CN108469370A - 六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置，包括真空系统和富集与解析系统，真空系统包括机械泵、腔体和真空计；富集与解析系统包括制冷机、捕集管、加热棒、步进电机和固定模块，制冷机的制冷端位于腔体内部，捕集管和加热棒设置于固定模块上，固定模块设置于由步进电机驱动的轨道上，固定模块在步进电机的作用下做靠近或远离制冷机的制冷端的运动。通过控制捕集管靠近或远离制冷机制冷端以及在加热棒作用下来实现捕集管的冷却或加热，从而实现富集和解析，无需采用液态或者气态介质制冷，体积小，便于集成化设计，携带方便，稳定性高，可以连续长时间的运行，便于整个富集、解析系统的小型化设计，非常适合在线分析。

Description

六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置

技术领域

本发明涉及电气设备检验维护技术领域，尤其涉及一种六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置。

背景技术

六氟化硫气体具有优良的灭弧性能和绝缘性能以及良好的化学稳定性，它从20世纪50年代末开始被用作高压电气设备的绝缘介质和灭弧介质。随着近年来充六氟化硫电气设备在各电压等级变电站中的大规模应用，其在电网运行中的重要性显得日益突出。此类设备的故障会威胁到电网的安全性和稳定性，甚至引发重大事故，造成巨大经济损失。

在设备正常运行的状况下六氟化硫气体基本不发生分解，而当设备内部存在过热、放电等故障时，六氟化硫气体会分解并与氧气、水、金属电极以及固体绝缘材料反应形成数十种气体分解产物，主要的气体分解产物有四氟化硫（SF₄）、二氧化硫（SO₂）、氟化亚硫酰（SOF₂）、硫化氢（H₂S）、氟化硫酰（SO₂F₂）、四氟化亚硫酰（SOF₄）、十氟化硫（S₂F₁₀）、十氟化硫氧（S₂OF₁₀）及氟化氢（HF）等，通过检测对这些气体分解产物的检测来判断设备内部的绝缘状态是一种有效的故障诊断方法。

这些气体分解产物浓度通常较低，特别在早期故障中，气体分解产物的浓度范围从ppm量级到ppb量级，且电气设备内部通常放有吸附剂，导致这些痕量的气体分解产物很难被分析仪器直接检测到。通常的做法是对目标气体分解产物先进行富集浓缩之后再解析进样，结合富集、解析装置可以有效提高分析仪器的检测灵敏度，实现电气设备早期故障的有效检测。

现有技术中，富集、解析装置可以是分开的，通过两个装置分别实现富集和解析，但是这种方式需要多个设备；更常用的是将富集、解析集成到一个装置中，现有的富集、解析集成装置往往采用液氮制冷，这种方式成本高，对设备要求高，集成困难，且难以携带，极大地限制了富集、解析集成装置的使用。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置。

本发明采用如下技术方案：

一种六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置，包括真空系统和富集与解析系统，所述真空系统包括机械泵、中空密闭的腔体和真空计，所述机械泵通过管路与所述腔体连接，所述真空计设置于所述腔体的侧壁上，所述腔体上还设置有用以给管线进出的开孔；所述富集与解析系统包括制冷机、捕集管、加热棒、步进电机和固定模块，所述制冷机设置于所述腔体的侧壁上，所述制冷机的制冷端位于所述腔体内部，所述步进电机设置于所述腔体内部，所述捕集管和加热棒设置于所述固定模块上，所述固定模块设置于由所述步进电机驱动的轨道上，所述固定模块在所述步进电机的作用下做靠近或远离所述制冷机的制冷端的运动；所述捕集管一头连接有进气管，另一头连接有出气管，所述进气管和出气管分别通过开孔进出所述腔体。

进一步地，所述的六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置还包括有采样和吹扫系统，所述采样和吹扫系统包括质量流量计和六通阀，所述六通阀的一个端口通过所述进气管与所述捕集管相连接，所述六通阀的一个端口通过所述出气管与所述捕集管相连接，所述六通阀的一个端口用以引入样品气体，在所述六通阀引入样品气体的管路上设置有所述质量流量计，所述六通阀的一个端口用以连接分析仪器，所述六通阀的一个端口用以连接载气装置，所述六通阀的一个端口用以排出尾气。

