CN103412014A - 一种氟化氢气体在线检测仪及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氟化氢气体在线检测仪,包括检测系统和中央处理系统,所述检测系统包括采样装置以及与中央处理系统连接的HF气敏传感器,所述采样装置包括检测气室,所述检测气室具有与GIS高压气室连接的进气口和出气口,所述HF气敏传感器固定在所述检测气室上,其测试端位于检测气室内,来自GIS高压气室的气体进入检测气室中,HF气敏传感器检测气体中HF气体浓度,并将检测信息传送至中央处理系统进行处理,获得HF气体含量。本发明还公开了采用上述检测仪定量检测氟化氢气体的方法。本发明可实时、快速和准确的检测氟化氢气体的含量,并且不会损失六氟化硫(SF6)电气设备内的SF6。

Description

一种氟化氢气体在线检测仪及方法
技术领域
本发明涉及一种六氟化硫(SF6)电气设备中特征气体组分检测领域,尤其涉及一种氟化氢气体在线检测仪。本发明还涉及采用该检测仪检测氟化氢气体的方法。
背景技术
自上世纪70年代以来,以六氟化硫(SF6)气体作为绝缘介质的电气设备已成为电力系统的主要设备,有效地提高了电力生产运行的安全经济性。GIS(气体绝缘开关设备)就是一种以SF6作为绝缘介质的组合电气设备。
由于设计、工艺、材质、安装或维护方面的不足,GIS设备内部可能存在绝缘缺陷,给电力安全生产造成很大隐患。如何尽早发现SF6电气设备中潜在的缺陷或故障从而降低安全风险一直是电力从业人员的重点研究课题之一。现有研究表明,通过检测SO2、SO2F2、HF、CF4等特征气体组分可对设备内部缺陷或故障进行有效诊断,因为SF6电气设备在发热、融解时会产生下述化学反应:
2SF6+6H2O→2SO2+12HF+O2
在拉弧、连续拉弧时会产生下述化学反应:
        SF6+CU→SF4+CUF2
        SF4+H2O→SOF2+2HF
        SOF2+H2O→SO2+2HF
在众多特征气体中,氟化氢HF气体往往最早出现,且产生量最大,是一种可供选择的重要特征气体。但由于HF气体非常活泼,极易被设备内部的吸附剂吸附或与设备内壁等材料发生反应,造成浓度快速降低,给其准确检测带来很大难度。因此,提供一种HF气体在线检测装置和方法,对HF进行实时、快速、准确地检测,成为目前亟需解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种氟化氢气体在线检测仪。该装置可实时、快速和准确地检测氟化氢气体的含量,并且不会损失六氟化硫(SF6)电气设备内的SF6。
本发明的目的之二在于提供采用上述装置定量检测氟化氢气体的方法。
本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现:一种氟化氢气体在线检测仪,包括检测系统和中央处理系统,所述检测系统包括采样装置以及与中央处理系统连接的HF气敏传感器,所述采样装置包括检测气室,所述检测气室具有与GIS高压气室连接的进气口和出气口,所述HF气敏传感器固定在所述检测气室上,其测试端位于检测气室内,来自GIS高压气室的气体进入检测气室中,HF气敏传感器检测气体中HF气体浓度,并将检测信息传送至中央处理系统进行处理,获得HF气体含量。
所述的采样装置还包括活塞以及活塞驱动装置,所述活塞设置在检测气室内,所述中央处理系统控制活塞驱动装置驱动活塞在检测气室内作直线往复运动,便于从电气设备气室中采样和检测后将被测气体输送回气室。
所述的采样装置还包括与中央处理系统连接且具上/下限压力报警的压力传感器,所述压力传感器固定在检测气室上,监控检测气室内的压力变化并将信息传送给中央处理系统,用于HF含量值计算,同时所述中央处理系统根据情况驱动活塞驱动装置带动活塞在检测气室内作直线往复运动进行采样及将气体回送至GIS高压气室内。
本发明还包括气路系统,所述气路系统包括气体输入管路、进气截止阀、减压阀、电池阀、气体输出管路、单向阀和出气截止阀,所述气体输入管路与检测气室的进气口连接,所述进气截止阀、减压阀和电磁阀沿气体流动方向设置在气体输入管路上,避免GIS高压气室的气体进入检测气室,所述中央处理系统根据压力传感器传来的检测信息来控制电磁阀的启闭进行采样,所述气体输出管路的一端与检测气室的出气口连接,所述单向阀和出气截止阀沿气体流动方向设置在气体输出管路上,用于防止GIS高压气室的气体反向进入检测气室。
本发明所述检测气室和活塞采用化学稳定性很强的聚四氟乙烯,避免对HF气体的吸附或反应。
