CN107796784A - Sf6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置及监测方法 - Google Patents

Sf6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置及监测方法，其中该装置包括激光器，其用于输出任一指定波长的激光信号；当前指定波长的激光信号经分光镜分成两路激光信号，其中，第一路激光信号传送至与标准气体参考室并输出参考光信号，标准气体参考室内存储有标准气体，标准气体参考室内存储有SF6标准气体；第二路激光信号传送至储气池并输出测量光信号，储气池内存储含有SF6标准气体的待测混合气体；所述参考光信号和测量光信号分别经相应光强传感器和信号调理模块均传送至微处理器。其能够准确快速地测量SF6气体分解物的含量。

Description

SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置及监测方法
技术领域
本发明属于SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测领域，尤其涉及一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置及监测方法。
背景技术
SF6气体作为优良的绝缘介质和灭弧介质，自身非常稳定，不易分解，在GIS设备、SF6断路器等电气设备中获得了广泛应用，但是在电气设备电弧、火花、局部放电或者高温等环境下，SF6气体有可能分解从而影响其灭弧和绝缘性能，因此，SF6气体成分监测对于电气设备稳定运行至关重要。
准确的分析以SF6为绝缘介质的设备SF6新分解出的杂质气体成分和含量，有利于判定设备出现的故障类型，预估设备的生命周期，计算SF6绝缘气体更换的周期。对SF6气体的纯度进行监测可以直接判断SF6绝缘电气设备当前的绝缘状况，以及判断运行时间很长的SF6绝缘电气设备是否需要维修或者更换SF6绝缘气体。同时，根据SF6的分解产物种类及含量，可以判断SF6绝缘电气设备已发生的故障类型、以及潜在的故障隐患。
目前对SF6气体纯度和成分的监测主要采用两种形式：
一是实验室测量的方法，通过电气设备的补气口抽少量的SF6气体，然后在实验室进行分析，此种方法的缺陷为：(1)不能用于设备在线监测；(2)由于SF6分解出的气体或者离子在一定时间内可能互相发生反应，或者被设备的其他物质部件吸附，气体成分会发生比较大的变化，实验室测试方案需要有取样，运输，然后测试的一个时间比较长的过程，所以测试的气体是经过分解成分互相反应或者被气体物质吸收后的气体，并不能准确完全反应气体分解的实际情况，难以准确定位以SF6为绝缘介质的设备可能发生的故障和预估设备寿命，以及SF6更换时间。
二是电化学在线传感器测量分析SF6气体成分，但此种方法由于传感器测试气体含量具有单一性，仅能监测少量气体成分，装置稳定性、测量准确性较差，无法全面分析可能发生的故障类型。另外，目前主要的设备都是采用等待气体扩散的方式进行采样，由于气体自动扩散需要较长时间，也不能准确测量SF6气体分解物的含量。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明实施例的第一方面提供了一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，其能够准确快速地测量SF6气体分解物的含量。
本发明实施例第一方面提供的一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，包括：
激光器，其用于输出任一指定波长的激光信号；当前指定波长的激光信号经分光镜分成两路激光信号，其中，第一路激光信号传送至与标准气体参考室并输出参考光信号，标准气体参考室内存储有标准气体，标准气体参考室内存储有SF6标准气体；第二路激光信号传送至储气池并输出测量光信号，储气池内存储含有SF6标准气体的待测混合气体；所述参考光信号和测量光信号分别经相应光强传感器和信号调理模块均传送至微处理器；所述微处理器被配置为：
在储气池内的温度及压力恒定不变的条件下，根据吸光度等于入射光强与透射光强比值的常对数的关系，分别计算出标准气体的吸光度A标和待测混合气体的总吸光度A总，进而根据A总与A标作差，得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的吸光度A1；
再利用吸光度等于吸光系数、气体厚度与气体浓度三者的乘积，进而得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的浓度，最终得到待测混合气体中所有气体成分及浓度。
具体地，吸光度(absorbance)：是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或其他物质后的透射光强度比值的以10为底的对数。
A标＝lg(Iin标/Iout标)；
A总＝lg(Iin总/Iout总)；
其中，Iin标、Iout标、Iin总、Iout总分别为标准气体的入射光强、标准气体的透射光强、待测混合气体的总入射光强、待测混合气体的的总透射光强，这些参数均可采用光强传感器获得。
另外，A1＝a1*b1*c1；
