CN112649544A - 一种环保绝缘气体电解装置及组分原位检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种环保绝缘气体电解装置及组分原位检测方法，包括配气装置、电解仓、采样及检测装置。所述配气装置包括绝缘气体储罐、二氧化碳储罐、空气储罐；任意一个储罐通过减压装置连接一个分支管路，多个分支管路连接一个汇总管路，汇总管路一路连接真空泵，另一路连接电解仓。电解仓内设有对电极，对电极用于形成电弧以电解所需检测的气体；所述对电极连接电源，采样及检测装置与电解仓连接。本发明一种环保绝缘气体电解装置及组分原位检测方法，能够实现模拟不同配比绝缘气体的电解状况、实时采样、以及原位检测分析等功能；具有操作简单、过程可控等优点。

Description

一种环保绝缘气体电解装置及组分原位检测方法
技术领域
本发明涉及环保绝缘气体电解及产物组分检测领域，具体涉及一种环保绝缘气体电解装置及组分原位检测方法。
背景技术
随着我国经济发展方式的转变和循环经济对节能减排提出的新要求，我国电力工业科学化、现代化和节能化的发展趋势日益明显。努力研发新一代符合产业发展导向和具有自主知识产权的高科技、高附加值产品，尽快缩小我国同发达国家在电力工业发展上的差距是当务之急。开展新型环保绝缘气体的合成制备和性能检测技术将为我国节能环保、防火、防爆、安全可靠的气体绝缘电气产品研发提供新的更大的动力，具有极大的经济效益和环保效益。
中国专利“一种混合气体绝缘特性试验装置及试验方法”（公开号：CN105388405A）公开了一种混合气体绝缘特性试验装置，用于对混合气体在高低温和高低气压状态下的绝缘性能试验，但是并未提及原位检测功能，也无此技术实现的具体方法描述。中国专利“一种用于测试绝缘气体液化温度的测试装置及方法”（公开号：CN10871067A）公开了一种用于测试绝缘气体液化温度的测试装置及方法，可现场测试绝缘气体的液化温度并验证，同样并未提及原位检测功能，也无此技术实现的具体方法描述。
上述现有技术中记载的技术方案，大多采取放电后通过外部设备取样送检的方式进行气体组分及电解机理分析，并未将电解仓与气相色谱或其它分析仪器进行连接原位分析。离线取样分析这种方式的缺陷在于：无法对气体组分进行原位检测，可能导致气体组分发生变化，特别是在易于分解的组分。另外，采出的样品分析检测完毕会被气相色谱或其它分析仪器直接排空，会造成电解仓内气体的大量损失，降低实验精度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种环保绝缘气体电解装置及组分原位检测方法，能够实现模拟不同配比绝缘气体的的电解环境、实时采样、以及原位检测分析等功能；具有操作简单、过程可控等优点。
本发明采取的技术方案为：
一种环保绝缘气体电解装置，该装置包括：
电解仓、采样及检测装置、配气装置；所述电解仓为耐压密闭仓体，电解仓内设有电极对，电极对用于形成电弧以电解所需检测的气体，电极对连接电源。
电解仓设有温度传感器，用于检测电解仓内的气体温度；
电解仓设有压力传感器，用于检测电解仓内的气体压力；
所述电解仓连接采样及检测装置，所述采样及检测装置包括样品定量环、六通阀、载气钢瓶、分析仪器、循环气泵。循环气泵连接样品定量环，六通阀的进样管和排气管与电解仓并联连接，六通阀连接样品定量环，载气钢瓶通过六通阀连接分析仪器；
所述配气装置包括绝缘气体储罐、二氧化碳储罐、空气储罐、氧气或氮气储罐；任意一个储罐通过气体减压阀连接一个分支管路，多个分支管路连接一个汇总管路，汇总管路一路连接真空泵，另一路连接电解仓；注气之前启动真空泵将电解仓内气体抽空，使得电解仓处于真空状态。
所述电解仓为透明的绝缘材质或者非透明材质制成的耐压密闭仓体，仓体呈柱状或方形。
所述电极对为金属制成的导电体，电极对为：板板电极对、板球电极对、板针电极对、球球电极对、或者活动触头。分别模拟均匀电场击穿、不均匀电场击穿、极不均匀电场击穿、间隙放电、通断放电、沿面放电等电气击穿或放电场景，电极对的端部距离可调。
本发明一种环保绝缘气体电解装置及组分原位检测方法，技术效果如下：
1）、本发明中电解仓与气相色谱直接相连接，构建了气体的循环回路，直接减少了检测过程中电解气的损失，有利于提高实验精度，有利于反映气体真实组分的构成，避免易分解组分漏检。
2）、本发明中电解仓与气相色谱直接相连接，并采用自动进样的方式，可实现等差时间采样，实现电解气的连续原位检测，并自动记录数据，提高了检测效率。
