CN103604769A

CN103604769A - Sf6分解产物的傅里叶红外光谱分析方法

Info

Publication number: CN103604769A
Application number: CN201310566119.0A
Authority: CN
Inventors: 王宇; 李丽; 周永言; 汤龙华; 姚唯建
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-02-26

Abstract

本发明公开了一种SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，其特征在于，包括以下步骤：将样气引入傅里叶红外光谱分光光度计内的吸收腔室进行傅里叶红外光谱分析，分析参数为：检测器：光电导检测器；压力平衡：0.1±0.01mbar；冷媒：液态氮400±1mL，温度为-196±1℃。本发明可以有效解决现有技术手段不能准确分析SF₆分解产物中HF，SF₄，S₂F₁₀，SiF₄的问题，通过准确分析SF₆中分解产物SO₂，HF，SF₄，SOF₂，SOF₄，SO₂F₂，S₂F₁₀，SiF₄,CF₄，CO，COS，有效判断SF₆气体绝缘设备内部运行情况，成功判断电气设备故障，保障电气设备安全运行。

Description

SF6分解产物的傅里叶红外光谱分析方法

技术领域

本发明涉及分析检测领域，特别是涉及一种SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法。

背景技术

六氟化硫（SF₆）在常温常压下是一种无色、无味、无毒、不燃、化学性质极稳定的合成气体。SF₆的分子为单硫多氟的对称结构，具有极强的电负性，赋予它优良的电绝缘和灭弧性能。目前，SF₆作为新一代的绝缘介质，被广泛应用于高压、超高压电气设备中。充装SF₆的电气设备占地面积少、运行噪声小，无火灾危险，极大地提高了电气设备运行的安全可靠性。

SF₆气体在过热、电弧、电火花和电晕放电的作用下，会发生分解，其分解产物还可与设备中的微量水分、电极和固体绝缘材料发生反应，其产物比较复杂，有气体杂质，如四氟化碳(CF₄)、氟化硫酰(SO₂F₂)、氟化亚硫酰(SOF₂)、二氧化硫（SO₂）、十氟一氧化二硫（S₂OF₁₀）等，还有一些固体杂质，如氟化铝（AlF₃）、氟化钨（WF₆）等,具体分解途径见下表。

对于运行中的电气设备，判断其设备内部运行状态相对困难，通过分析检测SF₆气体的分解产物是判断SF₆气体绝缘设备内部运行情况的一个强有力手段。近年来，广东省通过检测SF₆气体中CF₄和SO₂等分解产物的含量已经成功判断了多起电气设备故障。根据以往研究经验和实际工作，通过SF₆气体的分解产物HF、SO₂F₂、S₂OF₁₀、CS₂、SCO、HF、SF₄，SOF₂，SOF₄、S₂F₁₀、SiF₄等化合物也可以有效判断SF₆气体绝缘设备内部运行情况，是成功判断电气设备故障的一个强有力手段。

传统色谱分析方法采用Gaspro毛细柱单柱来对SF₆分解产物进行分离和测试，利用TCD和FDP串连检测器对SF₆分解产物进行分析，传统色谱分析法的原理是先通过色谱分析柱使待测组分进行分离，然后通过检测器将分离得出的组分进行分别测定，由于HF的强腐蚀性，导致色谱法中，在分离的过程中，HF被色谱柱吸收，而不能被检测到。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，本发明通过准确分析SF₆分解产物中SO₂，HF，SF₄，SOF₂，SOF₄，SO₂F₂，S₂F₁₀，SiF₄,CF₄，CO，COS，有效判断SF₆气体绝缘设备内部运行情况，成功判断电气设备故障。

一种SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，包括以下步骤：

将样气引入傅里叶红外光谱分光光度计内的吸收腔室进行傅里叶红外光谱分析，分析参数为：检测器：光电导检测器；压力平衡：0.1±0.01mbar；冷媒：液态氮400±1mL，温度为-196±1℃。