其中，A1为待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的吸光度；
a1为待测混合气体中第一种气体成分的吸光系数，当A1值确定后，则可确定待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分，进而可确定a1的值；
b1为待测混合气体中第一种气体的气体厚度，其为已知数值；
c1为待测混合气体中第一种气体的浓度，为待求取的值。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第一种实施方式中，所述储气池内设置有温度传感器，所述温度传感器与微处理器相连。
在该实施方式中，本发明利用温度传感器来实时检测储气池内的温度并传送至微处理器，使得储气池内的温度保持恒定，有利于提高待测混合气体中所有气体成分及浓度的检测精度。
结合本发明实施例的第一方面的第一种实施方式中，所述温度传感器通过总线与微处理器相连。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第二种实施方式中，所述储气池内设置有气体压力传感器，所述气体压力传感器与微处理器相连。
在该实施方式中，本发明利用气体压力传感器实时检测储气池内的气体压力并传送至微处理器，使得储气池内的气体压力保持恒定，有利于提高待测混合气体中所有气体成分及浓度的检测精度。
结合本发明实施例的第一方面的第二种实施方式中，所述气体压力传感器通过总线与微处理器相连。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第三种实施方式中，经分光镜分成的两路激光信号分别通过相应准直镜对应传送至标准气体参考室和储气池。
这样能够保证经分光镜分成的两路激光信号准确地传送至标准气体参考室和储气池。
结合本发明实施例的第一方面的第三种实施方式中，储气池通过真空泵与备用储气池相连通，备用储气池与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通。
这样当储气池内的混合气体浓度降低时，可通过依次备用储气池和SF6绝缘高压电气设备的补气口对储气池进行补气操作。
结合本发明实施例的第一方面的第三种实施方式中，储气池通过第一电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，第一电动阀门与微处理器相连。
结合本发明实施例的第一方面的第三种实施方式中，备用储气池通过第二电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，第二电动阀门与微处理器相连。
本发明实施例的第二方面提供了一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置的监测方法，其能够准确快速地测量SF6气体分解物的含量。
本发明实施例的第二方面提供的一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置的监测方法，包括：
步骤1：激光器输出任一指定波长的激光信号，当前指定波长的激光信号经分光镜分成两路激光信号，其中，第一路激光信号传送至与标准气体参考室并输出参考光信号，标准气体参考室内存储有SF6标准气体；第二路激光信号传送至储气池并输出测量光信号，储气池内存储含有SF6标准气体的待测混合气体；
步骤2：参考光信号和测量光信号分别经相应光强传感器和信号调理模块均传送至微处理器；
步骤3：微处理器对接收到的参考光信号和测量光信号进行处理，其处理包括：
步骤3.1：在储气池内的温度及压力恒定不变的条件下，根据吸光度等于入射光强与透射光强比值的常对数的关系，分别计算出标准气体的吸光度A标和待测混合气体的总吸光度A总，进而根据A总与A标作差，得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的吸光度A1；
步骤3.2：再利用吸光度等于吸光系数、气体厚度与气体浓度三者的乘积，进而得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的浓度，最终得到待测混合气体中所有气体成分及浓度。
具体地，吸光度(absorbance)：是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或其他物质后的透射光强度比值的以10为底的对数。
A标＝lg(Iin标/Iout标)；
A总＝lg(Iin总/Iout总)；
其中，Iin标、Iout标、Iin总、Iout总分别为标准气体的入射光强、标准气体的透射光强、待测混合气体的总入射光强、待测混合气体的的总透射光强，这些参数均可采用光强传感器获得。
另外，A1＝a1*b1*c1；
其中，A1为待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的吸光度；
a1为待测混合气体中第一种气体成分的吸光系数，当A1值确定后，则可确定待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分，进而可确定a1的值；
b1为待测混合气体中第一种气体的气体厚度，其为已知数值；
c1为待测混合气体中第一种气体的浓度，为待求取的值。
