CN112098354A - 一种基于紫外吸收光谱法的sf6分解组分检测设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备及方法，属于SF6分解组分检测技术领域，所述设备包括气体池、紫外光源、紫外光谱仪和电源模块，所述紫外光源和紫外光谱仪分别通过光纤连接于气体池且分别电连接于电源模块，所述气体池分别通过气体管道连接进气口和出气口，所述紫外光源发出的光线能够经过气体池反射后传输至紫外光谱仪中。所述方法采用所述设备进行检测。本发明能实现SF6绝缘设备内部分解组分SO2、CS2、H2S气体的同时检测，根据分解组分的气体浓度对SF6绝缘设备的健康状态进行评估。同时本发明便携性能强，能实现SF6绝缘设备的在线监测与诊断。
Description
技术领域
本发明涉及SF6分解组分检测技术领域，具体为一种基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备及方法。
背景技术
六氟化硫(SF6)因其优异的绝缘性能和灭弧性能，常用于气体绝缘组合电器(GIS)内部作为气体绝缘介质。但是当GIS内部发生局部放电或局部过热故障时，SF6气体会与电气设备内部难免存在的微水、微氧等杂质以及固体绝缘材料等发生反应，生成一定的特征产物。研究表明，不同的绝缘故障类型及严重程度下检测到的SF6分解组分信息(种类、浓度、生成规律以及组分比例等)都存在一定的差异。因此，在SF6气体绝缘设备的在线监测和故障诊断工作中，对SF6分解组分的检测有着重大意义和工程应用价值。
目前用于SF6特征分解组分检测的方法主要有检测管法、气相色谱法、紫外红外光谱法等。其中检测管法的稳定性容易受到环境温度湿度的影响，抗干扰的性较差；气相色谱法检测精度高，但测量时间长，操作复杂并不适用于SF6分解组分的在线检测；红外光谱法易受温度、水含量的影响。紫外光谱法设备高度集成化与便携化，方便在变电站、开关站等不同环境下完成检测，不会受到温度、湿度、电磁干扰等环境因素的影响，检测速度快，灵敏度高。因此紫外光谱法是目前便携式测量SF6分解组分的首选，有巨大的市场潜力。
现有基于紫外光谱法的SF6分解组分检测装置，例如2016年10月12日公布号为CN106018310A的“一种基于紫外光谱法的气体组分检测方法和装置”，其公开的装置与方法包括紫外光源、气体吸收池、光谱仪、数据处理装置等该装置能实现SF6分解组分的高精度检测，但该装置无法进行SF6分解组分的便携式检测。
现有基于紫外吸收光谱法的便携式SF6分解组分检测装置，例如2019年5月10日公布号为CN208847650U的“基于紫外差分光谱原理的便携式气体检测设备”，其公开的装置分为检测、控制、交互三层结构，装置包括紫外光源、气体吸收池、光谱仪、电磁阀、真空泵、驱动电路等，该装置主要存在以下缺点：
第一、该装置三层结构较为复杂，检测时需要外接计算机对数据进行分析及显示。检测设备与显示部分分离，设备整体便携性不强。
第二、该设备内部固定了相关电路及光纤，但并未设计专用光纤固定支架，在设备搬运或振动过程容易导致光纤接头位置的偏离，严重时将导致检测精度的明显下降。在现场检测时抗干扰能力弱。
第三、该设备完成一次检测需要多次使用真空泵对气体池进行抽空处理，完成一次检测的过程复杂。
为实现SF6分解组分的在线检测，对于装置的便携性提出了极高的要求，需要对设备内部各器件合理布局，同时保证检测的精确性。
发明内容
有鉴于背景技术中上述缺陷，本发明提供一种基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备及方法以解决背景技术中的问题之一。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于紫外吸收光谱法的SF分解组分检测设备，包括气体池、紫外光源、紫外光谱仪和电源模块，所述紫外光源和紫外光谱仪分别通过光纤连接于气体池且分别电连接于电源模块，所述气体池分别通过气体管道连接进气口和出气口，所述紫外光源发出的光线能够经过气体池反射后传输至紫外光谱仪中。
在本发明的优选实施例中，所述紫外光源发出的光线能够经过气体池一次反射后传输至紫外光谱仪中。
在本发明的优选实施例中，所述光纤为单模光纤。
在本发明的优选实施例中，所述气体池与进气口之间的气体管道上设置有流量调节旋钮。
在本发明的优选实施例中，还包括壳体、工况机和显示与交互面板，所述气体池、紫外光源和紫外光谱仪设置于壳体内腔中，所述工况机和显示与交互面板分别电连接于电源模块，所述工况机分别通信连接紫外光谱仪和显示与交互面板，所述工况机和显示与交互面板均设置于壳体上。
在本发明的优选实施例中，所述紫外光源和/或电源模块附近设置有散热风扇。
在本发明的优选实施例中，所述电源模块包括开关电源，所述开关电源分别电连接于光源供电板和散热风扇，所述光源供电板电连接于紫外光源。
