CN102520121A - 分析六氟化硫气体成分的环保型实时检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种分析六氟化硫气体成分的环保型实时检测装置及其方法，该装置包括实时检测模块和环保回收模块，该方法首先需要对被测SF₆气体进行成分分析；然后对经过成分分析后输出的SF₆气体中的杂质进行吸收去除，并回收SF₆气体。本发明的环保型实时监测装置及其方法能够实时检测出反映气体绝缘设备运行状态的气体成分，并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

分析六氟化硫气体成分的环保型实时检测装置及其方法

技术领域

本发明属于气体成检测领域，具体涉及一种分析电力系统气体绝缘设备中六氟化硫(下称SF₆)气体成分的检测装置及其方法。

背景技术

SF₆气体具有优良的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于GIS、断路器和互感器等电力系统的气体绝缘设备中。SF₆气体的化学性质较稳定，在正常运行工况下，气体绝缘设备的SF₆气体分解产物较少。由于设备长期带电运行或处于放电作用下，SF₆气体易分解产生SF₄、SF₂和S₂F₂等多种低氟硫化物。若SF₆不含杂质，随着温度降低，分解气体可快速复合还原为SF₆。因实际应用的电气设备中SF₆含有微量的空气、水分和矿物油等杂质，上述低氟硫化物性质较活泼，易与氧气、水分等再反应，生成稳态的气体化合物，如SO₂、H₂S、CO和HF等。

采用气体检测传感器分析方法，根据传感器输出电信号与气体成分含量之间存在的转换关系，可对设备中SF₆气体成分进行带电检测，实时检测出SF₆气体中的SO₂、H₂S、CO和HF等成分含量。但现有SF₆气体成分检测装置所使用的气体检测传感器的量程范围较窄，且各传感器间存在交叉干扰，多次检测大含量的气体成分可能对各传感器造成污染，使得检测传感器的性能下降、精度降低，进而大大缩短传感器及其仪器的使用寿命。

设备运行会产生多种SF₆气体成分，如上面提到的SO₂、H₂S、CO和HF，以及SF₄、SOF₂、SO₂F₂、SOF₄、S₂F₁₀(或S₂OF₁₀)等，这些气体成分都存在一定的生物毒性。对设备进行现场检测时，若随意排放检测气体，可能妨碍检测人员的人身安全，同时污染大气环境。目前所用的SF₆气体成分检测装置缺乏对人身安全和环境保护的考虑，仅外接数米长的尾气管甩到下风处直接排放检测气体，由于户外空气流通较快，可能造成人身伤害，且SF₆气体的排放不利于环境保护。由此，需对被测气体进行有效处理，采取积极的环保措施防止污染。

鉴于上述两方面的考虑，应改善现有SF₆气体成分的检测方法和装置，设计合理的传感器布置，确保检测结果的精度，提出环保型检测方案，有效避免SF₆气体的随意排放。

发明内容

为了克服现有SF₆气体成分检测装置的上述缺陷，本发明的目的之一是提供一种分析SF₆气体成分的环保型实时检测装置，该装置既能对电力系统气体绝缘设备中SF₆气体成分进行实时检测，又能实现检测气体的环保回收。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种分析SF₆气体成分的环保型实时检测装置，其特征在于，该装置包括：

实时检测模块，用于对被测SF₆气体进行成分分析；和

环保回收模块，用于对经过成分分析后输出的SF₆气体中的杂质进行吸收去除，并回收SF₆气体。

进一步地，所述实时检测模块包括气体通道，每条气体通道中均包括：

选择开关，用于选择开通相应气体通道中的气体检测传感器；和

气体检测传感器，用于检测SF₆气体中的杂质含量，其包括SO₂气体检测传感器和其它气体检测传感器，每个气体检测传感器所在的气体通道中均设有一选择开关。

进一步地，所述其它气体检测传感器包括下述任一至全部传感器：H₂S气体检测传感器、CO气体检测传感器和HF气体检测传感器。

进一步地，所述环保回收模块包括：

吸附装置，用于吸收去除SF₆气体中的杂质；和

气体回收装置，用于对SF₆气体进行回收。

进一步地，所述吸附装置采用安装于气体混合管路中的吸附剂；所述气体回收装置包括真空泵、回收钢瓶和用于电气控制、压力监控的辅助设施。

进一步地，所述实时检测模块和环保回收模块封装于同一外壳中。

本发明的另一目的在于提出一种分析SF₆气体成分的环保型实时检测方法，该方法包括以下步骤：

对被测SF₆气体进行成分分析；

对经过成分分析后输出的SF₆气体中的杂质进行吸收去除，并回收SF₆气体。

进一步地，对被测SF₆气体进行成分分析包括对正常运行设备中的SF₆气体进行成分检测和/或对事故后设备中的SF₆气体进行成分分析；通过位于各气体通道的气体检测传感器对被测SF₆气体进行成分分析，所述气体检测传感器包括SO₂气体检测传感器和其它气体检测传感器。