在其中一些实施例中，所述分析参数为：检测器：光电导检测器；压力平衡：0.1mbar；冷媒：液态氮400mL，温度为-196℃。

在其中一些实施例中，所述傅里叶红外光谱分光光度计内设置有红外光源，所述吸收腔室的侧壁设有第一KBr窗口及第二KBr窗口，所述红外光源、第一KBr窗口、第二KBr窗口位于同一直线上。红外光源设置在吸收腔室外，其发出的红外光光路通过第一KBr窗口投射进吸收腔室，再从第二KBr窗口射出。

在其中一些实施例中，所述直线相对于所述第一KBr窗口所在平面、第二KBr窗口所在平面垂直。

在其中一些实施例中，所述红外光源在所述第一KBr窗口及第二KBr窗口之间的光路长度为10-12cm。在此范围内，可以保持SF₆分解产物较好的检测灵敏度。

在其中一些实施例中，所述吸收腔室的长度为10-12cm。吸收腔室的长度＜10cm时，SF₆杂质（分解产物）的灵敏度达不到仪器的检出要求，不能够被准确定量，吸收腔室的长度越长，则SF₆背景对其杂质的干扰也越大，因此，发明人得出吸收腔室在10-12cm为较优的选择，可以达到更好的测量结果。

在其中一些实施例中，所述吸收腔室的长度为10cm。

在其中一些实施例中，所述吸收腔室用不锈钢制成。可最大限度减少与样品的杂质和HF的反应。

在其中一些实施例中，所述傅里叶红外光谱分析过程采用最大吸收波长分析目标化合物，目标化合物与最大吸收波长的对应关系为：SO₂：491cm^-1，494cm^-1，497cm^-1，500cm^-1，503cm^-1，506cm^-1；SOF₂：530cm^-1，808cm^-1；SO₂F₂：539cm^-1，544cm^-1，552cm^-1；SOF₄：570cm^-1，752cm^-1；SF₄：532cm^-1，730cm^-1；CF₄：1283cm^-1，2186cm^-1；HF：3644cm^-1，3693cm^-1。使用上述最大吸收波长，可以最灵敏有效地检测目标化合物，此时，目标化合物的检测灵敏度最高，而背景干扰最小。

本发明相较于现有技术的优点和有益效果为：

本发明通过多位发明人多年的研究和大量的实验，确定了分析过程的最优参数及其组合，可以有效解决现有技术手段不能准确分析SF₆分解产物中HF，SF₄，S₂F₁₀，SiF₄的问题，通过准确分析SF₆中分解产物SO₂，HF，SF₄，SOF₂，SOF₄，SO₂F₂，S₂F₁₀，SiF₄,CF₄，CO，COS，有效判断SF₆气体绝缘设备内部运行情况，成功判断电气设备故障，保障电气设备安全运行。

附图说明

图1为本发明实施例1傅里叶红外光谱分光光度计吸收腔室的结构图，附图标记说明：100：傅里叶红外光谱分光光度计；120：样气外放阀；130：吸收腔室；131：第一KBr窗口；132：第二KBr窗口；140：红外光源。

图2为SF₆及其分解产物吸收波段示意图；

图3为实施例1的SF₆分解产物的特征光谱吸收图（单个待测目标物分开）；

图4为实施例1的SF₆分解产物的检测结果界面图；

图5为实施例1所得分析结果谱图；

图6为传统色谱分析法结果谱图。

具体实施方式

实施例1

结合图1所示，将样气通过气路引入傅里叶红外光谱分光光度计100内的吸收腔室130进行傅里叶红外光谱分析，过量的样气会自动通过样气外放阀120排出傅里叶红外光谱分光光度计100，分析参数为：检测器：光电导检测器；压力平衡：0.1mbar；冷媒：液态氮400mL，温度为-196℃。傅里叶红外光谱分光光度计100内设置有红外光源140，吸收腔室130由不锈钢制成，长度为10cm（即吸收腔室130设置有KBr窗口的两侧壁之间的距离），其侧壁上设有第一KBr窗口131及第二KBr窗口132，红外光源140、第一KBr窗口131、第二KBr窗口132位于同一直线上，而该直线相对于第一KBr窗口131所在平面、第二KBr窗口132所在平面垂直，红外光源140发出的红外光光路为通过第一KBr窗口131投射进吸收腔室130内的气样中，再从第二KBr窗口132射出，红外光源140在第一KBr窗口131及第二KBr窗口132之间的光路长度为10cm，上述KBr窗口的最小透过波长为500cm^-1