本发明的第二个目的是通过以下技术方案实现:一种采用上述装置定量检测氟化氢气体的方法,包括以下步骤:
中央处理系统接发出指令,开启电磁阀,并启动采样装置进行采样;
HF气敏传感器检测检测气室中的HF含量,并将信号传送至中央处理系统进行处理,获得HF气体含量;
检测完毕后,排空检测气室中气体,将气体输送回GIS高压气室中。
本发明还包括以下步骤:所述压力传感器检测所述检测气室内压力,并将信号传送至中央处理系统进行处理,用于HF气体浓度计算。
本发明还包括以下步骤:在所述检测气室内压力超压时,中央处理系统关闭电磁阀,阻断GIS高压气室内气体进入检测气室。所述检测气室内压力控制在0~0.2 MPa。
本发明还包括以下步骤:通过所述调压阀调节GIS高压气室内气体进入检测气室时的气体流量。所述流量最好控制在50~1000 ml/min。
本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:
(1) 本发明提供的检测仪结构简单,可以连续在线检测GIS的绝缘气体中HF气体浓度,在检测完毕后将气体送回GIS高压气室内,不会造成气体损失。
(2) 本发明提供的检测仪中HF气敏传感器是检测的核心部件,通过电化学反应检测得到氟化氢HF气体含量信息。本发明中应用的HF气敏传感器灵敏度和精度很高,其中,HF气体浓度检测范围为0~200 μL/L,HF气体检测精度:0.01μL/L;检出限最低可达0.01 μL/L。
附图说明
图1是氟化氢HF气体在线检测装置系统图,图中:
1.GIS高压气室,2.进气截止阀,3.减压阀,4.电磁阀,5.检测系统,6.单向阀,7.出气截止阀。
图2是检测系统结构示意图,图中:
51.检测气室,52.HF气敏传感器,53.活塞,54.压力传感器,55.螺杆,56.蜗轮,57.步进电机,58.出气口,59.进气口。
具体实施方式
下面列举一部分具体实例对本发明进行说明,有必要在此指出的是以下具体实施例只用于对本发明作进一步说明,不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例一:检测装置
如图1和2所示的氟化氢气体在线检测仪为本发明的一个实施例,由检测系统、中央处理系统和气路系统构成。检测系统由采样装置、HF气敏传感器52和具上/下限压力报警的压力传感器54构成,HF气敏传感器52和压力传感器54分别与中央处理系统连接。采样装置由检测气室51、活塞53以及活塞驱动装置构成。检测气室51的端部设有与GIS高压气室1连接的进气口59和出气口58,活塞53设置在检测气室51内,活塞驱动装置由步进电机57、蜗轮56和蜗杆55构成,蜗杆55的一端连接活塞53。在初始时活塞53位于检测气室51的端部,让检测气室51内在采样前处于排空状态。HF气敏传感器52和压力传感器54固定在检测气室54上。HF气敏传感器52的测试端位于检测气室51内,来自GIS高压气室1的气体进入检测气室51中,HF气敏传感器52检测气体中HF气体浓度,并将检测电信号传送至中央处理系统进行处理,获得HF气体含量。压力传感器54监控检测气室51内的压力并根据检测气室51内气压变化,并将检测信号反馈给中央处理系统,由中央处理系统根据情况驱动活塞装置带动活塞53在检测气室51内做直线往复运动,进行采样及将气体回送至GIS高压气室1内,同时压力传感器54将测得的压力信息传送至中央处理系统,用于HF含量值计算。
气路系统由气体输入管路、进气截止阀2、减压阀3、电磁阀4、气体输出管路、单向阀6和出气截止阀7构成,气体输入管路一端与检测气室51的进气口59连接,另一端与GIS高压气室1连接。进气截止阀2、减压阀3和电磁阀4沿气体流动方向设置在气体输入管路上,避免高压气室1的气体进入检测气室51。电磁阀4与中央处理系统连接,由中央处理系统根据压力传感器54传来的检测信号来控制电磁阀4的启闭进行采样。气体输出管路的一端与检测气室51的出气口58连接,另一端与GIS高压气室1连接。单向阀6和出气截止阀7沿气体流动方向设置在气体输出管路上,用于防止高压气室1的气体反向进入检测气室51。
本实施例中检测气室51和活塞53采用化学稳定性很强的聚四氟乙烯,避免对HF气体的吸附或反应。
实施例二:检测方法
打开进气截止阀2和出气截止阀7,并使它们处于常开状态,方便检测仪在线检测GIS的绝缘气体中的HF气体。初始时,活塞位于检测气室51端部,检测气室处于排空状态。调整减压阀3至适当位置。
