機視場角及分辨率不同,且空間位置也有不同,我們先對圖像進行幾何校正處理,然后匹配同一場景紅外光譜檢測識別圖像和可見光圖像,確保不同距離下氣體成像監測的準確性。”

      監測到六氟化硫氣體后需要精準定位泄漏點。攻關團隊開發了場景掃描裝置,通過圖像拼接技術與多元信息融合技術建立精確定位方法,使泄漏氣體成像監測系統不僅能及時顯示六氟化硫氣體擴散情況,還能準確定位泄漏點。

    202210月,攻關團隊研發出具備自主創建地圖、導航和智能巡檢功能的密閉空間六氟化硫氣體泄漏智能監測機器人。機器人搭載紅外多元光學檢測和泄漏氣體成像監測系統,可在密閉空間內監測六氟化硫氣體、定位泄漏點,并傳輸成像數據。

      今年6月初,密閉空間六氟化硫氣體泄漏智能監測機器人在1000千伏特高壓蘇通GIL管廊應用,用16小時完成了長達5.8千米的管廊檢測,在保證檢測質量的同時實現了機器代人。

    應急處置技術滿足現場應用需要

      監測到密閉空間六氟化硫氣體泄漏并精準定位后,回收并處理六氟化硫氣體是下一步需要解決的問題。

      “我們將小型氣體回收系統搭載在機器人上,移動回收密閉空間常發性微量泄漏氣體以及大體量泄漏處理后的殘留氣體。”趙躍說。攻關團隊建立了密閉空間抗干擾無線通信鏈路,根據設備特性制訂六氟化硫氣體泄漏報警閾值和應急處置閾值,形成氣體泄漏監測、泄漏點定位和環保處置一體化聯動系統,研發出密閉空間六氟化硫氣體泄漏智能監測與環保處置機器人。機器人可在10秒內自主啟動應急處置方案,處理六氟化硫氣體。

    針對不同情況下泄漏的六氟化硫氣體,處理工藝有所不同。機器人會自主識別泄漏情況,遇到微量氣體時,啟動原位回收;遇到設備故障引發的氣體大面積泄漏時,會發出信號,配合回收處理裝置進行處理。

      攻關團隊以低濃度六氟化硫分離提純技術和有毒有害氣體環保處理技術為基礎,提出了多級復合式過濾吸附工藝。該工藝回收速度可達到每小時45.4立方米,突破了混合氣體中大體量低濃度六氟化硫氣體高效分離技術難題,實現快速回收六氟化硫氣體。

    目前,密閉空間六氟化硫氣體泄漏智能監測與環保處置機器人已通過第三方測試,對氣體微量泄漏識別準確率高于90%,直線監測距離大于30米,泄漏點定位精度小于1米,回收處理聯動時間低于10秒。相關技術滿足現場應用需求。

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