结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第一种实施方式中，该方法还包括：在储气池内设置温度传感器，温度传感器实时检测储气池内的温度并传送至微处理器。
结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第二种实施方式中，该方法还包括：在储气池内设置气体压力传感器，气体压力传感器实时检测储气池内的气体压力并传送至微处理器。
结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第三种实施方式中，储气池通过真空泵与备用储气池相连通，备用储气池与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通。
结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第四种实施方式中，储气池通过第一电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，微处理器控制第一电动阀门的开启与关闭。
结合本发明实施例的第二方面的第四种实施方式中，备用储气池通过第二电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，微处理器控制第二电动阀门的开启与关闭。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，通过激光器输出特定波长的激光，并测量激光通过储气池后光的强度，因为光强度和特定气体的含量具有线性关系，所以通过测量光的强度就可以快速准确的测量特定气体的种类和含量，因为采用了在线就地测量和快速测量的方式，可以非常有效的分析SF6高压设备发生放电，或者内部开关动作后，SF6可能产生分解物的种类和含量，根据对比仿真实验或者实际测量得到的数据，分析或者定位高压装置可能存在的故障和设备自身部件的老化情况。
(2)本发明还通过连续，快速改变储气池的压强，促进SF6分解物快速扩散，达到快速测量分解物种类和含量的目的。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置结构示意图；
图2是本发明的一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置的监测方法流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图1是本发明的一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置结构示意图。
如图1所示，本发明的一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，包括：
激光器，其用于输出任一指定波长的激光信号；当前指定波长的激光信号经分光镜分成两路激光信号，其中，第一路激光信号传送至与标准气体参考室并输出参考光信号，标准气体参考室内存储有标准气体，标准气体参考室内存储有SF6标准气体；第二路激光信号传送至储气池并输出测量光信号，储气池内存储含有SF6标准气体的待测混合气体；所述参考光信号和测量光信号分别经相应光强传感器和信号调理模块均传送至微处理器；所述微处理器被配置为：
在储气池内的温度及压力恒定不变的条件下，根据吸光度等于入射光强与透射光强比值的常对数的关系，分别计算出标准气体的吸光度A标和待测混合气体的总吸光度A总，进而根据A总与A标作差，得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的吸光度A1；
再利用吸光度等于吸光系数、气体厚度与气体浓度三者的乘积，进而得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的浓度，最终得到待测混合气体中所有气体成分及浓度。
具体地，吸光度(absorbance)：是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或其他物质后的透射光强度比值的以10为底的对数。
A标＝lg(Iin标/Iout标)；
A总＝lg(Iin总/Iout总)；
其中，Iin标、Iout标、Iin总、Iout总分别为标准气体的入射光强、标准气体的透射光强、待测混合气体的总入射光强、待测混合气体的的总透射光强，这些参数均可采用光强传感器获得。
另外，A1＝a1*b1*c1；
其中，A1为待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的吸光度；
a1为待测混合气体中第一种气体成分的吸光系数，当A1值确定后，则可确定待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分，进而可确定a1的值；
b1为待测混合气体中第一种气体的气体厚度，其为已知数值；
c1为待测混合气体中第一种气体的浓度，为待求取的值。
此外，在储气池的温度和储气池的大小不变的情况下，气体压强与浓度成正比。
在具体实施方式中，所述储气池内设置有温度传感器，所述温度传感器与微处理器相连。
在该实施方式中，本发明利用温度传感器来实时检测储气池内的温度并传送至微处理器，使得储气池内的温度保持恒定，有利于提高待测混合气体中所有气体成分及浓度的检测精度。