不同目标化合物的最大吸收波长

表1表示SF₆分解产物的最大吸收波长，表中所列波长为发明人通过大量实验及经验所确定的目标化合物的优选测量条件。

表1-SF₆分解产物吸收波长

图2显示出不同的待测目标物（如SO₂、S₂F₁₀、SiF₄、SOF₂、SO₂F₂、SOF₄、SF₄、CF₄、HF）吸收波段同SF₆背景吸收波段（不同吸收腔室的长度）的影响，在测量时应选择待测目标物吸收最大而SF₆背景干扰最小时进行测量。

在测量分解产物时，水份和CO₂含量对测量有较大的影响，在测量前需要进行背景的测量，实际样品测量时，需要减掉背景的影响。如吸收腔室130的长度＜10cm时，光路的长度也＜10cm，此时则SF₆杂质（分解产物）的灵敏度达不到仪器的检出要求，不能够被准确定量，而从图2可以看出，吸收腔室130的长度越长，则SF₆背景对其杂质的干扰也越大，因此，结合图2的结果，发明人得出吸收腔室130的长度在10cm为最优选择，可以达到更好的测量结果。

从图3-5可以看出，使用本发明实施例1的方法对SF₆分解产物进行傅里叶红外光谱分析，可以同时准确定量分析SO₂、SOF₂、SO₂F₂、SOF₄、SF₄、CF₄、HF、SiF₄几种SF₆分解产物，且样品的分析过程不存在分离等破坏样品原有状态和性质的过程，保存了样品的原貌，不影响样品的二次使用；

而采用传统色谱分析法（请见图6），并不能有效检测出SOF₂、SOF₄、SF₄、HF和SiF₄，且SO₂F₂同SF₆的分离效果不好，本发明可以有效地改善SO₂F₂同SF₆分离效果不好，提高SO₂F₂的灵敏度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，其特征在于，所述分析参数为：检测器：光电导检测器；压力平衡：0.1mbar；冷媒：液态氮400mL，温度为-196℃。

3.根据权利要求1所述的SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，其特征在于，所述傅里叶红外光谱分光光度计内设置有红外光源，所述吸收腔室的侧壁设有第一KBr窗口及第二KBr窗口，所述红外光源、第一KBr窗口、第二KBr窗口位于同一直线上。

4.根据权利要求3所述的SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，其特征在于，所述直线相对于所述第一KBr窗口所在平面、第二KBr窗口所在平面垂直。

5.根据权利要求3或4所述的SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，其特征在于，所述红外光源在所述第一KBr窗口及第二KBr窗口之间的光路长度为10-12cm。

6.根据权利要求3或4所述的SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，其特征在于，所述吸收腔室的长度为10-12cm。

7.根据权利要求6所述的SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，其特征在于，所述吸收腔室的长度为10cm。

8.根据权利要求3或4所述的SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，其特征在于，所述吸收腔室用不锈钢制成。

9.根据权利要求1所述的SF₆分解产物的傅里叶红外光谱分析方法，其特征在于，所述傅里叶红外光谱分析过程采用最大吸收波长分析目标化合物，目标化合物与最大吸收波长的对应关系为：SO₂：491cm^-1，494cm^-1，497cm^-1，500cm^-1，503cm^-1，506cm^-1；SOF₂：530cm^-1，808cm^-1；SO₂F₂：539cm^-1，544cm^-1，552cm^-1；SOF₄：570cm^-1，752cm^-1；SF₄：532cm^-1，730cm^-1；CF₄：1283cm^-1，2186cm^-1；HF：3644cm^-1，3693cm^-1。