3）、六通阀的切换可以根据分析需求，设置为等差时间分析、或者其它时间间隔分析，根据气体组分浓度的变化，分析气体放电分解机理。
4）、本发明采用电解仓与气相色谱直接相连的方式，进行电解气体的原位检测，不仅可以实现对电解实验的连续动态监控，提高检测效率；还可避免电解仓内气体的大量损失，有助于提高实验精度，同时真实反映电解过程。
附图说明
图1为本发明电解装置的结构示意图。
图2（1）为本发明采样及检测装置结构示意图一；
图2（2）为本发明采样及检测装置结构示意图二。
图3（1）为C4F7N/空气混合气体实验前色谱检测结果图。
图3（2）为C4F7N/空气混合气体放电分解后气体色谱检测结果图。
具体实施方式
如图1、图2（1）、图2（2）所述示，一种环保绝缘气体电解装置，该装置包括：
电解仓2、采样及检测装置3、配气装置4；
所述电解仓2为耐压密闭仓体，电解仓2内设有电极对2.1，电极对2.1用于形成电弧以电解所需检测的气体，电极对2.1连接电源1，电源1为直流或交流稳压电源，为电解仓3中的电极对11提供稳定直流或交流电源。
电解仓2设有温度传感器2.2，用于检测电解仓2内的气体温度；电解仓2设有压力传感器2.3，用于检测电解仓2内的气体压力。压力传感器2.3、温度传感器2.2连接压力及温度数显及记录模块，用于显示及记录电解仓2内的气体压力、气体温度。
所述电解仓2连接采样及检测装置3，所述采样及检测装置3包括样品定量环3.1、六通阀3.2、载气钢瓶3.3、分析仪器3.4、循环气泵3.5。循环气泵3.5连接样品定量环3，六通阀3.2的进样管和排气管与电解仓2并联连接，六通阀3.2连接样品定量环3.1，载气钢瓶3.3通过六通阀3.2连接分析仪器3.4。分析仪器3.4采用气相色谱仪、或者其它分析仪器，例如红外光谱仪、等离子体光谱仪等。
六通阀3.2的进样管和排气管与电解仓并联连接。其中，进样量靠的是样品定量环3.1来控制的，六通阀3.2本身的接口是相邻的两个相连，如切换前是接口①连接接口②、接口③连接接口④、接口⑤连接接口⑥；如图2（1）所示。切换后变成了接口①连接接口⑥、接口②连接接口③、接口④连接接口⑤，如图2（2）所示。切换后样品定量环3.1中的气体进入到分析仪器3.4内。
电解仓2与采样及检测装置3连接关系如下：
以电解仓2为基础结构，电极对2.1安装于电解仓2腔体的中心位置，电极对2.1的最近点距离可调；配气装置4的输出端通过电解仓2一端的进气孔将绝缘气体注入电解仓2内，保持恒定设计压力，或者将电解仓2置于恒温箱中实现恒温环境。
压力传感器2.3和温度传感器2.2安装于电解仓一端，采集电解仓2内的气体压力和温度；在待测状态下，采集及检测装置3的六通阀3.2进样管采集电解仓2内的气体，充满样品定量环3.1，并从排气管排至电解仓2，形成气路循环；需要检测时，切换六通阀3.2的管路，样品定量环3.1内的气体由载气钢瓶3.3中释放的载气带动并送至气相色谱仪，实时检测取样装置所采集的气体，同时，进样管和排气管直接连通，气体与样品定量环3.1及载气所在的气路隔绝。
所述配气装置4包括绝缘气体储罐4.2、二氧化碳储罐4.3、空气储罐4.4、氧气或氮气储罐4.5。任意一个储罐通过气体减压阀4.6连接一个分支管路，多个分支管路连接一个汇总管路，汇总管路一路连接真空泵4.1，另一路连接电解仓2；注气之前启动真空泵4.1将电解仓2内气体抽空，使得电解仓2处于真空状态。通过气体减压阀4.6调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定。
所述电解仓2为透明的绝缘材质或者非透明材质制成的耐压密闭仓体，仓体呈柱状或方形。电解仓2为透明的绝缘材质制成的耐压密闭仓体时，密闭仓体电极对对应的仓壁至少有一处预留有石英玻璃视窗。如果非透明材质制造，在电极对2.1上部安装石英玻璃视窗，实验时可以增加紫外光引导放电。
所述电极对2.1为金属制成的导电体，电极对为：板板电极对、板球电极对、板针电极对、球球电极对、或者活动触头等。分别模拟均匀电场击穿、不均匀电场击穿、极不均匀电场击穿、间隙放电、通断放电、沿面放电等电气击穿或放电场景。
电极对2.1的端部距离可调，调整方法：电极对2.1一端固定，另一端连接活动螺杆，活动螺杆外设置固定刻度，螺距为0.5 mm，即旋钮每旋转一周，前进或后退0.5 mm。通过活动螺杆端部旋钮的不同方向的旋动，即可调整电极对2.1之间的距离。
