CN105181615A - 一种二氧化硫和硫化氢气体浓度检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种二氧化硫和硫化氢气体浓度的检测装置，它的氘灯的前方设有第一石英透镜，在第一石英透镜与第二石英透镜之间设带有电磁阀和压力计测试样品池，在第二石英透镜的另一侧设有摄谱仪，摄谱仪的输出端与计算机连接；本发明的检测方法主要是：通过摄谱仪得到被测二氧化硫和硫化氢气体在185-235nm的特征吸收光谱，对特征吸收光谱数据进行多项式拟合，得到拟合数据；把这两个数据代入N＝∑∣ln(I(λ_I)/I(λ_K))∣/∑(σ(λ_I)×L)公式，得出被测二氧化硫气体浓度，把二氧化硫气体浓度代入公式C＝∑∣ln(I(λ_I)/I(λ_K))-σ₁NL∣/∑(σ₂(λ)×L)得到硫化氢气体的浓度。本发明结构简单、操作方便、成本低、精度高、可以实时在线监测。

Description

一种二氧化硫和硫化氢气体浓度检测装置及其检测方法

技术领域：本发明涉及一种气体浓度的监测系统和方法。

背景技术：SF₆气体具有优良的绝缘和灭弧性能，广泛应用于气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、SF₆断路器、互感器等电气设备中，我国126kV及以上电压等级的电网主要采用SF₆气体绝缘的开关设备，尤其在国家电网公司特高压交流示范工程中均采用GIS或HGIS，可见设备可靠性对电网安全运行至关重要。目前，SF6气体绝缘设备内部状态判断仍存在较大的技术难题，因此寻求有效评估设备运行状态的方法显得十分必要和迫切。

前期研究和现场运行表明，对于SF₆气体绝缘设备的传动部件零部件异常放电、导体异常发热、绝缘沿面缺陷、灭弧室内零部件的异常烧蚀等潜伏性故障诊断，及在事故后GIS内部故障定位等方面，基于对SF₆气体分解物的检测具有受外界环境干扰小、灵敏度高、准确性好等优势，已成为运行气体绝缘设备状态监测和故障诊断的新技术和有效手段。

随着气体绝缘设备的广泛应用，SF₆气体分解产物检测分析技术成为了国内外研究的热点，开展了初步的试验研究。结果表明，在电弧放电、火花放电、电晕放电及过热等情况下，SF₆气体会分解成多种化学性质活泼的分解物，如SOF₂、H₂S、SO₂和HF等，这些物质的累积可能导致绝缘材料及设备的老化和故障。可见，设备内产生的SF₆气体分解产物与设备状态(缺陷或故障)有直接对应关系，亟需实现SF₆气体分解产物灵敏检测，以提高设备安全运行。

发明内容：

本发明的目的是为了解决在气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、SF₆断路器、互感器等电气设备中两种重要指标气体二氧化硫和硫化氢气体的不易检测的问题，提供一种二氧化硫和硫化氢气体浓度检测装置及其检测方法。

本发明的二氧化硫和硫化氢气体浓度的检测装置主要包括：氘灯、第一石英透镜、测试样品池、电磁阀、压力计、第二石英透镜、摄谱仪、计算机；氘灯作为光源，它的前方设有与氘灯发出的光线同轴的第一石英透镜，在第一石英透镜与第二石英透镜之间设有测试样品池，在第二石英透镜的另一侧设有一台摄谱仪，摄谱仪的数据输出端与计算机连接，在上述测试样品池的底部通过管路分别与电磁阀和压力计连接，在与电磁阀和压力计连接的管路上分别设有阀门。

氘灯的光输出端通过第一石英透镜变成平行光、平行光通过装有待测气体的测试样品池后通过第二石英透镜，样品池中的气体压力通过电磁阀和压力计控制，第二石英透镜把输入的平行光会聚到摄谱仪的光检测输入端，摄谱仪的数据输入到计算机，通过计算机的数据处理程序得到低浓度二氧化硫和硫化氢气体浓度。

本发明的检测方法如下：

(1)通过摄谱仪得到被测二氧化硫和硫化氢气体在185-235nm的特征吸收光谱；

(2)对波长为185-235nm的两种气体特征吸收光谱数据进行多项式拟合，得到拟合数据I(λ_K)；

(3)把吸收光谱数据I(λ_I)和拟合数据I(λ_K)代入N＝∑∣ln(I(λ_I)/I(λ_K))∣/∑(σ(λ_I)×L)公式中，即可得出被测二氧化硫气体浓度，公式中的σ(λ_I)为二氧化硫气体在不同波长处的快变吸收截面值，L为样品池的有效光程值，N为被测二氧化硫气体的平均浓度；