进一步地，所述六通阀连接载气装置和排出尾气的管路上分别设置有质量流量计，所述六通阀引入样品气体的管路上的所述质量流量计与所述六通阀之间设置有进气三通阀，所述进气三通阀的另一个端口连接所述六通阀排出尾气的管路；所述六通阀排出尾气的管路上的所述质量流量计与所述六通阀之间设置有尾气三通阀，所述尾气三通阀的另一个端口连接所述六通阀连接载气装置的管路。

进一步地，六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置还包括有除水系统，所述除水系统包括除湿管、半导体制冷片、导管和储水池，所述除湿管呈U型，所述半导体制冷片贴合于所述除湿管的外侧壁，所述储水池位于所述除湿管的下方，并通过所述导管与所述除湿管的底部连通；所述除湿管的一头连接所述进气三通阀，另一头连接所述六通阀。

进一步地，所述储水池的顶面为敞口结构，所述储水池的顶面敞口的高度等于或低于所述除湿管的底部的高度，所述储水池通过水管与所述除湿管连接，所述水管一端与所述除湿管的底部相连通，另一端与所述储水池的底部相连通。

进一步地，所述除湿管的内部设置有U型杆，所述U型杆通过多根连接杆与所述除湿管的内侧壁相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用电动制冷机制冷，无需采用液态或者气态介质制冷，体积小，便于集成化设计，携带方便，可以连续长时间的运行，非常适合在线分析；

2、捕集管和加热棒设置在步进电机驱动的导轨上，通过控制步进电机正向或反向操作可以将捕集管靠近或远离制冷端，实现低温富集和高温解析；

3、通过制冷机和步进电机的配合可以有效加快加温后的降温速度缩短整个分析过程的时间；

4、本装置可以与多种六氟化硫气体分解产物分析仪器连接使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的结构示意图；

图2为U型杆和连接杆在U型除湿管的位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，本发明优选的实施例提供一种六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置，包括真空系统和富集、解析系统、采样和吹扫系统和除水系统。

其中，真空系统包括机械泵6、中空密闭的腔体7和真空计8，机械泵6通过管路与腔体7连接，用以实现腔体7的抽真空处理，真空计8设置于腔体7的侧壁上用以实时读取腔体7中的气压值，腔体7上还设置有用以给管线进出的开孔，气体管路通过带有卡套的螺帽与开孔拧紧密封保证腔体7的气密性，腔体7中的各种进出管路以及进出的部件均通过密封条或者密封圈做致密性处理，以防止腔室7漏气。

富集与解析系统包括制冷机9、捕集管10、加热棒13、步进电机14和固定模块12，制冷机9设置于腔体7的侧壁上，制冷机9的制冷端位于腔体7内部，步进电机14设置于腔体7内部，捕集管10和加热棒13设置于固定模块12上，固定模块12设置于由步进电机14驱动的轨道上，固定模块12在步进电机14的作用下做靠近或远离制冷机9的制冷端的运动；捕集管10内部填充有一定量的吸附剂11。捕集管10一头连接有进气管17，另一头连接有出气管18，进气管17和出气管18分别通过开孔71进出腔体7。

采样和吹扫系统包括质量流量计15和六通阀5，六通阀5的一个端口通过进气管17与捕集管10相连接，六通阀5的一个端口通过出气管18与捕集管10相连接，六通阀5的一个端口用以引入样品气体，在六通阀5引入样品气体的管路上设置有质量流量计15，六通阀5的一个端口用以连接分析仪器，六通阀5的一个端口用以连接载气装置，六通阀5的一个端口用以排出尾气。六通阀5连接载气装置和排出尾气的管路上分别设置有质量流量计15，六通阀5引入样品气体的管路上的所述质量流量计15与六通阀5之间设置有进气三通阀16，进气三通阀16的另一个端口连接六通阀5排出尾气的管路；六通阀5排出尾气的管路上的质量流量计15与六通阀5之间设置有尾气三通阀19，尾气三通阀19的另一个端口连接六通阀5连接载气装置的管路。六通阀5用以调整各管路的开通或闭合，以实现采样、进样和吹扫等操作。质量流量计15用以获取通过质量流量计15的数值，以实现精准的气体富集和解析。

