CN105628760A - 一种模拟gis中sf6气体分解物检测与分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，SF6载气罐和样气罐经气体质量流量控制器连接到SF6气体分解物检测罐体；电化学气体传感器放置于SF6气体分解物检测罐体内部，用于检测SF6气体分解物检测罐体内部气体的成分和浓度；电化学气体传感器检测后的信号传输到放大电路板进行放大并转化为电流信号，并将电流信号利用毫安电流表进行测量记录，利用记录的电流信号判断所述罐体内部的气体成分和浓度。本发明能够准确可靠的模拟现场GIS设备内部SF6气体分解物的状态，而且可以通过电化学气体传感器检测并分析罐体内的气体组分，为对实际设备故障诊断用SF6分解物检测提供了基础，进一步可实现对SF6分解物在线监测及带电检测设备的研发及生产。

Description

一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置
技术领域
本发明属于GIS设备现场运行中SF6气体分解物检测技术领域，特别涉及一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置。
背景技术
电力系统为国民经济的持续发展提供强大的能源后盾，而电气设备作为电力系统的构成元件，其可靠性是电网安全运行的保证。近年来，随着我国工业水平的提升，以及大规模电网建设对电力设备生产技术发展的要求，气体绝缘金属全封闭式开关电器(Gas-Insulatedmetal-enclosedSwitchgear,GIS)逐步实现了国产化。气体绝缘全封闭式开关电器GIS结构紧凑、绝缘性能稳定、断流能力强、重燃率低、运行可靠，被广泛应用于高压和超高压电力系统中。运行经验表明，随着超高压GIS普及应用，因GIS设备在生产过程中出现的质量问题(如材料缺陷和主附件装配失误)以及在运输和安装过程中产生的潜在缺陷(如部件松动脱落、电极刮伤、错位及绝缘裂纹等)所导致的故障和事故呈逐年增多的趋势。因此，GIS设备在投入运行之前，不但需要对其绝缘的整体状况进行评估，还希望对其是否存在局部的绝缘缺陷有所掌握，预防可能发生的故障并快速修复故障，对保障电力系统的可靠运行有重要的意义。
GIS采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，当设备发生绝缘故障时，绝缘气体SF6会发生分解反应最终将生成SF6分解气体，这些气体主要包括SF2、SF4、SOF4、SOF2、SO2F2、CF4、CO2、CO、SO2、H2S、HF、CF4等，通过对上述气体成分进行定量的检测和分析，可以反演出设备可能的故障或安全隐患。采用电化学传感器可以检测气体的浓度，然气体电化学传感器在实际设备检测中的响应特性(气体浓度与传感器输出电流信号)不确定，没法用于后续的综合评估与故障诊断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，包括：SF6载气罐、样气罐、气体质量流量控制器、电化学气体传感器、SF6气体分解物检测罐体、放大电路板和毫安电流表；
所述SF6载气罐和样气罐经气体质量流量控制器连接到SF6气体分解物检测罐体；
所述电化学气体传感器放置于SF6气体分解物检测罐体内部，用于检测SF6气体分解物检测罐体内部气体的成分和浓度；
将所述电化学气体传感器检测后的信号传输到放大电路板，以对所述信号进行放大并转化为电流信号，并将电流信号利用毫安电流表进行测量记录，利用记录的电流信号判断所述罐体内部的气体成分和浓度。
进一步的，所述气体质量流量控制器包括：流量传感器、分流器通道和流量放大电路；所述流量传感器采用毛细管传热温差量热法，将放大后的流量信号转换成电压信号，并与设定电压进行比较，再将差值放大后去调节气体流量，闭环控制流过分流器通道的流量，使之与设定的流量相等。
进一步的，所述气体质量流量控制器的数量为2个，包括第一质量流量控制器和第二质量流量控制器；所述第一质量流量控制器的量程为3L/min，所述第二质量流量控制器的量程为6mL/min；所述第一质量流量控制器用于对通过SF6载气进行测量和控制，所述第二质量流量控制器用于对通过的样气进行测量和控制。
进一步的，所述SF6气体分解物检测罐体用于实现SF6气体分解产物的配比和检测，所述SF6气体分解物检测罐体在保证密封性的前提下能够承受4-5个大气压，容积为2.5L；所述SF6气体分解物检测罐体顶部有三个通气孔，分别用于SF6气体分解物检测罐体的抽真空和内部气体压强的监测、SF6载气通入流量的监测和样气通入流量的监测。
进一步的，还包括温度传感器、真空泵和压力表；所述温度传感器用于监测SF6气体分解物检测罐体内部气体的温度；所述真空泵用于实现将SF6气体分解物检测罐体内部抽真空；所述压力表用于实时监测SF6气体分解物检测罐体内部气压。