一种环保绝缘气体组分原位检测方法，包括以下步骤：
配气步骤：
将电解仓2置于恒温恒湿的环境中，按照试验设计气体比例，向电解仓2内注入环保绝缘气体的纯气体、或者混合气体，通过压力传感器2.3、温度传感器2..2检测的气体压力、气体温度，待体系压力达到各组分分压计算值之和、且温度稳定后，判定达到了配气终点。
配气终点判定示例：
测试介质为绝缘气体与干燥空气混合气体。
打开真空泵4.1，将电解仓2抽真空30 min~45min，然后充入干燥空气静置1 h，再次抽真空30 min~45min，整个过程反复3~4次，充分清洗电解仓2，以排除固体颗粒、水分等杂质的影响。按照道尔顿分压定律，将试验气体看作理想气体，采用分压比确定混合气体比例。为保证混合气体的混合比例精确，先充入混合比例较小的绝缘气体，然后按分压比充入干燥空气。将实验装置放置于室温下24h左右，使气体充分混合。通过读取压力的增加量，即可计算获得测试气体的百分含量。温度值为辅助参数，确保系统处于恒定温度，不影响压力的检测。
气体采集及检测步骤：
在待测状态下，启动循环气泵3.5，注满样品定量环3.1，循环一段时间，切换六通阀3.2，样品定量环3.1内的样品被载气带入分析仪器3.4，根据采样检测需求设置循环气泵3.5启动运行时间，可以等时间间隔取样检测，也可以根据电解反应设计采样时间。六通阀3.2的切换可以根据分析需求，设置为等差时间分析或其它时间间隔分析，根据气体组分浓度的变化，分析气体电解分解机理。
实施例：
以C4F7N含量为13%的C4F7N/空气混合气体为电解原料气，将其充入电解仓2，施加50kV的电压进行放电分解实验，放电10min后对电解仓内的气体进行了原位色谱检测，检测结果如图3（1）、图3（2）所示。

Claims (5)

1.一种环保绝缘气体电解装置，其特征在于该装置包括：
电解仓（2）、采样及检测装置（3）、配气装置（4）；
所述电解仓（2）为耐压密闭仓体，电解仓（2）内设有电极对（2.1），电极对（2.1）用于形成电弧以电解所需检测的气体，电极对（2.1）连接电源（1）；
电解仓（2）设有温度传感器（2.2），用于检测电解仓（2）内的气体温度；
电解仓（2）设有压力传感器（2.3），用于检测电解仓（2）内的气体压力；
所述电解仓（2）连接采样及检测装置（3），所述采样及检测装置（3）包括样品定量环（3.1）、六通阀（3.2）、载气钢瓶（3.3）、分析仪器（3.4）、循环气泵（3.5）；
循环气泵（3.5）连接样品定量环（3），六通阀（3.2）的进样管和排气管与电解仓（2）并联连接，六通阀（3.2）连接样品定量环（3.1），载气钢瓶（3.3）通过六通阀（3.2）连接分析仪器（3.4）；
所述配气装置（4）包括绝缘气体储罐（4.2）、二氧化碳储罐（4.3）、空气储罐（4.4）、氧气或氮气储罐（4.5）；任意一个储罐通过气体减压阀（4.6）连接一个分支管路，多个分支管路连接一个汇总管路，汇总管路一路连接真空泵（4.1），另一路连接电解仓（2）。
2.根据权利要求1所述一种环保绝缘气体电解装置，其特征在于：所述电解仓（2）为透明的绝缘材质或者非透明材质制成的耐压密闭仓体，仓体呈柱状或方形。
3.根据权利要求1所述一种环保绝缘气体电解装置，其特征在于：所述电极对（2.1）为金属制成的导电体，电极对为：板板电极对、板球电极对、板针电极对、球球电极对、或者活动触头，电极对（2.1）的端部距离可调。
4.采用如权利要求1-3任意一项气体电解装置的环保绝缘气体组分原位检测方法，其特征在于，包括配气步骤：
将电解仓（2）置于恒温恒湿的环境中，按照试验设计气体比例，向电解仓（2）内注入环保绝缘气体的纯气体、或者混合气体，通过压力传感器（2.3）、温度传感器（2.2）检测的气体压力、气体温度，待体系压力达到各组分分压计算值之和、且温度稳定后，判定达到了配气终点。
5.采用如权利要求1-3任意一项气体电解装置的环保绝缘气体组分原位检测方法，其特征在于，包括气体采集及检测步骤：
在待测状态下，启动循环气泵（3.5），注满样品定量环（3.1），循环一段时间，切换六通阀（3.2），样品定量环（3.1）内的样品被载气带入分析仪器（3.4），根据采样检测需求设置循环气泵（3.5）启动运行时间，可以等时间间隔取样检测，也可以根据电解反应设计采样时间。
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