进一步地，当采用一个SO₂气体检测传感器时，其它气体检测传感器包括下述任一或两个传感器：H₂S气体检测传感器、CO气体检测传感器和HF气体检测传感器；

对正常运行设备进行SF₆气体成分检测的步骤包括：

将设备取气阀门与气体输入管路连接，由选择开关选择开通SO₂气体检测传感器所在的气体通道，并通过SO₂气体检测传感器检测SF₆气体中的SO₂气体含量；

若检测到的SO₂含量超过了SO₂气体检测传感器对其它气体检测传感器造成交叉干扰的范围，则不再开通其它气体检测传感器所在气体通道的选择开关；否则，由选择开关同时开通其它气体检测传感器所在的气体通道，利用上述各气体检测传感器实时检测设备在运行状态下的SO₂气体和其它气体含量；

对事故后设备中的SF₆气体进行成分分析的步骤包括：

将设备取气阀门与气体输入管路连接，由选择开关仅选择开通SO₂气体检测传感器所在的气体通道，用SO₂气体检测传感器检测SF₆气体中的SO₂气体含量，根据检测到的SO₂气体含量来确定故障设备及其气室。

进一步地，所述SO₂气体检测传感器的量程为0-100μL/L。

进一步地，当采用两个SO₂气体检测传感器时，其它气体检测传感器包括H₂S气体检测传感器、CO气体检测传感器和HF气体检测传感器；

对正常运行设备进行SF₆气体成分检测的步骤包括：

将设备取气阀门与气体输入管路连接，由选择开关选择开通第一SO₂气体检测传感器所在的气体通道，并通过第一SO₂气体检测传感器检测设备中的SO₂气体的含量；

若检测到的SO₂含量超过了SO₂气体检测传感器对其它气体检测传感器造成交叉干扰的范围，则不再开通其它气体检测传感器所在气体通道的选择开关；否则，断开第一SO₂气体检测传感器所在气体通道的选择开关，并由选择开关同时开通第二SO₂气体检测传感器和其它气体检测传感器所在的气体通道，利用上述各气体检测传感器实时检测设备在运行状态下的SO₂气体和其它气体的含量；

对事故后设备中的SF₆气体进行成分分析的步骤包括：

将设备取气阀门与气体输入管路连接，由选择开关仅选择开通第一SO₂气体检测传感器所在的气体通道，用第一SO₂气体检测传感器检测SF₆气体中的SO₂气体含量，根据检测到的SO₂气体含量来确定故障设备及其气室。

进一步地，所述第一SO₂气体检测传感器的量程为0-500μL/L，所述第二SO₂气体检测传感器的量程为0-100μL/L。

进一步地，经过成分分析后输出的SF₆气体先通过位于气体混合管路中的吸附剂吸收去除杂质后，再通过回收钢瓶回收SF₆气体。

本发明中的实时检测模块对设备中SF6气体进行单组分或多组分含量检测的原理为：SF₆气体绝缘设备正常运行中，因内部绝缘缺陷出现局部放电、电弧放电或过热故障时，SF₆气体、金属触头和固体绝缘材料分解且相互反应，产生SO₂、H₂S、CO、HF和金属氟化物等。结合设备中SF₆气体成分现有的检测技术，主要以SO₂和H₂S气体作为判断设备是否存在故障的特征组分，辅以检测CO和HF等组分，可准确、快速诊断设备内部潜伏性缺陷或故障。设备发生故障后，引起能量较大的电弧放电，产生大量的SO₂气体成分，仅通过检测SO₂含量就能快速判断故障设备及其气室。