进一步的，所述毫安电流表用于检测并显示电化学气体传感器的输出模拟电流信号。
进一步的，所述样气罐包括CO样气罐、SO2样气罐和H2S样气罐，用于模拟实际现场运行GIS中SF6气体分解物的状态。
进一步的，所述电化学气体传感器的数量为3个；分别为CO电化学气体传感器、SO2电化学气体传感器和H2S电化学气体传感器。
进一步的，还包括有5排插线，所述5排插线实现电化学气体传感器与放大电路板的连接，用于将电化学气体传感器检测的信号进行传输。
进一步的，所述一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置放置于通风橱内部，通风橱用于排出实验废气。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明公开了一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，能够模拟实际运行中GIS内部SF6气体分解物的成分和比例，并通过电化学气体传感器分析SF6气体分解物检测罐体内的气体组分和浓度。本发明能够准确可靠的模拟现场GIS设备内部SF6气体分解物的状态，而且可以通过电化学气体传感器检测并分析罐体内的气体组分，为对实际设备故障诊断用SF6分解物检测提供了基础，进一步可实现对SF6分解物在线监测及带电检测设备的研发及生产。
本发明在实验室中搭建了这个实验平台，选取CO、SO2、H2S这三种气体作为特征检测气体，采用相应的电化学传感器进行测试，并确定传感器的响应特性。为后期研发便携式的在线监测SF6分解气体组分检测仪奠定基础。
本发明实现在实验室中模拟现场运行GIS中SF6分解气体的状态并进行分析；采用气体质量流量控制器能够对配置气体的组分和浓度进行精准控制；所用电化学传感器可进行即时快速更换。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例所构建的模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置的结构示意图；
其中：1表示SF6载气罐，2-4表示CO、SO2和H2S样气罐，5表示通风橱，6-7表示气体质量流量控制器，8表示真空泵，9表示压力表，10-12表示电化学气体传感器，13表示温度传感器，14表示SF6气体分解物检测罐体，15表示毫安电流表；
图2为一个具体实施例中气体质量流量控制器内部电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明；
本发明一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，包括：SF6载气罐、样气罐、气体质量流量控制器、电化学气体传感器、SF6气体分解物检测罐体、放大电路板和毫安电流表。
SF6载气罐和样气罐经气体质量流量控制器连接到SF6气体分解物检测罐体；
电化学气体传感器放置于SF6气体分解物检测罐体内部，用于检测SF6气体分解物检测罐体内部气体的成分和浓度；
将电化学气体传感器检测后的信号传输到放大电路板，以对所述信号进行放大并转化为电流信号，并将电流信号利用毫安电流表进行测量记录，利用记录的电流信号判断SF6气体分解物检测罐体内部的气体成分和浓度。
本实施例所述的检测和分析装置是通过使用SF6载气和样气在实验室模拟现场实际运行GIS内部SF6气体分解物的状态，通过使用气体质量流量控制器精确控制检测气体流量的通入，实现不同气体组分和浓度的SF6气体分解物，并使用相应的电化学气体传感器进行实时检测，获取了在不同组分和浓度的SF6气体分解物下各电化学气体传感器的响应特性。
由于现场GIS设备均是全封闭式的，且SF6气体分解产物是多种的，因此整个检测和分析装置采用多个不同类型的电化学气体传感器同时检测配置的SF6分解检测气体，并进行相应的交叉计算，可以准确获得各检测特征分解气体的种类和成分，这对于判断设备内是否存在绝缘缺陷或缺陷严重程度具有重要意义。
如图1所示：一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，包括SF6载气罐1，样气罐(2-4)，通风橱5，气体质量流量控制器(6-7)，真空泵8，压力表9，电化学气体传感器(10-12)，温度传感器13，SF6气体分解物检测罐体14和毫安电流表15。
在一个实施例中，所述气体质量流量控制器包括：流量传感器，分流器通道和流量放大电路；
所述流量传感器采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量流量，并将所述流量传感器测量的流量信号送入流量放大电路中进行放大,将放大后的流量信号转换成电压信号，并与设定电压进行比较，再将差值放大后去控制调节气体流量，闭环控制流过分流器通道的流量，使之与设定的流量相等。
在本实施例中，如图2所示：气体质量流量控制器还包括有调节阀门和PID控制电路。
