CN102419327B - 一种sf6气体分解产物的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种SF₆气体分解产物的检测装置，其包括回收处理模块以及并行设置的检测模块和流量调节模块，检测模块和流量调节模块的输入端分别与三通切换阀的两个出口相连，检测模块和流量调节模块的输出端分别与回收处理模块的输入端相连；被测气体经由三通切换阀的入口进入该检测装置，并由三通切换阀控制被测气体先进入流量调节模块，调节气体流量至检测需要值后切换三通切换阀使气体进入检测模块进行检测，经由流量调节模块和检测模块输出的被测气体均由回收处理模块进行回收处理。该检测装置不仅能实时检测出反映气体绝缘设备运行状态的气体成分，还实现了检测气体的环保回收，为电力设备的可靠运行和检测人员的安全防护提供了有效保障。

Description

一种SF6气体分解产物的检测装置

技术领域

本发明属于一种气体检测装置，具体涉及一种SF₆气体分解产物的检测装置。

背景技术

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)由于占地面积小、可靠性高，在电力系统中得到了广泛应用。由于GIS全部元件都封闭在金属壳中，其早期故障较常规变电站更难发现，故障造成的损失也更大，对GIS设备内部状态进行监测，避免事故的发生一直是国内外科研机构研究的热点。相关试验和运行经验表明，通过检测GIS设备中分解产物对设备内部绝缘进行故障诊断和状态评估，具有抗干扰能力强、灵敏度高等特点，被广泛用于设备现场检测分析。

SF₆气体化学性质极其稳定，是一种不燃、无臭、无毒的惰性气体，密度约为空气的5倍，其分解温度约为500℃以上，SF₆与某些绝缘物(如硅树脂层压板)接触时，加热到160～200℃就会分解，水分存在时，能加速其分解。在放电作用下，SF₆分解形成低氟化物和游离氟，若是纯净的SF₆气体，上述分解产物将随着温度降低而快速复合，还原为SF₆气体。在实际的GIS设备中，SF₆气体含有微量的空气、水分和矿物油等杂质，这些杂质参与反应生成稳定的分解物，如SO₂、SOF₂、H₂S、HF等。因此，通过检测SF₆气体分解产物含量对于发现设备潜伏性故障和故障定位有很大帮助。

目前，GIS设备中SF₆气体分解产物检测方法主要有气相色谱法、红外吸收光谱法、检测管法、电化学传感器法等。这些方法的测量原理各异，适用于不同场合、检测分解产物的不同组分，气相色谱法和红外吸收光谱法主要应用于实验室分析，现场检测多采用电化学传感器法和检测管法。

检测管是以化学显色反应(如酸碱反应、氧化还原反应、络合反应等)为基础的化学方法，用于检测SF₆气体分解产物中SO₂、HF、H₂S和矿物油等杂质的含量。气体检测管的测量原理是应用化学反应与物理吸附效应的干式微量气体分析法，即“化学气体色层分离(析)法”。

气体检测管是装有检测剂的带刻度玻璃管，检测剂是将某些能与待测物质发生化学反应并可改变颜色的化学试剂吸附在固体载体颗粒表面上加工而得，如H₂S气体检测管的反应原理为：

H₂S+Pb(AC)₂→PbS↓+2HAC

其中，Pb(AC)₂为白色试剂，PbS为棕褐色沉淀。H₂S气体检测管(量程为10μL/L)的示意 图如图1所示，检测管的两端设有封口尖端a、d，并且其内部对称填充有一对塞填料b，检测管的表面上设有指示层c。当含有H₂S的被测气体通过检测管时，与吸附在载体上的Pb(AC)₂反应产生棕褐色染色段，染色段长度与H₂S气体含量成正比，从而确定被测气体中的H₂S含量。不同气体检测管的检测剂成分不同，但化学分析原理基本相同。

由于检测管的量程范围大，操作简便、分析快速，适应性较好，又具有携带方便、不需维护等特点，在电气设备SF₆气体分解产物的现场检测中应用较广。

现场检测时，气体检测管可直接利用设备的压力进样，其与设备直接相连，在预先设定的时间内以标定的流速流过检测管，根据管内颜色变化的长度对应的校准刻度，可得到所测气体的浓度。

