CN113092679A - 一种六氟化硫分解产物的分析传感器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六氟化硫分解产物的分析传感器及其检测方法，属于电力技术领域。包括进气口和出气口，进气口和出气口之间设有空气组检测部；空气组检测部与出气口之间连接的第二管路上并联有反应杂质检测部，反应杂质检测部进气端与第二管路连接的第四管路连接上设有第四电磁阀；反应杂质检测部出气端与第二管路连接的第三管路连接上设有第三电磁阀；其中，空气组检测部用于氧气、二氧化碳和氮气的检测，反应杂质检测部用于二氧化硫、硫化氢、一氧化碳、水、四氟化碳和氢气的检测。所述分析传感器可根据需求只测空气组含量或只测反应杂质亦或是9组气体含量一起测量，使用灵活，可减少传感器的使用、增加传感器寿命。

Description

一种六氟化硫分解产物的分析传感器及其检测方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及一种六氟化硫分解产物的分析传感器及其检测方法。

背景技术

纯净的六氟化硫(SF₆)气体在常温常压下为无色、无臭、无毒、不可燃的气体，不仅具有稳定的化学性能，而且具有优异的绝缘和灭弧性能，是一种理想的绝缘介质，因此，SF₆电气设备在电网中的应用广泛。SF₆电气设备的稳定性及可靠性与SF₆气体的纯度、湿度和分解产物有关。如果SF₆气体中混有杂质，达不到规定的纯度标准，那么它的灭弧和绝缘特性就会大大下降。SF₆气体湿度会严重降低SF₆的耐电强度，并影响气体分解物的生成。SF₆气体在电弧、火花或电晕放电的作用下会发生分解，解离生成离子和原子团，在放电结束后，解离产物基本又重新复合成SF₆。如果这些离解产物与设备中存在的微量水分、气体杂质、金属电极材料和固体绝缘材料发生反应，就会产生复杂的分解产物，这不仅会造成设备内部金属部件的腐蚀、绝缘材料的性能劣化以致设备绝缘性能下降，更会对电气设备运行和现场工作人员人身安全带来极大的隐患。因此，开展对SF₆气体分解产物检测是评价电气设备运行状态的中重要技术手段。

对SF₆气体分解产物的检测通常首先开展现场检测，根据几种能够反映电气设备运行状态的气体组分含量对其进行初步的诊断，对于初步诊断异常的设备会再进行实验室的全分析，所以现场检测的气体组分越多，对设备的运行状态的初步诊断就越准确。目前开展现场检测的常规SF₆气体微量产物检测装置通常利用电化学传感器检测技术，这种检测装置便捷、灵活，但一次性只检测SO₂、H₂S、CO、H₂0四种气体组分，气体检测种类有限，远不能满足现场初步诊断的需要，需要增加检测的组分种类。

在可检测的组分方面，国内外相关标准给出了一些规定，如在IEC60480：2004中规定的SF₆绝缘电力设备气体检测分为两种情况：一种情况是为了确认SF₆是否需要进行回收处理而进行的现场检测，检测项目主要有：SOF₂+SO₂、空气(N₂)、CF₄、水和矿物油；另一种情况是为了定量检测气体中各种杂质的含量，检测项目主要有：空气(N₂)、CF₄、SF₄、SOF₂、SO₂F₂、SO₂等。DL/T 393-2010《输变电设备状态检修试验规程》中的SF₆气体成分分析项目及要求：提出可对空气(O₂+N₂)以及杂质组分(CO、CO₂、HF、SO₂、SF₄、SOF₂、SO₂F₂)等开展检测。但是，现有的检测技术中往往存在问题：

(1)为避免检测装置内部原有O₂、N₂、CO₂等杂质气体对传感器寿命造成的影响，在装置使用前后需使用抽真空装置对装置内部进行抽真空，将装置内部残留气体排尽，装置的真空度是否达到使用要求通常是使用安装在装置内部的真空计进行检测。但真空计所占空间较大，多个组分的检测装置内部空间有限，采用内置安装方式会造成装置体积过大，影响便携性，而使用外部连接的真空计进行检测，检测的真空度数值与实际装置管路内真空度数值会出现偏差，影响检测结果。(2)现有检测装置的传感器通常是串联布局，如果只需要检测SF₆中部分组分，检测时SF₆气体也会依次通过各传感器，由于电化学传感器寿命有限，这样会造成传感器不必要的损耗。(3)现有检测装置能够配适性检测的气体种类较少，不能同时满足现场检测复杂SF₆分解产物的分析需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种六氟化硫分解产物的分析传感器及其检测方法，解决了在六氟化硫分解产物检测装置的分析传感器加装过程中，不使用真空计对设备内部真空度进行有效检测，并在适用于检测SO₂、H₂S、CO、H₂O、CF₄、H₂、CO₂、N₂、O₂这9种微量产物的同时，降低了对分析传感器的损耗，增加了分析传感器寿命。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种六氟化硫分解产物的分析传感器，包括进气口和出气口，进气口和出气口之间设有空气组检测部；空气组检测部与出气口之间设有第二管路，第二管路上并联有反应杂质检测部，反应杂质检测部进气端与第二管路通过第四管路连接，第四管路上设有第四电磁阀；反应杂质检测部出气端与第二管路通过第三管路连接，第三管路上设有第三电磁阀；其中，空气组检测部用于O₂、CO₂和N₂的检测，反应杂质检测部用于SO₂、H₂S、CO、H₂O、CF₄和H₂的检测。