流量传感器采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量流量(无需温度压力补偿)。将传感器加热电桥测得的流量信号送入放大器放大，放大后的流量检测电压与设定电压进行比较,再将差值信号放大后去控制调节阀门，闭环控制流过通道的流量，使之与设定的流量相等。分流器决定主通道的流量。
在一个实施例中，所述气体质量流量控制器的数量为2个；包括第一质量流量控制器和第二质量流量控制器，所述第一质量流量控制器的量程为3L/min，所述第二质量流量控制器的量程为6mL/min；所述第一质量流量控制器用于对通过SF6载气进行测量和控制，所述第二质量流量控制器用于对通过的样气进行测量和控制。
在本实施例中，所述气体质量流量控制器由流量传感器可以精确控制气体的流量，做到对检测罐体内部气体浓度的精准控制。所述气体质量流量控制器包括大量程(3L/min)质量流量控制器和小量程(6ml/min)质量流量控制器，大量程质量流量控制器主要用于控制SF6载气，小量程质量流量控制器主要用于控制CO、SO2和H2S样气。
在一个实施例中，所述SF6气体分解物检测罐体用于实现SF6气体分解产物的配比和检测，所述SF6气体分解物检测罐体在保证密封性的前提下能够承受4-5个大气压，容积为2.5L；
所述SF6气体分解物检测罐体顶部分别有三个通气孔，分别实现SF6气体分解物检测罐体的抽真空和内部气体压强的监测、SF6载气通入流量的监测和样气通入流量的监测。
优选的，所述SF6气体分解物检测罐体14用于实现SF6气体分解产物的配比和检测，整个罐体在保证密封性的前提下可承受4-5个大气压，整体容积约为2.5L。检测罐体顶部分别有三个通气孔，分别实现罐体的抽真空和内部气体压强的监测、SF6通入流量的监测和SO2、H2S、CO通入流量的的监测。
更为优选的，所述SF6气体分解物检测罐体实现了电化学气体传感器和测量电路板分离，在确保整个检测罐体密封的情况下，使电化学气体传感器处在检测罐体内部并固定，而输出模拟信号则经传输线在罐体外部实现测量并记录。
在一个实施例中，所述检测与分析装置还包括温度传感器13、真空泵8和压力表9；所述温度传感器用于监测分解物检测罐体内部气体的温度；所述真空泵用于实现将SF6气体分解物检测罐体内部抽真空；压力表用于实时监测分解物检测罐体内部气压。
优选的，所述温度传感器13用于监测罐体内部的温度，在真空泵和压力表的配合下，实现分解物检测罐体内部温度、压力的实时监测。
更为优选的，所述温度传感器能够进一步获取在不同温度条件下电化学气体传感器的响应特性，进而确定电化学气体传感器最适宜工作温度。
在本实施例中所述真空泵8用于将SF6气体分解物检测罐体内部抽真空，排出罐体内部残存空气的干扰，压力表9用于监测罐体内部气压，实现罐体内部压力的实时监测。
更为优选的，压力表能够获取在不同气体压力下电化学气体传感器响应特性的变化曲线，从而确定电化学气体传感器最佳工作气压。
在一个实施例中，所述毫安电流表15用于检测并显示电化学气体传感器的输出模拟电流信号，测量等级为几十毫安。
在一个实施例中，样气罐包括CO样气罐2、SO2样气罐3和H2S样气罐4，用于模拟实际现场运行GIS中SF6气体分解物的状态。
优选的，多种特征样气可以实现配置不同气体组分和比例的混合，进一步模拟现场GIS中在不同故障类型下SF6气体分解物的状态。
在一个实施例中，所述电化学气体传感器的数量为3个。
在本实施例中，因为SF6气体发生分解会产生多种分解气体，本实施例选取三种气体作为检测(CO、SO2和H2S)。因此，选取了CO、SO2和H2S三种电化学气体传感器。三种气体同时检测更加有利于装置在实际应用中对GIS的运行状态进行评估，如果有其他市场上气体种类成熟的传感器也可以进行添加。
优选的，所述电化学气体传感器(10-12)用于检测罐体内部气体的成分和浓度，电化学气体传感器通过与被测气体发生电化学反应，且输出与气体浓度成正比的电信号来工作。
更为优选的，所述电化学气体传感器能够实现随意更换，从而优选出更加用于适合现场GIS中SF6气体分解物检测的电化学气体传感器。
在一个实施例中，所述装置还包括有5排插线，所述5排插线实现电化学气体传感器与放大电路板的连接，用于将电化学气体传感器检测的信号进行传输。
优选的，所述SF6载气罐1，CO、SO2和H2S样气罐(2-4)经气体质量流量控制器连接到SF6气体分解物检测罐体14；电化学气体传感器(10-12)放置于SF6气体分解物检测罐体内部，信号经5排插线传输到放大电路板，并用毫安电流表进行测量记录。
在一个实施例中，所述检测和分析装置放置于通风橱5内部，通风橱用于排出实验废气，保证整个检测过程的安全性和可靠性。
在一个实施例中，附图1为模拟现场GIS中SF6气体分解物检测与分析装置。由于现场GIS设备均是全封闭式的，且SF6气体分解产物是多种的，因此整个检测和分析装置采用多个不同类型的电化学气体传感器(10-12)，同时检测配置的SF6分解检测气体，并进行相应的交叉计算，可以准确获得各检测特征分解气体的种类和成分，这对于判断设备内是否存在绝缘缺陷或缺陷严重程度具有重要意义。