除水系统包括除湿管1、半导体制冷片2、导管3和储水池4，除湿管1呈U型，半导体制冷片2贴合于除湿管1的外侧壁，储水池4位于除湿管1的下方，并通过导管3与除湿管1的底部连通；除湿管1的一头连接进气三通阀16，另一头连接六通阀5。储水池4的顶面为敞口结构，储水池4的顶面敞口的高度等于除湿管1的底部的高度，储水池4通过水管3与除湿管1连接，水管3一端与除湿管1的底部相连通，另一端与储水池4的底部相连通。半导体制冷无需液态或者气态的工作介质，当半导体制冷片2接上直流电源，半导体的一侧形成冷端从环境吸热，另一侧形成热端向外界环境放热，实施时，将半导体制冷片2吸热的一侧与除湿管1相贴合以使得除湿管1的管壁温度降低，气体样品从除湿管1的一头引入，进入除湿管1内，另一头排出，在流经除湿管1的过程中，由于除湿管1管内的低温气体样品中的水蒸气会冷凝形成液滴并沿着除湿管1的内壁流向底部，并流到储水池4内。半导体制冷片2的供电电源可以根据所需的制冷温度进行选择。除湿管1与储水池4利用连通器的原理相连通，以使得除湿管1的冷凝水都能够进入到储水池4内，而不会在除湿管1内积聚而影响除湿效果。除水系统可以实现气体样品的除湿，以实现更好的富集、解析。请参照图2，除湿管1的内部设置有U型杆20，U型杆20通过多根连接杆21与除湿管1的内侧壁相连接，通过增设U型杆20，可以增加冷凝面积，提高冷凝效率，使得冷凝效果更好。连接杆21倾斜设置，倾斜方向为连接杆21连接于除湿管1的一端高于连接杆21连接于U型杆20的一端。倾斜设置的连接杆21便于连接杆21上的冷凝水沿着连接杆21流向U型杆20的最低处，使得冷凝水能够尽快流到除湿管1的底部，以提高除湿效率。

请参照图1，实施时，首先打开机械泵6对腔体7做抽真空处理，通过真空记8读取腔体7内的真空度，当真空值满足要求之后，打开步进电机14，在步进电机14的作用下装有吸附剂11的捕集管10靠近制冷机9的制冷端，当制冷机9的制冷端的温度达到设定值时，打开采样系统，六氟化硫气体样品经过质量流量计15进入除湿管1（除湿管1已经预先降温），气体样品中的水蒸气在低温下冷凝成液体通过导管3进入储水池4；从除湿管1出来的六氟化硫气体样品继续通过六通阀5（通过调节六通阀5的状态可以调整六通阀5各端口的开关）和进气管17进入捕集管10，样品在低温下被吸附，采样结束后操纵步进电机14让捕集管10远离制冷机9的制冷端（图1中虚线部分表示捕集管10、加热棒13和固定模块12处于远离制冷机9的位置；相对应的实线标识则表示捕集管10、加热棒13和固定模块12处于靠近制冷机9的位置），此时设置在固定模块12中的加热棒13迅速升温至目标温度并通过热传导的方式加热捕集管10以让被吸附的样品解析，高温解析出来的样品就可以通过六通阀5进入分析仪器等进行后续的操作，整个富集和解析的过程完成。在样品解析完后，可以操纵步进电机14让捕集管10靠近制冷机9的制冷端，可以通过制冷机9的制冷端来实现捕集管10的快速冷却。在解析的样品进样结束之后（进入分析仪器等），切换六通阀5的状态，通过载气装置进行吹扫可以通过六通阀5上连接的排尾气的管路将尾气排出。