优选地，空气组检测部包括串联的O₂传感器、CO₂传感器和N₂传感器。

优选地，反应杂质检测部包括串联的SO₂传感器、H₂S传感器、CO传感器、H₂O传感器、CF₄传感器和H₂传感器。

优选地，进气口与空气组检测部之间设有第一管路，第一管路上设有第一电磁阀。

进一步优选地，第二管路上设有第二电磁阀。

进一步优选地，第一管路与第四管路通过第五管路接通，第五管路上设有第五电磁阀。

本发明公开了基于上述的一种六氟化硫分解产物的分析传感器的检测方法，包括以下操作：

1)将进气口、出气口和空气组检测部接通后，关闭第四电磁阀和第三电磁阀，进行抽真空处理，完成待检测气体中空气组各气体浓度的检测；2)打开第四电磁阀和第三电磁阀，完成待检测气体中空气组各气体浓度和反应杂质各气体浓度的检测。

优选地，打开第五电磁阀和第三电磁阀，并关闭第一电磁阀、第二电磁阀和第四电磁阀，完成待检测气体中反应杂质各气体浓度的检测。

优选地，抽真空处理后，所述SF₆分解产物的分析传感器的真空度P通过计算O₂传感器、CO₂传感器和N₂传感器分别的真空度

和

的平均值得到：

进一步优选地，O₂传感器、CO₂传感器和N₂传感器分别的真空度

和

通过以下操作得到：O₂传感器、CO₂传感器、N₂传感器检测得到待检测气体中O₂、CO₂和N₂浓度的检测数据

和

根据所得

和

计算对应的真空度

和

的计算公式如下，其中，P₀为大气压力：

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种六氟化硫分解产物的分析传感器，通过在第二管路上并联有反应杂质检测部、并在并联管路上设有对应的第四电磁阀和第三电磁阀，能够实现只需对空气组中O₂、CO₂和N₂进行检测时，避免反应杂质组的工作，达到减少传感器使用的目的；进而在以空气组中O₂、CO₂和N₂进行所述SF₆分解产物的分析传感器的真空度转换的目的，避免了现有技术中对真空计的依赖，从而在所述SF₆分解产物的分析传感器中，无需考虑真空计体积的设计，保证了多组分气体分析传感器的小体积设计。因此，本发明所述六氟化硫分解产物的分析传感器，能够将待检测气体中空气组和反应杂质组的检测过程有效分开，同时保证真空度的准确度和装置的小体积设计；即不使用真空计对内部真空度进行有效检测，并在适用于检测SO₂、H₂S、CO、H₂O、CF₄、H₂、CO₂、N₂、O₂这9种微量产物的同时，降低了对分析传感器中各个传感器原件的无效损耗，增加了分析传感器的使用寿命。

进一步地，空气组检测部中串联的O₂传感器、CO₂传感器和N₂传感器且无前后顺序，反应杂质检测部中串联的SO₂传感器、H₂S传感器、CO传感器、H₂O传感器、CF₄传感器和H₂传感器且无前后顺序，简化了所述SF₆分解产物的分析传感器的加装便捷性，提高了使用效率。

进一步地，通过在进气口与空气组检测部之间的第一管路上设有第一电磁阀，同时在反应杂质检测部进气端与第二管路之间的第四管路上设有第四电磁阀，在反应杂质检测部出气端与第二管路之间的第三管路上设有第三电磁阀，在第一管路与第四管路之间的第五管路上设有第五电磁阀，能够实现空气组检测部不工作、且反应杂质检测部工作的检测模式，进一步降低各个传感器原件的无效损耗，延长使用寿命。

本发明还公开了上述一种六氟化硫分解产物的分析传感器的检测方法，可根据需求只测CO₂、N₂、O₂气体含量或只测SO₂、H₂S、CO、H₂O、CF₄、H₂气体亦或是9组气体含量一起测量，使用灵活，可减少传感器的使用、增加传感器寿命。其中对于H₂的检测，能反映水分或含氢的有机材料是否发生了反应。因此，本发明所述SF₆分解产物的分析传感器的检测方法，在适用于检测SO₂、H₂S、CO、H₂O、CF₄、H₂、CO₂、N₂、O₂这9种微量产物的同时，降低了器件损耗，延长使用寿命。