在具体实施方式中，所述温度传感器通过总线与微处理器相连。
在具体实施方式中，所述储气池内设置有气体压力传感器，所述气体压力传感器与微处理器相连。
在该实施方式中，本发明利用气体压力传感器实时检测储气池内的气体压力并传送至微处理器，使得储气池内的气体压力保持恒定，有利于提高待测混合气体中所有气体成分及浓度的检测精度。
在具体实施方式中，所述气体压力传感器通过总线与微处理器相连。
在具体实施方式中，经分光镜分成的两路激光信号分别通过相应准直镜对应传送至标准气体参考室和储气池。
这样能够保证经分光镜分成的两路激光信号准确地传送至标准气体参考室和储气池。
在具体实施方式中，储气池通过真空泵与备用储气池相连通，备用储气池与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通。
这样当储气池内的混合气体浓度降低时，可通过依次备用储气池和SF6绝缘高压电气设备的补气口对储气池进行补气操作。
在具体实施方式中，储气池通过第一电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，第一电动阀门与微处理器相连。
在具体实施方式中，备用储气池通过第二电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，第二电动阀门与微处理器相连。
本发明的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，通过激光器输出特定波长的激光，并测量激光通过储气池后光的强度，因为光强度和特定气体的含量具有线性关系，所以通过测量干涉光的强度就可以快速准确的测量特定气体的种类和含量，因为采用了在线就地测量和快速测量的方式，可以非常有效的分析SF6高压设备发生放电，或者内部开关动作后，SF6可能产生分解物的种类和含量，根据对比仿真实验或者实际测量得到的数据，分析或者定位高压装置可能存在的故障和设备自身部件的老化情况。
本发明还通过连续，快速改变储气池的压强，促进SF6分解物快速扩散，达到快速测量分解物种类和含量的目的。
本发明还提供了一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置的监测方法，其能够准确快速地测量SF6气体分解物的含量。
图2是本发明的一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置的监测方法流程图。
如图2所示，本发明实施例的提供的一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置的监测方法，包括：
步骤1：激光器输出任一指定波长的激光信号，当前指定波长的激光信号经分光镜分成两路激光信号，其中，第一路激光信号传送至与标准气体参考室并输出参考光信号，标准气体参考室内存储有SF6标准气体；第二路激光信号传送至储气池并输出测量光信号，储气池内存储含有SF6标准气体的待测混合气体；
步骤2：参考光信号和测量光信号分别经相应光强传感器和信号调理模块均传送至微处理器；
步骤3：微处理器对接收到的参考光信号和测量光信号进行处理，其处理包括：
步骤3.1：在储气池内的温度及压力恒定不变的条件下，根据吸光度等于入射光强与透射光强比值的常对数的关系，分别计算出标准气体的吸光度A标和待测混合气体的总吸光度A总，进而根据A总与A标作差，得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的吸光度A1；
步骤3.2：再利用吸光度等于吸光系数、气体厚度与气体浓度三者的乘积，进而得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的浓度，最终得到待测混合气体中所有气体成分及浓度。
其中，该方法还包括：在储气池内设置温度传感器，温度传感器实时检测储气池内的温度并传送至微处理器。
具体地，该方法还包括：在储气池内设置气体压力传感器，气体压力传感器实时检测储气池内的气体压力并传送至微处理器。
具体地，储气池通过真空泵与备用储气池相连通，备用储气池与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通。
具体地，储气池通过第一电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，微处理器控制第一电动阀门的开启与关闭。
具体地，备用储气池通过第二电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，微处理器控制第二电动阀门的开启与关闭。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (15)

1.一种SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，其特征在于，包括：
激光器，其用于输出任一指定波长的激光信号；当前指定波长的激光信号经分光镜分成两路激光信号，其中，第一路激光信号传送至与标准气体参考室并输出参考光信号，标准气体参考室内存储有标准气体，标准气体参考室内存储有SF6标准气体；第二路激光信号传送至储气池并输出测量光信号，储气池内存储含有SF6标准气体的待测混合气体；所述参考光信号和测量光信号分别经相应光强传感器和信号调理模块均传送至微处理器；所述微处理器被配置为：