目前现场检测方法主要存在的问题有：

1)采用电化学传感器法进行高浓度气体检测时，若被检测气体浓度超过传感器量程，可能导致传感器寿命降低或损坏；

2)采用电化学传感器法进行检测时，不同气体之间存在交叉干扰现象；

3)目前现场使用检测管法进行检测时，多采用手动取样器或浮子流量计，其测试流量难以精确控制，导致检测结果偏差较大。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提出一种能够提高检测准确度、对被测气体完全回收处理的SF₆气体分解产物的检测装置。

本发明的检测装置是通过如下技术方案实现的：

一种SF₆气体分解产物的检测装置，该装置包括回收处理模块以及并行设置的检测模块和流量调节模块，所述检测模块和流量调节模块的输入端分别与三通切换阀的两个出口相连，所述检测模块和流量调节模块的输出端分别与回收处理模块的输入端相连；被测气体经由三通切换阀的入口进入该检测装置，并由三通切换阀控制被测气体先进入流量调节模块，调节气体流量至检测需要值后切换三通切换阀使气体进入检测模块，对被测气体分解产物的含量进行检测，经过流量调节模块和检测模块输出的被测气体均由回收处理模块进行回收处理，以实现检测过程的零排放。

进一步地，所述检测模块、流量调节模块和回收处理模块分别通过管路进行连通。

进一步地，所述管路的壁厚不小于1mm、内径为2-4mm；所述管路采用聚四氟乙烯管。

其中，所述流量调节模块包括：

流量调节阀II，用于调节被测气体流量至检测需要值；和

检测管II，用于监测被测气体的流量。

进一步地，将割断两端封口尖端的检测管II安装在两段管道之间，所述流量调节阀II安装在与检测管II输入端相连接的管道上。

其中，所述检测模块包括：

检测管I，用于检测被测气体分解产物的含量；和

计时器I，用于计时。

进一步地，将割断两端封口尖端的检测管I安装在两段管道之间，所述计时器I安装在与检测管I输出端相连的管道上。

其中，所述流量调节模块和检测模块均包括结构相同的流量调节阀、检测管和计时器，用于实现流量调节模块与检测模块之间的互换，即：待测气体先进入的那个模块作为流量调节模块，该模块中的检测管用来监测被测气体流量；另一模块则作为检测模块，该模块中的检测管用来检测被测气体分解产物的含量。

进一步地，通过调整检测模块中计时器的计时时长，实现检测模块中检测管的量程变换，以达到最优检测效果。

其中，所述回收处理模块包括吸附剂和气体回收装置，所述吸附剂安装在与气体回收装置输入端相连的管道中，被测气体经过吸附剂去除气体的分解产物后，将气体通入气体回收装置进行回收。

进一步地，所述气体回收装置包括真空泵、回收钢瓶和用于控制电气、监控压力的辅助设施。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：

(1)采用并行设置的流量调节模块和检测模块，检测前将待测气体的流量调节至检测需要值，然后切换到检测模块进行检测，避免检测过程中进行流量调节导致检测结果不准。

(2)检测开始同时计时，根据不同组分、不同量程的检测管，设定不同的检测时间，以达到最佳检测效果。

(3)采用小型化气体回收装置实现了对被测气体的完全回收处理，所用回收钢瓶可随时更换，确保了设备中SF₆气体对大气的零排放和检测人员的人身安全，具有绿色、环保意义。

(4)采用聚四氟乙烯管进行管路设计，避免管路吸附影响检测结果。

(5)检测模块和流量调节模块即可以采用相同或不同部件构成，正由于检测模块和流量调节模块可以采用相同部件构成，所以在实际检测过程中，二者可以互换，无须区分检测模 块和流量调节模块。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是现有技术中气体检测管的外形图，其中，a、d-封口尖端，b-塞填料，c-指示层；