进一步地，通过在对装置内部进行抽真空时，可根据O₂传感器、CO₂传感器、N₂传感器检测到的数值与大气中各气体含量相对比得出装置内部真空度，即装置内部无需真空计等压力测量工具即可得出内部真空度，避免了内置真空计。

附图说明

图1为本发明中SF₆分解产物的分析传感器的阵列设计图。

其中：1-进气口；2-第一电磁阀；3-O₂传感器；4-CO₂传感器；5-N₂传感器；6-第二电磁阀；7-出气口；8-第三电磁阀；9-SO₂传感器；10-H₂S传感器；11-CO传感器；12-H₂O传感器、13-CF₄传感器、14-H₂传感器、15-四电磁阀、16-第五电磁阀；17-第一管路；18-第二管路；19-第三管路；20-第四管路；21-第五管路。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种六氟化硫(SF₆)分解产物的分析传感器，适用于检测SO₂、H₂S、CO、H₂O、CF₄、H₂、CO₂、N₂、O₂这9种微量产物，包括进气口1，第一电磁阀2、O₂传感器3、CO₂传感器4、N₂传感器5、第二电磁阀6、出气口7、第三电磁阀8、SO₂传感器9、H₂S传感器10、CO传感器11、H₂O传感器12、CF₄传感器13、H₂传感器14、第四电磁阀15、第五电磁阀16。O₂传感器3、CO₂传感器4、N₂传感器5依次串联连接，无前后顺序；SO₂传感器9、H₂S传感器10、CO传感器11、H₂O传感器12、CF₄传感器13、H₂传感器14依次串联连接，无前后顺序。其中，O₂传感器3、CO₂传感器4、N₂传感器5构成空气组检测部，SO₂传感器9、H₂S传感器10、CO传感器11、H₂O传感器12、CF₄传感器13、H₂传感器14构成反应杂质检测部。

具体地，在本发明的某一具体实施方式中，上述各个元件的连接关系如下：进气口1和出气口7之间连接有空气组检测部，空气组检测部包括依次串联的O₂传感器3、CO₂传感器4、N₂传感器5，O₂传感器3和进气口1之间的第一管路17上设有第一电磁阀2，N₂传感器5和出气口7之间的第二管路18上并联有反应杂质检测部，同时第二管路18上设有第二电磁阀6；反应杂质检测部包括依次串联的SO₂传感器9、H₂S传感器10、CO传感器11、H₂O传感器12、CF₄传感器13、H₂传感器14，H₂传感器14的入口端与第二管路18通过第四管路20连接，第四管路20上设有第四电磁阀15，SO₂传感器9的出口端与第二管路18通过第三管路19连接，第三管路19上设有第三电磁阀8；第一管路17与第四管路20通过第五管路21接通，第五管路21上设有第五电磁阀16。

传感器的寿命是传感器的重要技术指标，传感器的寿命影响着整个装置的使用。因此，本发明所述一种SF₆分解产物的分析传感器，其阵列设计通过以下两种方法来延长分析传感器的寿命：

(1)减少传感器各个元件的无效使用；

(2)在装置使用前与使用后均对装置内部管路进行抽真空，抽真空完成后密封管路，防止残留气体杂质降低传感器的寿命。

上述SF₆分解产物的分析传感器的检测方法如下：

若只需对O₂、CO₂、N₂进行检测，打开第一电磁阀2、第二电磁阀6，待测气体从进气口1进入，通过O₂传感器3、CO₂传感器4、N₂传感器5进行检测，最后从出气口7输出，无需经过SO₂传感器9、H₂S传感器10、CO传感器11、H₂O传感器12、CF₄传感器13、H₂传感器14，以此可达到减少传感器使用的目的；若需只对SO₂、H₂S、CO、H₂0、CF₄、H₂气体进行检测，则打开第五电磁阀16、第三电磁阀8，待测气体从进气口1进入，通过H₂传感器14、CF₄传感器13、H₂O传感器12、CO传感器11、H₂S传感器10、SO₂传感器9进行检测，最后从出气口7输出，以此可达到减少传感器使用的目的；若九种杂质气体全部进行检测，则打开第一电磁阀2、第四电磁阀15、第三电磁阀8，待测气体从进气口1进入，通过O₂传感器3、CO₂传感器4、N₂传感器5、H₂传感器14、CF₄传感器13、H₂O传感器12、CO传感器11、H₂S传感器10、SO₂传感器9进行检测，最后从出气口7输出。