SO₂、H₂S、CO和HF气体传感器之间存在交叉干扰，特别是大含量的气体成分易污染损坏其它气体检测传感器，由于存在缺陷的正常运行设备和故障设备中都会产生SO₂成分，需先选择开通SO₂气体传感器所在的气体通道，进而根据检测需求判断是否需要开通其它气体传感器所在的气体通道。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的检测装置及其方法在气体通道前端设置选择开关，可灵活控制被测气体是否流经该通道，有效避免气体检测传感器间的交叉干扰，防止大含量气体成分对检测量程较小的传感器的污染，延长传感器的使用寿命。

(2)本发明的检测装置及其方法选用分析不同组分、不同检测量程的气体检测传感器，根据检测需求对气体成分进行组合检测，实现单成分或多成分含量的检测，可同时满足正常运行设备SF₆气体中微量成分和故障设备大量SF₆气体成分的检测分析，得到设备在不同工况下的SF₆气体成分。气体检测传感器的响应速度快，在安全条件可靠的前提下，可对运行设备进行带电实时检测，为设备状态监测提供了有效手段。

(3)本发明的检测装置及其方法采用气体成分吸附装置吸收被测气体中的硫化物、氟化物等主要成分，大大减小了高含量气体成分对检测装置所用气体管路和器件的污染，从而减少了检测装置的维护工作量，也提高了检测结果的准确度。吸附装置用吸附剂在现场检测中可多次使用，且便于更换。

(4)本发明的检测装置及其方法采用小型化气体回收装置，实现了对检测气体的环保回收，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，具有安全健康和绿色环保意义。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的环保型实时检测装置的结构示意图。

其中，1-气体输入管路，2-选择开关，3-气体检测传感器，4-气体通道，5-实时检测模块，6-混合气体管路，7-气体成分吸附装置，8-气体回收装置，9-环保回收模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的分析SF₆气体成分的环保型实时检测装置及其方法做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的分析SF₆气体成分的环保型实时检测装置主要由气体输入管路1、实时检测模块5、气体混合管路6和环保回收模块9组成，图中相同或相似的图形表示相同或相似的器件。设备中气体通过气体输入管路1进入实时检测模块5，实时检测模块5包括2～5个气体通道4，气体通道主要由选择开关2和气体检测传感器3构成，先由选择开关2选择被测气体(SF₆气体)是否在气体通道4流通，若选择开关2闭合，再经气体检测传感器3进行气体成分的实时检测，否则被测气体不流经该气体通道4；通过实时检测模块4输出的被测气体(SF₆气体)通过气体混合管路6进入环保回收模块9，环保回收模块主要由气体成分吸附装置7和气体回收装置8构成，被测气体(SF₆气体)经气体成分吸附装置7吸收去除其中的硫化物、氟化物等主要杂质成分后，由小型气体回收装置8对SF₆气体进行环保回收。其中，气体成分吸附装置7采用位于装置中用于吸附SF₆气体中的杂质成分的吸附剂，该吸附剂安装在气体混合管路6中，充分吸收被测气体中的硫化物、氟化物等主要杂质成分；气体回收装置8为小型化轻便装置，主要由通过管道连通的真空泵和回收钢瓶以及用于控制电气、监控压力等辅助设施构成，通过气体回收装置对SF₆气体进行完全回收，实现SF₆气体对大气的零排放。

该检测装置中的环保回收模块9便于装卸，可随时更换吸附剂和回收钢瓶。本发明的检测装置能够实时检测出反映气体绝缘设备运行状态的气体成分，并实现了被测气体的环保回收，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。

可根据需要，选择本发明检测装置中的一个或多个选择开关2同时闭合，该选择开关2可由手动或自动编程控制，若选择开关闭合，则可使被测气体在该该选择开关所在地气体通道4中流通。

本发明的环保型实时检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，对被测SF₆气体进行成分分析；

步骤2，对经过成分分析后输出的SF₆气体中的杂质进行吸收去除，并回收SF₆气体。

所述步骤1中，对被测SF₆气体进行成分分析包括对正常运行设备中的SF₆气体进行成分检测和/或对事故后设备中的SF₆气体进行成分分析；通过位于各气体通道的气体检测传感器对被测SF₆气体进行成分分析，所述气体检测传感器包括SO₂气体检测传感器和其它气体检测传感器。

当采用一个量程为0-100μL/L的SO₂气体检测传感器时，其它气体检测传感器包括下述任一或两个传感器：H₂S气体检测传感器、CO气体检测传感器和HF气体检测传感器。