图2是本发明SF₆气体分解产物检测装置的结构示意图，其中，1-快速插头，2-三通切换阀，3-检测管I，4-计时器I，5-检测模块，6-吸附剂，7-气体回收装置，8-回收处理模块，9-流量调节模块，10-计时器II，11-检测管II，12-流量调节阀I，13-流量调节阀II。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的SF₆气体分解产物检测装置做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明的SF₆气体产物检测装置主要由回收处理模块8以及并行设置的检测模块5和流量调节模块9组成，图中相同或相似的图形表示相同或相似的器件。检测模块5和流量调节模块9的输入端分别与三通切换阀2的两个出口相连，检测模块5和流量调节模块9的输出端分别与回收处理模块8的输入端相连；被测气体经由三通切换阀2的入口进入该检测装置，并由三通切换阀2控制被测气体先进入流量调节模块9，调节气体流量至检测需要值后切换三通切换阀2使气体进入检测模块5，对被测气体分解产物的含量进行检测，经过流量调节模块9和检测模块5输出的被测气体均由回收处理模块8进行回收处理。

该检测装置的检测模块5、流量调节模块9和回收处理模块8分别通过管路相连通，该管路可以采用聚四氟乙烯管或其它不吸附SO₂和H₂S气体的材料制成，其壁厚不小于1mm，内径为2～4mm，管路内壁应光滑清洁。

检测模块5包括通过管路相连的检测管I 3和计时器I 4，将割断两端封口尖端的检测管I 3安装在两段管道之间，计时器I 4安装在与检测管I输出端相连的管道上。流量调节模块9包括通过管路相连的检测管II 11和流量调节阀II 13，将割断两端封口尖端的检测管II 11安装在与检测模块5并行设置的两段管道之间，流量调节阀II 13安装在与检测管II 11输入端相连的管道上。

上面所述的检测模块和流量调节模块为最基本结构，可以分别完成检测和流量调节的功能，但两个模块只能完成预先设置好的功能，这就需要操作人员记住两个模块的位置；为了使两个模块可以实现互换，流量调节模块和检测模块最好均由结构相同的流量调节阀、检测 管和计时器构成，这就需要在检测模块5加入一流量调节阀I 12，同时在流量调节模块9中加入一计时器II 10，流量调节阀I 12安装在与检测管I 3的输入端相连的管道上，计时器II 10安装在与检测管II 11的输出端相连的管道上，并且检测管I与检测管II、流量调节阀I与流量调节阀II以及计时器I与计时器II的结构完全相同，这样当按照图1的结构组装好该检测装置后，如果三通切换阀先向下面模块通入SF₆气体时，则图中的下面模块即为流量调节模块9，该模块中的检测管II 11则用于监测SF₆气体流量，当通过流量调节阀II 13调整SF₆气体流量至检测需要值时，将上面模块中的流量调节阀I 12也调整至与流量调节阀II 13的相同位置，并切换三通切换阀使SF₆气体进入图中的上面模块，该模块即为检测模块5，再通过检测管I 3检测SF₆气体分解产物的含量，并读取检测结果；反之，如果三通切换阀先SF₆气体进入图中上面模块，则上面模块为流量调节模块，那么下面模块变为检测模块。SF₆气体的分解产物主要包括硫化物、氟化物等成分，本发明中主要检测SO₂、H₂S、CO和HF这四种分解产物的含量，这四种分解产物可以分别通过SO₂检测管、H₂S检测管、CO检测管和HF检测管对上面四种分解产物的含量进行检测，每种检测管只能检测一种分解产物，当需要检测其它分解产物时，只需将检测模块中的检测管I和流量调节模块的检测管II卸下，并更换上相应种类、结构相同的检测管I、II即可。

回收处理模块8包括吸附剂6和气体回收装置7，吸附剂6安装在与气体回收装置的输入端相连的管道中，经过吸附剂吸收SF₆气体中的分解产物(本发明主要吸收硫化物、氟化物等成分)后，再通过气体回收装置7回收处理SF₆气体。气体回收装置7使用小型化装置，包括真空泵、回收钢瓶和用于电气控制、压力监控等辅助设施，对经过去除分解产物的SF₆气体进行环保回收，以实现SF₆气体的零排放，回收钢瓶储满气体后可进行更换。该回收处理模块8便于装卸，可随时更换吸附剂和回收钢瓶。

本发明的检测装置通过设定不同的检测时间，同样的检测管可以进行不同量程的切换，例如，采用量程为20μL/L的SO₂检测管，检测流量为150mL/min，检测时间为2min时，其量程为20μL/L；若检测流量不变，检测时间为1min时，其量程为40μL/L；若检测流量不变，检测时间为4min时，其量程为10μL/L。实际检测过程中可以根据具体情况设定检测时间。