在本发明的优选实施例中，所述显示与交互面板上设置USB接口，所述显示与交互面板通过USB接口电连接于工况机。
在本发明的优选实施例中，所述光纤通过光纤架固定设置。
另一方面，本发明还提供一种基于紫外吸收光谱法的SF分解组分检测方法，包括以下步骤：
向气体池中通入待测SF绝缘设备内部的气体；
使得紫外光源发出的光线经过气体池反射后传输至紫外光谱仪中；
紫外光谱仪将采集到的光谱数据传输至工况机进行分析。
本发明的有益效果是：本发明能实现SF6绝缘设备内部分解组分SO2、CS2、H2S气体的同时检测，根据分解组分的气体浓度对SF6绝缘设备的健康状态进行评估。同时本发明便携性能强，能实现SF6绝缘设备的在线监测与诊断。
本发明通过流量调节旋钮实现固定流速的动态光谱采集。检测部件(气体池、紫外光源、紫外光谱仪)固定于壳体内腔中，同时光纤由光纤架固定在壳体上，避免了设备在搬运或振动过程中影响检测部件的工作。光纤架能防止设备在搬运或振动过程中造成光纤的振动，提高了检测稳定性。为实现设备的便携性，将设备的器件设置在壳体内腔中。工况机位于壳体表面，方便工作人员在检测过程中实时读取检测结果，并及时进行电气设备的故障诊断与排除。
本发明通过控制固定流速的气体进入气体池，当气体池中充满固定流速的待测气体时，原本可能残留在气体池中的残留气体均被流动的待测气体带出气体池，此时气体池中所有的气体均为待测气体。当气体池中没有残留气体干扰，设备检测结果的准确性能得到提升。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式中基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备的结构示意图。
图2是本发明一具体实施方式中显示与交互面板示意图。
图3是本发明一具体实施方式中基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备的内部布局示意图。
图4是本发明一具体实施方式中光路传输示意图。
图5是本发明一具体实施方式中电路传输示意图。
图6是本发明一具体实施方式中气体传输示意图。
图7是本发明一具体实施方式中基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
一种基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备(以下简称设备)可集成于尺寸为(L×W×H：50cm×40cm×25cm)的壳体1内，壳体1采用铝合金结构，在壳体1底部一端安装有滑轮，同时另一端安装有拉杆，便于进行设备的搬运。设备内部的各部件及线路固定在壳体1上，防止设备内部各部件、接口在搬运和振动过程中发生移动或变形。为控制设备的体积，实现便携化，设备内部各器件分布于壳体1的底层、侧面以及表面。并将设备分为三部分，检测装置、显示与交互面板，电源模块。
如图1和图3所示，检测装置，设置于壳体1内部，包括通过光纤架16固定的光纤依次连接于紫外光源4、气体池2、紫外光谱仪5。光纤架16固定光纤接口，防止设备抖动造成光纤接口的移动，提升检测的稳定性。紫外光源4与紫外光谱仪5固定于壳体1的内腔底部，气体池2固定于壳体1的内腔侧面。紫外光源4优选为氘灯，通过单模光纤连接至气体池2，光线在气体池2内部进行一次反射后经单模光纤传输至紫外光谱仪5完成光路传输，光路传输过程如图4所示。如果光线在气体池2内部进行多次反射，光的衰减比较厉害，对气体池2结构要求也高，检测容易不准确。相反，光线在气体池2内部进行一次反射，光的衰减减少，对气体池2结构要求降低，检测更加准确。本实施例中的单模光纤对紫外光的透过率高，可以尽可能减小紫外光的损耗。
如图2所示，显示与交互面板，设置于壳体1表面，显示与交互面板上设置有工况机15、进气口11、流量调节旋钮13、出气口14、USB接口8、电源线接口9和电源总开关10。
如图3所示，电源模块，设置于壳体1内部，包括光源供电板6、开关电源7。
如图5所示，设备内部各器件由220V交流电供电，电源由电源线接口9接入，连接至电源总开关10，通过电源总开关10能控制整个设备内部供电。经过总开关后交流电为工况机15供电。同时交流电输入至开关电源7，开关电源7变压后输入光源供电板6并为紫外光源4供电。开关电源7变压后同时散热风扇3供电。此外，紫外光谱仪5通过USB连接工况机15进而获得供电。
如图6所示，进气口11通过气体管道与流量调节旋钮13连接，流量调节旋钮13、气体池2、出气口14依次通过气体管道连接。通过流量调节旋钮13能控制进气时的气体流速。
如图1和图2所示，工况机15与紫外光谱仪5通过数据线连接，由紫外光谱仪5获取的光谱数据传输至工况机15进行数据分析，当气体检测浓度超标时，工况机15将发出警报，表明SF6电气设备存在故障隐患。显示与交互面板上的USB接口8连接至工况机15，通过USB接口8能实现外部与工况机15的数据交互，同时能实现数据的备份与转移。