当采用量程为0-500μL/L的第一S0₂气体检测传感器和0-100μL/L的第二SO₂气体检测传感器时，其它气体检测传感器包括H₂S气体检测传感器、CO气体检测传感器和HF气体检测传感器。

所述步骤2中，经过成分分析后输出的SF₆气体先通过位于气体混合管路中的吸附剂吸收去除杂质后，再通过回收钢瓶回收SF₆气体。

实施例1

本发明的一个实施例为分析SF₆气体两组分的环保型实时检测方法和装置，用于检测设备中SF₆气体中的SO₂和H₂S气体成分。实时检测模块5包括2个气体通道4，每个气体通道中各设有一个气体检测传感器3，分别为：SO₂气体检测传感器和H₂S气体检测传感器，检测量程范围都是0～100μL/L。

对正常运行设备进行SF₆气体成分检测时，将设备取气阀门与气体输入管路1连接，先由选择开关2选择开通SO₂气体检测传感器3所在的气体通道4，用SO₂气体检测传感器3检测设备中的SO₂含量。若检测到的SO₂含量超过了SO₂传感器对H₂S传感器造成交叉干扰的范围，则不再开通H₂S气体检测传感器3所在气体通道4的选择开关2，否则，由选择开关2同时开通H₂S气体检测传感器3所在的气体通道4，利用SO₂和H₂S气体检测传感器3实时检测得到设备在运行状态下的SO₂和H₂S含量。

对事故后设备进行故障气室定位时，将设备取气阀门与气体输入管路1连接，由选择开关2选择仅开通SO₂气体检测传感器3所在的气体通道4，用SO₂气体检测传感器3检测设备中的SO₂含量，根据检测到的SO₂含量确定故障设备及其气室。

所述实时检测模块5输出混合气体通过气体混合管路6进入检测装置的环保回收模块9，由气体成分吸附装置7和气体回收装置8构成。所述气体成分吸附装置7中放置0.1kg的F-03吸附剂，所述气体回收装置8带1升的回收钢瓶，可实现变电站中设备的多个气室中气体成分的吸附和SF₆气体回收。

实施例2

本发明的另一个实施例为分析SF₆气体四组分的环保型实时检测方法和装置，用于检测设备中SF₆气体中的SO₂、H₂S、CO和HF气体成分。实时检测模块5包括5个气体通道4，每个通道中分别设有一个气体检测传感器3，分别为：检测量程为0～500μL/L的第一SO₂气体检测传感器，检测量程0～100μL/L的第二SO₂气体检测传感器，检测量程为0～100μL/L的H₂S气体检测传感器，检测量程为0～500μL/L的CO气体检测传感器以及检测量程为0～10μL/L的HF气体检测传感器。

对正常运行设备进行SF₆气体成分检测时，将设备取气阀门与气体输入管路1连接，先由选择开关2选择开通检测量程为0～500μL/L的SO₂气体检测传感器3所在的气体通道4，用SO₂气体检测传感器3检测设备中的SO₂含量。若检测到的SO₂含量超过了SO₂传感器对H₂S、CO和HF传感器造成交叉干扰的范围，则不再开通其它4个气体检测传感器3所在气体通道4的选择开关2。否则，断开检测量程为0～500μL/L的SO₂气体检测传感器3所在气体通道4的选择开关2，由选择开关2同时开通检测量程为0～100μL/L的SO₂、H₂S、CO和HF气体检测传感器3所在的气体通道4，利用SO2、H₂S、CO和HF气体检测传感器3实时检测得到设备在运行状态下的SO₂、H₂S、CO和HF含量。

对事故后设备进行故障气室定位时，将设备取气阀门与气体输入管路1连接，由选择开关2选择仅开通检测量程为0～500μL/L的SO₂气体检测传感器3所在的气体通道4，用SO₂气体检测传感器3检测设备中的SO₂含量，根据检测到的SO₂含量确定故障设备及其气室。

所述实时检测模块5输出混合气体通过气体混合管路6进入检测装置的环保回收模块9，由气体成分吸附装置7和气体回收装置8构成。所述气体成分吸附装置7中放置0.1kg的F-03吸附剂，所述气体回收装置8带1升的回收钢瓶，可实现变电站中设备的多个气室中气体成分的吸附和SF₆气体回收。

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 (13)