实施例

下面通过一个具体例子来阐述SF₆气体分解产物检测装置的原理和检测过程，通过更换检测模块5中的检测管I可检测设备SF₆气体分解产物的SO₂、H₂S、CO和HF等气体成分，根据检测需要选择相应量程的检测管。根据检测结果可进行设备故障情况的判断。所述检测 装置的回收处理模块8安装气体成分吸附剂6和气体回收装置7，吸附剂6用F-03吸附剂，所述吸附剂用量为0.2kg，气体回收装置7带1升的回收钢瓶，可实现变电站中多个气体绝缘设备气室中SF₆气体成分的环保型实时检测。

下面以检测SO₂气体含量为例具体介绍本检测装置的检测过程，选用量程为20μL/L的SO₂检测管，检测流量为150mL/min，检测时间为2min，将SO₂检测管两端割断并固定于检测模块5中检测管I 3的位置，采用同样的检测管(可用已使用过的检测管)固定于流量调节模块9中检测管II 11的位置，插入快速插头1，切换三通切换阀2使SF₆气体通过流量调节模块9，当气体流量调节合适后切换三通切换阀2使SF₆气体通过检测模块5，并开始计时，达到设定好的检测时间，检测结束，读取检测结果。整个过程中的气体都经过吸附剂6的吸附和气体回收装置7的回收处理，实现检测过程中SF₆的零排放。

需要进行其他气体组分的检测时，只需要更换检测管I和检测管II即可，检测过程同上。

本发明采用流量调节阀进行气体流量调节控制，在检测的同时通过计时器进行精确计时，以提高检测管检测的准确度。本发明的检测装置不仅能够实时检测出反映气体绝缘设备运行状态的气体成分，还实现了检测气体的环保回收，为电力设备的可靠运行和检测人员的安全防护提供了有效保障。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1. 一种SF₆气体分解产物的检测装置，其特征在于：该装置包括回收处理模块以及并行设置的检测模块和流量调节模块，所述检测模块和流量调节模块的输入端分别与三通切换阀的两个出口相连，所述检测模块和流量调节模块的输出端分别与回收处理模块的输入端相连；被测气体经由三通切换阀的入口进入该检测装置，并由三通切换阀控制被测气体先进入流量调节模块，调节气体流量至检测需要值后切换三通切换阀使气体进入检测模块，对被测气体分解产物的含量进行检测，经过流量调节模块和检测模块输出的被测气体均由回收处理模块进行回收处理，以实现检测过程的零排放；

所述检测模块、流量调节模块和回收处理模块分别通过管路进行连通；所述管路的壁厚不小于1mm、内径为2-4mm；所述管路采用聚四氟乙烯管；

所述流量调节模块和检测模块采用相同或不同结构：

当采用相同结构时，所述流量调节模块和检测模块均包括结构相同的流量调节阀、检测管和计时器，用于实现流量调节模块与检测模块之间的互换，即：待测气体先进入的那个模块作为流量调节模块，该模块中的检测管用来监测被测气体流量；另一模块则作为检测模块，该模块中的检测管用来检测被测气体分解产物的含量；通过调整检测模块中计时器的计时时长，实现检测模块中检测管的量程变换；

当采用不同结构时，所述流量调节模块包括：

流量调节阀II，用于调节被测气体流量至检测需要值；和

检测管II，用于监测被测气体的流量；

将割断两端封口尖端的检测管II安装在两段管道之间，所述流量调节阀II安装在与检测管II输入端相连接的管道上；

所述检测模块包括：

检测管I，用于检测被测气体分解产物的含量；和

计时器I，用于计时；

将割断两端封口尖端的检测管I安装在两段管道之间，所述计时器I安装在与检测管I输出端相连的管道上。

2. 如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述回收处理模块包括吸附剂和气体回收装置，所述吸附剂安装在与气体回收装置输入端相连的管道中，被测气体经过吸附剂去除气体的分解产物后，将气体通入气体回收装置进行回收。

3. 如权利要求2所述的检测装置，其特征在于：所述气体回收装置包括真空泵、回收钢瓶和用于控制电气、监控压力的辅助设施。