在装置使用前对装置内部抽真空使得管路内残留气体不影响传感器的检测，在装置使用后对装置内部抽真空排尽装置内气体并密封管路，可排除原管路内气体中O₂、N₂、CO₂等杂质气体长期留存在装置内对传感器的影响，进一步的提高传感器的寿命。

在本发明中，将O₂传感器3、CO₂传感器4、N₂传感器5放置在一组，打开第一电磁阀2、第二电磁阀6，在对装置进行抽真空时，O₂传感器3、CO₂传感器4、N₂传感器5对管路中O₂、CO₂、N₂浓度进行检测，将检测结果与空气中O₂、N₂、CO₂含量进行比较，换算得出当前管路内真空度，如下：

已知空气中O₂含量为21％、CO₂含量为0.04％、N₂含量为78％，在对装置进行抽真空过程中，O₂传感器3、CO₂传感器4、N₂传感器5检测得数值为

当前大气压力为P₀，则分别依据O₂传感器3、CO₂传感器4、N₂传感器5按照式(1)～(3)进行计算对应的真空度

按照式(4)计算三个传感器对应真空度的平均值即为当前抽真空的真空度P：

由此即可不需要在装置内安装真空计就可得出真空度。

具体地，在本发明的某一具体实施方式中，上述真空度的计算由PLC电路板完成，各传感器将检测到数值传输到PLC电路板上并完成真空度的计算。

综合上述内容，本发明考虑电化学传感器检测的可行性、设备的便携性等要求，提出现场检测装置中SO₂、H₂S、CO、H₂O、CF₄、H₂、CO₂、N₂、O₂九种气体组分分析传感器的阵列设计，使其满足检测需要。本发明所述杂SF₆分解产物的分析传感器具有以下优点：(1)利用O₂、CO₂、N₂传感器对抽真空后装置内部3种组分的含量进行检测，通过与大气中各气体含量相对比得出装置内部真空度。(2)将检测较为频繁的O₂、CO₂、N₂传感器设计为一组，其它6种组分传感器设置成另一组，两者即可彼此独立检测，又可共同检测，从而一定程度上减少对传感器寿命的消耗。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种六氟化硫分解产物的分析传感器，其特征在于，包括进气口和出气口，进气口和出气口之间设有空气组检测部；空气组检测部与出气口之间设有第二管路，第二管路上并联有反应杂质检测部，反应杂质检测部进气端与第二管路通过第四管路连接，第四管路上设有第四电磁阀；反应杂质检测部出气端与第二管路通过第三管路连接，第三管路上设有第三电磁阀；

其中，空气组检测部用于O₂、CO₂和N₂的检测，反应杂质检测部用于SO₂、H₂S、CO、H₂O、CF₄和H₂的检测。

2.根据权利要求1所述的一种六氟化硫分解产物的分析传感器，其特征在于，空气组检测部包括串联的O₂传感器、CO₂传感器和N₂传感器。

3.根据权利要求1所述的一种六氟化硫分解产物的分析传感器，其特征在于，反应杂质检测部包括串联的SO₂传感器、H₂S传感器、CO传感器、H₂O传感器、CF₄传感器和H₂传感器。

4.根据权利要求1所述的一种六氟化硫分解产物的分析传感器，其特征在于，进气口与空气组检测部之间设有第一管路，第一管路上设有第一电磁阀。

5.根据权利要求4所述的一种六氟化硫分解产物的分析传感器，其特征在于，第二管路上设有第二电磁阀。

6.根据权利要求4所述的一种六氟化硫分解产物的分析传感器，其特征在于，第一管路与第四管路通过第五管路接通，第五管路上设有第五电磁阀。

7.基于权利要求1～6任意一项所述的一种六氟化硫分解产物的分析传感器的检测方法，其特征在于，包括以下操作：

1)将进气口、出气口和空气组检测部接通后，关闭第四电磁阀和第三电磁阀，进行抽真空处理，完成待检测气体中空气组各气体浓度的检测；

2)打开第四电磁阀和第三电磁阀，完成待检测气体中空气组各气体浓度和反应杂质各气体浓度的检测。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，打开第五电磁阀和第三电磁阀，并关闭第一电磁阀、第二电磁阀和第四电磁阀，完成待检测气体中反应杂质各气体浓度的检测。

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，抽真空处理后，所述SF₆分解产物的分析传感器的真空度P通过计算O₂传感器、CO₂传感器和N₂传感器分别的真空度

和

的平均值得到：

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，O₂传感器、CO₂传感器和N₂传感器分别的真空度

和

通过以下操作得到：

O₂传感器、CO₂传感器、N₂传感器检测得到待检测气体中O₂、CO₂和N₂浓度的检测数据

和

根据所得

和

计算对应的真空度

和

的计算公式如下，其中，P₀为大气压力：

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