1.一种分析SF₆气体成分的环保型实时检测装置，其特征在于，该装置包括：

实时检测模块，用于对被测SF₆气体进行成分分析；和

环保回收模块，用于对经过成分分析后输出的SF₆气体中的杂质进行吸收去除，并回收SF₆气体。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述实时检测模块包括气体通道，每条气体通道中均包括：

选择开关，用于选择开通相应气体通道中的气体检测传感器；和

气体检测传感器，用于检测SF₆气体中的杂质含量，其包括SO₂气体检测传感器和其它气体检测传感器，每个气体检测传感器所在的气体通道中均设有一选择开关。

3.如权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述其它气体检测传感器包括下述任一至全部传感器：H₂S气体检测传感器、CO气体检测传感器和HF气体检测传感器。

4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述环保回收模块包括：

吸附装置，用于吸收去除SF₆气体中的杂质；和

气体回收装置，用于对SF₆气体进行回收。

5.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于：所述吸附装置采用安装于气体混合管路中的吸附剂；所述气体回收装置包括真空泵、回收钢瓶和用于电气控制、压力监控的辅助设施。

6.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述实时检测模块和环保回收模块封装于同一外壳中。

7.一种分析SF₆气体成分的环保型实时检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

对被测SF₆气体进行成分分析；

对经过成分分析后输出的SF₆气体中的杂质进行吸收去除，并回收SF₆气体。

8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，对被测SF₆气体进行成分分析包括对正常运行设备中的SF₆气体进行成分检测和/或对事故后设备中的SF₆气体进行成分分析；通过位于各气体通道的气体检测传感器对被测SF₆气体进行成分分析，所述气体检测传感器包括SO₂气体检测传感器和其它气体检测传感器。

9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，当采用一个SO₂气体检测传感器时，其它气体检测传感器包括下述任一或两个传感器：H₂S气体检测传感器、CO气体检测传感器和HF气体检测传感器；

对正常运行设备进行SF₆气体成分检测的步骤包括：

将设备取气阀门与气体输入管路连接，由选择开关选择开通SO₂气体检测传感器所在的气体通道，并通过SO₂气体检测传感器检测SF₆气体中的SO₂气体含量；

若检测到的SO₂含量超过了SO₂气体检测传感器对其它气体检测传感器造成交叉干扰的范围，则不再开通其它气体检测传感器所在气体通道的选择开关；否则，由选择开关同时开通其它气体检测传感器所在的气体通道，利用上述各气体检测传感器实时检测设备在运行状态下的SO₂气体和其它气体含量；

对事故后设备中的SF₆气体进行成分分析的步骤包括：

将设备取气阀门与气体输入管路连接，由选择开关仅选择开通SO₂气体检测传感器所在的气体通道，用SO₂气体检测传感器检测SF₆气体中的SO₂气体含量，根据检测到的SO₂气体含量来确定故障设备及其气室。

10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述SO₂气体检测传感器的量程为0-100μL/L。

11.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，当采用两个SO₂气体检测传感器时，其它气体检测传感器包括H₂S气体检测传感器、CO气体检测传感器和HF气体检测传感器；

对正常运行设备进行SF₆气体成分检测的步骤包括：

将设备取气阀门与气体输入管路连接，由选择开关选择开通第一SO₂气体检测传感器所在的气体通道，并通过第一SO₂气体检测传感器检测设备中的SO₂气体的含量；

若检测到的SO₂含量超过了SO₂气体检测传感器对其它气体检测传感器造成交叉干扰的范围，则不再开通其它气体检测传感器所在气体通道的选择开关；否则，断开第一SO₂气体检测传感器所在气体通道的选择开关，并由选择开关同时开通第二SO₂气体检测传感器和其它气体检测传感器所在的气体通道，利用上述各气体检测传感器实时检测设备在运行状态下的SO₂气体和其它气体的含量；

对事故后设备中的SF₆气体进行成分分析的步骤包括：

将设备取气阀门与气体输入管路连接，由选择开关仅选择开通第一SO₂气体检测传感器所在的气体通道，用第一SO₂气体检测传感器检测SF₆气体中的SO₂气体含量，根据检测到的SO₂气体含量来确定故障设备及其气室。

12.如权利要求11所述的检测方法，其特征在于，所述第一SO₂气体检测传感器的量程为0-500μL/L，所述第二SO₂气体检测传感器的量程为0-100μL/L。

13.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，经过成分分析后输出的SF₆气体先通过位于气体混合管路中的吸附剂吸收去除杂质后，再通过回收钢瓶回收SF₆气体。

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