以上实施例仅用以说明本发明专利而并非限制本发明专利所描述的技术方案；因此尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明专利已进行了详细的说明，但是本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本发明专利进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明专利的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，其特征在于，包括：SF6载气罐、样气罐、气体质量流量控制器、电化学气体传感器、SF6气体分解物检测罐体、放大电路板和毫安电流表；
所述SF6载气罐和样气罐经气体质量流量控制器连接到SF6气体分解物检测罐体；
所述电化学气体传感器放置于SF6气体分解物检测罐体内部，用于检测SF6气体分解物检测罐体内部气体的成分和浓度；
将所述电化学气体传感器检测后的信号传输到放大电路板，以对所述信号进行放大并转化为电流信号，并将电流信号利用毫安电流表进行测量记录，利用记录的电流信号判断所述罐体内部的气体成分和浓度。
2.根据权利要求1所述的一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，其特征在于：
所述气体质量流量控制器包括：流量传感器、分流器通道和流量放大电路；
所述流量传感器采用毛细管传热温差量热法，将放大后的流量信号转换成电压信号，并与设定电压进行比较，再将差值放大后去调节气体流量，闭环控制流过分流器通道的流量，使之与设定的流量相等。
3.根据权利要求2所述的一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，其特征在于：所述气体质量流量控制器的数量为2个，包括第一质量流量控制器和第二质量流量控制器；
所述第一质量流量控制器的量程为3L/min，所述第二质量流量控制器的量程为6mL/min；
所述第一质量流量控制器用于对通过SF6载气进行测量和控制，所述第二质量流量控制器用于对通过的样气进行测量和控制。
4.根据权利要求1所述的一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，其特征在于：
所述SF6气体分解物检测罐体用于实现SF6气体分解产物的配比和检测，所述SF6气体分解物检测罐体在保证密封性的前提下能够承受4-5个大气压，容积为2.5L；
所述SF6气体分解物检测罐体顶部有三个通气孔，分别用于SF6气体分解物检测罐体的抽真空和内部气体压强的监测、SF6载气通入流量的监测和样气通入流量的监测。
5.根据权利要求4所述的一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，其特征在于：还包括温度传感器、真空泵和压力表；
所述温度传感器用于监测SF6气体分解物检测罐体内部气体的温度；
所述真空泵用于实现将SF6气体分解物检测罐体内部抽真空；
所述压力表用于实时监测SF6气体分解物检测罐体内部气压。
6.根据权利要求1所述的一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，其特征在于：所述毫安电流表用于检测并显示电化学气体传感器的输出模拟电流信号。
7.根据权利要求1所述的一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，其特征在于：所述样气罐包括CO样气罐、SO2样气罐和H2S样气罐，用于模拟实际现场运行GIS中SF6气体分解物的状态。
8.根据权利要求7所述的一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，其特征在于：所述电化学气体传感器的数量为3个；分别为CO电化学气体传感器、SO2电化学气体传感器和H2S电化学气体传感器。
9.根据权利要求1所述的一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，其特征在于：还包括有5排插线，所述5排插线实现电化学气体传感器与放大电路板的连接，用于将电化学气体传感器检测的信号进行传输。
10.根据权利要求1所述的一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置，其特征在于：所述一种模拟GIS中SF6气体分解物检测与分析装置放置于通风橱内部，通风橱用于排出实验废气。
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