本装置采用电动制冷机制冷，无需采用液态或者气态介质制冷，体积小，便于集成化设计，携带方便，稳定性高，可以连续长时间的运行，便于整个富集、解析系统的小型化设计，非常适合在线分析。本装置能够与不同的六氟化硫气体分解产物分析仪器进行联用，同时也可以用于六氟化硫气体分解产物的现场检测。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置，包括真空系统和富集与解析系统，其特征在于：

所述真空系统包括机械泵（6）、中空密闭的腔体（7）和真空计（8），所述机械泵（6）通过管路与所述腔体（7）连接，所述真空计（8）设置于所述腔体（7）的侧壁上，所述腔体（7）上还设置有用以给管线进出的开孔；

所述富集与解析系统包括制冷机（9）、捕集管（10）、加热棒（13）、步进电机（14）和固定模块（12），所述制冷机（9）设置于所述腔体（7）的侧壁上，所述制冷机（9）的制冷端位于所述腔体（7）内部，所述步进电机（14）设置于所述腔体（7）内部，所述捕集管（10）和加热棒（13）设置于所述固定模块（12）上，所述固定模块（12）设置于由所述步进电机（14）驱动的轨道上，所述固定模块（12）在所述步进电机（14）的作用下做靠近或远离所述制冷机（9）的制冷端的运动；

所述捕集管（10）一头连接有进气管（17），另一头连接有出气管（18），所述进气管（17）和出气管（18）分别通过开孔进出所述腔体（7）。

2.根据权利要求1所述的六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置，其特征在于：

还包括有采样和吹扫系统，所述采样和吹扫系统包括质量流量计（15）和六通阀（5），所述六通阀（5）的一个端口通过所述进气管（17）与所述捕集管（10）相连接，所述六通阀（5）的一个端口通过所述出气管（18）与所述捕集管（10）相连接，所述六通阀（5）的一个端口用以引入样品气体，在所述六通阀（5）引入样品气体的管路上设置有所述质量流量计（15），所述六通阀（5）的一个端口用以连接分析仪器，所述六通阀（5）的一个端口用以连接载气装置，所述六通阀（5）的一个端口用以排出尾气。

3.根据权利要求2所述的六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置，其特征在于：

所述六通阀（5）连接载气装置和排出尾气的管路上分别设置有质量流量计（15），所述六通阀（5）引入样品气体的管路上的所述质量流量计（15）与所述六通阀（5）之间设置有进气三通阀（16），所述进气三通阀（16）的另一个端口连接所述六通阀（5）排出尾气的管路；所述六通阀（5）排出尾气的管路上的所述质量流量计（15）与所述六通阀（5）之间设置有尾气三通阀（19），所述尾气三通阀（19）的另一个端口连接所述六通阀（5）连接载气装置的管路。

4.根据权利要求3所述的六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置，其特征在于：

还包括有除水系统，所述除水系统包括除湿管（1）、半导体制冷片（2）、导管（3）和储水池（4），所述除湿管（1）呈U型，所述半导体制冷片（2）贴合于所述除湿管（1）的外侧壁，所述储水池（4）位于所述除湿管（1）的下方，并通过所述导管（3）与所述除湿管（1）的底部连通；

所述除湿管（1）的一头连接所述进气三通阀（16），另一头连接所述六通阀（5）。

5.根据权利要求4所述的六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置，其特征在于：

所述储水池（4）的顶面为敞口结构，所述储水池（4）的顶面敞口的高度等于或低于所述除湿管（1）的底部的高度，所述储水池（4）通过水管（3）与所述除湿管（1）连接，所述水管（3）一端与所述除湿管（1）的底部相连通，另一端与所述储水池（4）的底部相连通。

6.根据权利要求5所述的六氟化硫样品气体分解产物富集、解析装置，其特征在于：

所述除湿管（1）的内部设置有U型杆（20），所述U型杆（20）通过多根连接杆（21）与所述除湿管（1）的内侧壁相连接。