如图2所示，设备表面安装有把手12，便于水平移动设备。
如图1所示，为解决设备内部散热问题，紫外光源4和电源模块附近设置有散热风扇3，加速设备内部气体流动，降低设备内部的温度。
实施例二
如图7所示，一种基于紫外吸收光谱法的SF分解组分检测方法，包括以下步骤：
向气体池2中通入待测SF绝缘设备内部的气体；
使得紫外光源4发出的光线经过气体池2反射后传输至紫外光谱仪5中；
紫外光谱仪5将采集到的光谱数据传输至工况机15进行分析。
在具体的实施例中，基于紫外吸收光谱法的SF分解组分检测方法的步骤如下：在基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备(以下简称设备)启动前，通过气体管道连接待检测SF6气体绝缘设备与进气口11，通过气体管道连接出气口14与尾气处理装置。在检查气路密封性无误后，通入待测SF6绝缘设备内部的气体(即SF6分解组分)，通过流量调节旋钮13调节气体流速为稳定值，气体进入气体池2。通过电源总开关10启动便携式SF6分解组分检测设备，此时紫外光源4发出紫外光，通过单模光纤将紫外光传输至气体池2，在气体池2内部进行一次反射。反射后的紫外光通过单模光纤传输至紫外光谱仪5，紫外光谱仪5将采集到的光谱数据通过数据线传输至工况机15。工况机15对紫外光谱数据进行分析处理，并将气体浓度显示于屏幕上。工作人员能及时对待测SF6绝缘设备的运行状态做出判断，一旦出现故障能及时进行维护检修。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备，其特征是：包括气体池(2)、紫外光源(4)、紫外光谱仪(5)和电源模块，所述紫外光源(4)和紫外光谱仪(5)分别通过光纤连接于气体池(2)且分别电连接于电源模块，所述气体池(2)分别通过气体管道连接进气口(11)和出气口(14)，所述紫外光源(4)发出的光线能够经过气体池(2)反射后传输至紫外光谱仪(5)中。
2.如权利要求1所述的基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备，其特征是：所述紫外光源(4)发出的光线能够经过气体池(2)一次反射后传输至紫外光谱仪(5)中。
3.如权利要求1所述的基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备，其特征是：所述光纤为单模光纤。
4.如权利要求1所述的基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备，其特征是：所述气体池(2)与进气口(11)之间的气体管道上设置有流量调节旋钮(13)。
5.如权利要求1所述的基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备，其特征是：还包括壳体(1)、工况机(15)和显示与交互面板，所述气体池(2)、紫外光源(4)和紫外光谱仪(5)设置于壳体(1)内腔中，所述工况机(15)和显示与交互面板分别电连接于电源模块，所述工况机(15)分别通信连接紫外光谱仪(5)和显示与交互面板，所述工况机(15)和显示与交互面板均设置于壳体(1)上。
6.如权利要求5所述的基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备，其特征是：所述紫外光源(4)和/或电源模块附近设置有散热风扇(3)。
7.如权利要求5所述的基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备，其特征是：所述电源模块包括开关电源(7)，所述开关电源(7)分别电连接于光源供电板(6)和散热风扇(3)，所述光源供电板(6)电连接于紫外光源(4)。
8.如权利要求5所述的基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备，其特征是：所述显示与交互面板上设置USB接口(8)，所述显示与交互面板通过USB接口(8)电连接于工况机(15)。
9.如权利要求1-8中任一项所述的基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测设备，其特征是：所述光纤通过光纤架(16)固定设置。
10.一种基于紫外吸收光谱法的SF6分解组分检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
向气体池(2)中通入待测SF6绝缘设备内部的气体；
使得紫外光源(4)发出的光线经过气体池(2)反射后传输至紫外光谱仪(5)中；
紫外光谱仪(5)将采集到的光谱数据传输至工况机(15)进行分析。
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