在储气池内的温度及压力恒定不变的条件下，根据吸光度等于入射光强与透射光强比值的常对数的关系，分别计算出标准气体的吸光度A标和待测混合气体的总吸光度A总，进而根据A总与A标作差，得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的吸光度A1；
再利用吸光度等于吸光系数、气体厚度与气体浓度三者的乘积，进而得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的浓度，最终得到待测混合气体中所有气体成分及浓度。
2.如权利要求1所述的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，其特征在于，所述储气池内设置有温度传感器，所述温度传感器与微处理器相连。
3.如权利要求2所述的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，其特征在于，所述温度传感器通过总线与微处理器相连。
4.如权利要求1所述的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，其特征在于，所述储气池内设置有气体压力传感器，所述气体压力传感器与微处理器相连。
5.如权利要求4所述的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，其特征在于，所述气体压力传感器通过总线与微处理器相连。
6.如权利要求1所述的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，其特征在于，经分光镜分成的两路激光信号分别通过相应准直镜对应传送至标准气体参考室和储气池。
7.如权利要求6所述的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，其特征在于，储气池通过真空泵与备用储气池相连通，备用储气池与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通。
8.如权利要求6所述的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，其特征在于，储气池通过第一电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，第一电动阀门与微处理器相连。
9.如权利要求7所述的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置，其特征在于，备用储气池通过第二电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，第二电动阀门与微处理器相连。
10.一种基于如权利要求1所述的SF6绝缘高压电气设备气体成分在线监测装置的监测方法，其特征在于，包括：
步骤1：激光器输出任一指定波长的激光信号，当前指定波长的激光信号经分光镜分成两路激光信号，其中，第一路激光信号传送至与标准气体参考室并输出参考光信号，标准气体参考室内存储有SF6标准气体；第二路激光信号传送至储气池并输出测量光信号，储气池内存储含有SF6标准气体的待测混合气体；
步骤2：参考光信号和测量光信号分别经相应光强传感器和信号调理模块均传送至微处理器；
步骤3：微处理器对接收到的参考光信号和测量光信号进行处理，其处理包括：
步骤3.1：在储气池内的温度及压力恒定不变的条件下，根据吸光度等于入射光强与透射光强比值的常对数的关系，分别计算出标准气体的吸光度A标和待测混合气体的总吸光度A总，进而根据A总与A标作差，得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的吸光度A1；
步骤3.2：再利用吸光度等于吸光系数、气体厚度与气体浓度三者的乘积，进而得到待测混合气体中与当前指定波长相等的气体成分的浓度，最终得到待测混合气体中所有气体成分及浓度。
11.如权利要求10所述的监测方法，其特征在于，该方法还包括：在储气池内设置温度传感器，温度传感器实时检测储气池内的温度并传送至微处理器。
12.如权利要求10所述的监测方法，其特征在于，该方法还包括：在储气池内设置气体压力传感器，气体压力传感器实时检测储气池内的气体压力并传送至微处理器。
13.如权利要求10所述的监测方法，其特征在于，储气池通过真空泵与备用储气池相连通，备用储气池与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通。
14.如权利要求10所述的监测方法，其特征在于，储气池通过第一电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，微处理器控制第一电动阀门的开启与关闭。
15.如权利要求13所述的监测方法，其特征在于，备用储气池通过第二电动阀门与SF6绝缘高压电气设备的补气口相连通，微处理器控制第二电动阀门的开启与关闭。
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