CN102829938A - 一种检测高压电气设备sf6气体泄漏的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测高压电气设备SF₆气体泄漏的方法，包括以下步骤：S1在待测区域的一侧放置激光发生装置和激光吸收装置，另一侧放置地物目标；S2激光发生装置在激光发生装置在10ms之内连续发发射两束激光，两束激光的波长分别为SF₆气体的吸收峰值波长和吸收谷值波长，记录两束激光的发射功率；S3两束激光到达地物目标，被地物目标反射后折回，被激光吸收装置接收，经去噪声和信号处理后，得到两束激光的接收功率；S4计算待测区域的SF₆气体浓度。本发明还公开了实现上述方法的装置。本发明测试精度高；现场设备无需断电，节约成本，还具有环保性特点。

Description

一种检测高压电气设备SF6气体泄漏的方法及系统

技术领域

本发明涉及高压气体设备检测领域，特别涉及一种检测高压电气设备SF₆气体泄漏的方法及系统。

背景技术

目前电力系统中装设有大量的SF₆电气绝缘设备,但是由于存在设计、制造、安装以及运行维护不当等原因，可能会造成高压电气设备SF₆气体的泄漏。

高压电气设备SF₆气体泄漏会产生如下的一些问题：

（1）SF₆气体在电弧、局部放电以及高温等因素的作用下会进行分解继而产生分解物，其与因设备泄漏而带来的水分反应会产生某些腐蚀性极强的电解质，它们不仅会对设备的灭弧室金属元件以及密封绝缘材料产生腐蚀作用，影响设备的机械性能，缩短设备的使用寿命，降低设备的绝缘能力，而且对人也具有毒性，会对运行维护人员的人身安全造成巨大的危害；

（2）SF₆气体在压强为101325Pa、气温20℃时的密度为6.16g/L，而只在这个条件下它才具有优异的绝缘、灭弧性能，但是设备的泄漏将会对气体的压强产生影响，从而对气体的密度值产生影响；

（3）SF₆气体是一种具有强烈温室效应的气体，它的温室效应是CO₂的23900倍，所以它的泄漏对于大气环境将造成巨大的危害；

（4）SF₆气体价格昂贵，且SF₆高压电气设备在电力系统中应用广泛，如若设备泄漏造成频繁充气会对电力系统造成巨大的经济压力。

因此，考虑到以上的这些不利影响，有必要采取合适的方法实时检测高压电气设备SF6气体的泄漏。目前广泛应用的方法有肥皂泡法、包扎法、卤化物检测、紫外线电离等，均存在实时性差，精确度低以及浪费人力物力等缺点。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于，提供一种基于差分吸收激光雷达技术的检测高压电气设备SF₆气体泄漏的方法。

本发明的另一目的在于提供实现上述方法的检测高压电气设备SF₆气体泄漏的系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种检测高压电气设备SF₆气体泄漏的方法，包括以下步骤：

S1在待测区域的一侧放置激光发生装置和激光吸收装置，另一侧放置地物目标；其中激光发生装置、激光吸收装置与地物目标的距离相同；

S2激光发生装置在10ms之内连续发射两束激光，两束激光的波长分别为SF₆气体的吸收峰值波长λ_on和吸收谷值波长λ_off，发射功率分别为P_t（λ_on）和P_t（λ_off）；

S3两束激光到达地物目标，被地物目标反射后折回，被激光吸收装置接收，经去噪声和信号处理后，得到两束激光的接收功率分别为P_r（λ_on）和P_r（λ_off）；

S4根据以下公式计算待测区域的SF₆气体浓度：

$C=\frac{1}{-2[\mathrm{\α}\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{on}}\right)-\mathrm{\α}\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{off}}\right)]L}\ln \left\{\frac{P_r\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{on}}\right)P_t\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{off}}\right)}{P_r\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{off}}\right)P_t\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{on}}\right)}\right\}$