(4)把二氧化硫气体浓度代入公式C＝∑∣ln(I(λ_I)/I(λ_K))-σ₁NL∣/∑(σ₂(λ)×L)得到硫化氢气体的浓度，C为被测硫化氢气体浓度，σ₁为二氧化硫吸收截面，σ₂(λ)为硫化氢吸收截面。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

结构简单、操作方便、成本低、精度高、可以实时在线监测。

附图说明：

图1是本发明检测装置的示意简图；

图2是实施例中是50ppm二氧化硫与20ppm硫化氢混合气体的吸收光谱。

图3是实施例中二氧化硫与硫化氢两种气体测量结果图。

具体实施方式：

在图1所示的二氧化硫和硫化氢气体浓度的检测装置示意图中，氘灯1作为光源，它的前方设有与氘灯发出的光线同轴的第一石英透镜2，在第一石英透镜与第二石英透镜6之间设有测试样品池3，在第二石英透镜的另一侧设有一台型号为Maya2000的摄谱仪7，摄谱仪的数据输出端与计算机8连接，在上述测试样品池的底部通过管路分别与电磁阀4和压力计5连接，在与电磁阀和压力计连接的管路上分别设有阀门。

检测时，通过摄谱仪得到被测二氧化硫和硫化氢气体在185-235nm的特征吸收光谱，如图2所示，对波长为185-235nm的两种气体特征吸收光谱数据进行多项式拟合，得到拟合数据I(λ_K)，把吸收光谱数据I(λ_I)和拟合数据I(λ_K)代入N＝∑∣ln(I(λ_I)/I(λ_K))∣/∑(σ(λ_I)×L)公式中，即可得出被测二氧化硫气体浓度，公式中的σ(λ_I)为二氧化硫气体在不同波长处的快变吸收截面值，L为样品池的有效光程值，N为被测二氧化硫气体的平均浓度，把二氧化硫气体浓度代入公式C＝∑∣ln(I(λ_I)/I(λ_K))-σ₁NL∣/∑(σ₂(λ)×L)得到硫化氢气体的浓度，C为被测硫化氢气体浓度，σ₁为二氧化硫吸收截面，σ₂(λ)为硫化氢吸收截面，图3是测量两种气体的测量结果，首先在样品池中通入37ppm的二氧化硫，12分钟之后通入19ppm的H₂S气体，22分钟后减少二氧化硫气体为32ppm，28分钟之后二氧化硫气体减少到零，按照发明内容过程编写程序实时处理得到的光谱，获得二氧化硫和硫化氢气体的浓度测量结果与通入气体浓度值一致。

Claims (2)

1.一种二氧化硫和硫化氢气体浓度的检测装置，它主要包括：氘灯、第一石英透镜、测试样品池、电磁阀、压力计、第二石英透镜、摄谱仪和计算机，其特征在于：所述氘灯作为光源，它的前方设有与氘灯发出的光线同轴的第一石英透镜，在第一石英透镜与第二石英透镜之间设有测试样品池，在第二石英透镜的另一侧设有一台摄谱仪，摄谱仪的数据输出端与计算机连接，在上述测试样品池的底部通过管路分别与电磁阀和压力计连接，在与电磁阀和压力计连接的管路上分别设有阀门。

2.使用权利要求1所述的二氧化硫和硫化氢气体浓度的检测装置进行检测方法，其特征在于：

(1)通过摄谱仪得到被测二氧化硫和硫化氢气体在185-235nm的特征吸收光谱；

(2)对波长为185-235nm的两种气体特征吸收光谱数据进行多项式拟合，得到拟合数据I(λ_K)；

(3)把吸收光谱数据I(λ_I)和拟合数据I(λ_K)代入N＝∑∣ln(I(λ_I)/I(λ_K))∣/∑(σ(λ_I)×L)公式中，即可得出被测二氧化硫气体浓度，公式中的σ(λ_I)为二氧化硫气体在不同波长处的快变吸收截面值，L为样品池的有效光程值，N为被测二氧化硫气体的平均浓度；

(4)把二氧化硫气体浓度代入公式C＝∑∣ln(I(λ_I)/I(λ_K))-σ₁NL∣/∑(σ₂(λ)×L)得到硫化氢气体的浓度，C为被测硫化氢气体浓度，σ₁为二氧化硫吸收截面，σ₂(λ)为硫化氢吸收截面。