中央处理系统发出指令,开启电磁阀4,GIS高压气室1中待测气体经进气口进入检测气室51内,GIS高压气室1向检测气室51输送气体的流量为50~1000 ml/min。待活塞运动至一定位置,此时,检测气室51内充满待测气体,且压力在0.12MPa以内,关闭电磁阀4,停止采样。
HF气敏传感器52检测待测气体中的HF气体含量,得到电信号,并将电信号传送至中央处理系统进行处理。压力传感器54监测检测气室51内的压力,将电信号传送至中央处理系统进行处理,用于HF含量值计算,同时控制检测气室51内压力不超过0.12MPa,当超过时通知中央处理系统关阀电磁阀4。检测完毕后,中央处理系统发出指令,启动活塞驱动装置驱动活塞将气体推出检测气室51,并将其输送回GIS高压气室1内。活塞53到底部时,由中央处理系统发出指令,打开电磁阀4,并使步进电机57反向运动,带动活塞53反向移动,再次吸入GIS高压气室1的待测气体。重复上述操作,可使分析检测连续进行,并把每次检测的信息发回中央处理系统进行处理和存储。
因设备检修或其他原因停用本系统时,手动关闭进气截止阀2和出气截止阀7,防止漏气。
本发明方法的HF浓度检测范围为0~200μL/L;HF检测精度为0.01μL/L。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。本发明的上述实施例和试验例都只能认为是对本发明的说明而不是限制,因此凡是依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种氟化氢气体在线检测仪,其特征在于,包括检测系统和中央处理系统,所述检测系统包括采样装置以及与中央处理系统连接的HF气敏传感器,所述采样装置包括检测气室,所述检测气室具有与GIS高压气室连接的进气口和出气口,所述HF气敏传感器固定在所述检测气室上,其测试端位于检测气室内,来自GIS高压气室的气体进入检测气室中,HF气敏传感器检测气体中HF气体浓度,并将检测信息传送至中央处理系统进行处理,获得HF气体含量。
2.根据权利要求1所述氟化氢气体在线检测仪,其特征在于,所述的采样装置还包括活塞以及活塞驱动装置,所述活塞设置在检测气室内,所述中央处理系统控制活塞驱动装置驱动活塞在检测气室内做直线往复运动,便于从电气设备气室中采样和检测后将被测气体输送回GIS高压气室。
3.根据权利要求1所述氟化氢气体在线检测仪,其特征在于,所述的采样装置还包括与中央处理系统连接且具上/下限压力报警的压力传感器,所述压力传感器固定在检测气室上,监控检测气室内的压力变化并将信息传送给中央处理系统,用于HF含量值计算,同时所述中央处理系统根据情况驱动活塞驱动装置带动活塞在检测气室内作直线往复运动进行采样及将气体回送至GIS高压气室内。
4.根据权利要求1所述氟化氢气体在线检测仪,其特征在于,还包括气路系统,所述气路系统包括气体输入管路、进气截止阀、减压阀、电池阀、气体输出管路、单向阀和出气截止阀,所述气体输入管路与检测气室的进气口连接,所述进气截止阀、减压阀和电磁阀沿气体流动方向设置在气体输入管路上,避免GIS高压气室的气体进入检测气室,所述中央处理系统根据压力传感器传来的检测信息来控制电磁阀的启闭进行采样,所述气体输出管路的一端与检测气室的出气口连接,所述单向阀和出气截止阀沿气体流动方向设置在气体输出管路上,用于防止GIS高压气室的气体反向进入检测气室。
5.根据权利要求1所述氟化氢气体在线检测仪,其特征在于,所述检测气室和活塞采用化学稳定性很强的聚四氟乙烯。
6.一种采用上述装置定量检测氟化氢气体的方法,其特征在于,包括以下步骤:
中央处理系统接发出指令,开启电磁阀,并启动采样装置进行采样;
HF气敏传感器检测检测气室中的HF含量,并将信号传送至中央处理系统进行处理,获得HF气体含量;
检测完毕后,排空检测气室中气体,将气体输送回GIS高压气室中。
7.根据权利要求6所述氟化氢气体在线检测仪,其特征在于,还包括以下步骤:所述压力传感器检测所述检测气室内压力,并将信号传送至中央处理系统进行处理,用于HF气体浓度计算。
8.根据权利要求6或7所述氟化氢气体在线检测仪,其特征在于,还包括以下步骤:在所述检测气室内压力超压时,中央处理系统关闭电磁阀,阻断GIS高压气室内气体进入检测气室。
9.根据权利要求8所述氟化氢气体在线检测仪,其特征在于,所述检测气室内压力控制在0~0.2 MPa。
10.根据权利要求8所述氟化氢气体在线检测仪,其特征在于,还包括以下步骤:通过所述调压阀调节GIS高压气室内气体进入检测气室时的气体流量;所述流量控制在50~1000 ml/min范围内。
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