其中，L表示待测SF₆气体的厚度，α（λ_on）为波长为λ_on的激光对SF₆气体的吸收度；α（λ_off）为波长为λ_off的激光对SF₆气体的吸收度。

所述激光发生装置为TEA-CO₂差分激光雷达。

实现上述方法的检测高压电气设备SF₆气体泄漏的系统，包括激光发生装置、激光吸收装置、地物目标、回波信号提取装置和信号处理装置；

其中，激光发生装置和激光吸收装置位于待测区域的一侧，地物目标位于待测区域的另一侧，其中激光发生装置、激光吸收装置与地物目标的距离相同；

回波信号提取装置、信号处理装置分别与激光吸收装置连接。

本发明的基本原理如下：

气体对于光束具有一定的吸收作用，当光通过气体时会在气体内部形成跃迁，光束失去能量，而气体获得能量，这个过程称为气体的光吸收效应。不同的气体对于光的吸收效果不同，而且同一种气体对于不同波长的光吸收效果也不同。最大的吸收峰值对应的波长称为λ_on，紧邻的波谷处的对应的波长称为λ_off。SF₆气体吸收峰值大，带宽窄，很符合用差分激光的原理来进行检测的条件。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明通过采用两束分别为SF₆气体的吸收峰值波长为λ_on和吸收谷值波长为λ_off的激光透射过待测区域，通过比较两束激光的发射、吸收功率获得待测区域的SF₆气体的浓度，测试精度高；本发明在测试过程中，现场设备无需断电，节约成本、不影响电力系统的稳定运行，测试人员无需靠近设备，不会威胁到人身安全，同时设备运行不会产生对坏境有害物质，具有环保性特点。

附图说明

图1为本发明的检测高压电气设备SF₆气体泄漏的系统的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的检测高压电气设备SF₆气体泄漏的系统，包括激光发生装置、激光吸收装置、地物目标、回波信号提取装置和信号处理装置；所述激光发生装置为TEA-CO₂差分激光雷达。

其中，激光发生装置和激光吸收装置位于待测区域的一侧，地物目标位于待测区域的另一侧，其中激光发生装置、激光吸收装置与地物目标的距离相同；回波信号提取装置、信号处理装置分别与激光吸收装置连接。

本发明检测高压电气设备SF₆气体泄漏的方法，包括以下步骤：

S1在待测区域的一侧放置激光发生装置和激光吸收装置，另一侧放置地物目标；其中激光发生装置、激光吸收装置与地物目标的距离相同；

S2激光发生装置在10ms之内连续发射两束激光，两束激光的波长分别为SF₆气体的吸收峰值波长λ_on和吸收谷值波长λ_off，发射功率分别为P_t（λ_on）和P_t（λ_off）；

S3两束激光到达地物目标，被地物目标反射后折回，被激光吸收装置接收，经去噪声和信号处理后，得到两束激光的接收功率分别为P_r（λ_on）和P_r（λ_off）；

S4根据以下公式计算待测区域的SF₆气体浓度：

$C=\frac{1}{-2[\mathrm{\α}\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{on}}\right)-\mathrm{\α}\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{off}}\right)]L}\ln \left\{\frac{P_r\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{on}}\right)P_t\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{off}}\right)}{P_r\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{off}}\right)P_t\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{on}}\right)}\right\}$

其中，L表示待测SF₆气体的厚度，α（λ_on）为波长为λ_on的激光对SF₆气体的吸收度；α（λ_off）为波长为λ_off的激光对SF₆气体的吸收度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种检测高压电气设备SF₆气体泄漏的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1在待测区域的一侧放置激光发生装置和激光吸收装置，另一侧放置地物目标；其中激光发生装置、激光吸收装置与地物目标的距离相同；

S2激光发生装置在10ms之内连续发射两束激光，两束激光的波长分别为SF6气体的吸收峰值波长λ_on和吸收谷值波长λ_off，发射功率分别为P_t（λ_on）和P_t（λ_off）；

S3两束激光到达地物目标，被地物目标反射后折回，被激光吸收装置接收，经去噪声和信号处理后，得到两束激光的接收功率分别为P_r（λ_on）和P_r（λ_off）；

S4根据以下公式计算待测区域的SF₆气体浓度：

$C=\frac{1}{-2[\mathrm{\α}\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{on}}\right)-\mathrm{\α}\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{off}}\right)]L}\ln \left\{\frac{P_r\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{on}}\right)P_t\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{off}}\right)}{P_r\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{off}}\right)P_t\left({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{on}}\right)}\right\}$

其中，L表示待测SF₆气体的厚度，α（λ_on）为波长为λ_on的激光对SF₆气体的吸收度；α（λ_off）为波长为λ_off的激光对SF₆气体的吸收度。

2.根据权利要求1所述的检测高压电气设备SF₆气体泄漏的方法，其特征在于，所述激光发生装置为TEA-CO₂差分激光雷达。

3.实现权利要求1所述方法的检测高压电气设备SF₆气体泄漏的系统，其特征在于，包括激光发生装置、激光吸收装置、地物目标、回波信号提取装置和信号处理装置；

其中，激光发生装置和激光吸收装置位于待测区域的一侧，地物目标位于待测区域的另一侧，其中激光发生装置、激光吸收装置与地物目标的距离相同；

回波信号提取装置、信号处理装置分别与激光吸收装置连接。

4.根据权利要求3所述的检测高压电气设备SF₆气体泄漏的系统，其特征在于，所述激光发生装置为TEA-CO₂差分激光雷达。

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