CN113406243B - 一种气体分解产物组分检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体分解产物组分检测系统及方法，涉及高电压领域。本系统包括试验罐体、铜管、减压阀、气相色谱仪、四通、二通阀1、二通阀2、数字气压表、真空泵。试验罐体包括罐体、电极、三个观察窗、进出气管道、导电杆；导电杆一端与罐体上盖连接，另一端连接电极，在电极水平处的罐体侧壁设计有进出气管道和观察窗，进出气管道和三个观察窗均匀分布于侧壁一周；铜管一端嵌套在进出气管道内，另一端连接减压阀，减压阀的另一端安装气相色谱仪的进样口，在进出气管道设置四通，其中在管道的垂直方向一侧安装数字气压表，另一侧连接二通阀1一端，二通阀1另一端分别连接实验气体以及二通阀2一端，二通阀2另一端连接真空阀。

Description

一种气体分解产物组分检测系统及方法

技术领域

本发明涉及高电压技术领域，尤其涉及一种气体分解产物组分检测系统及方法。

背景技术

目前气体分解组分检测的方法主要有检测管法、红外吸收光谱法、磁核共振波谱法、气体传感器法、气相色谱法以及质谱法等。检测管法目前只能检测一些常见气体，对于大部分分解组分还没有对应的检测管。该方法只能作为一种辅助检测方法，不能全面反映放电分解组分的情况；红外吸收光谱法：对于分解组分非常复杂的绝缘气体，各种物质的吸收峰相互干扰，使得物质定性较为困难，另外吸收峰的强度与物质的含量不是严格的线性关系，不易准确定量；核磁共振设备昂贵，操作技术复杂，限制了其推广，且不是所有物质都有核磁共振波谱，要产生核磁共振波谱，原子核必须具有核磁性质，即必须是磁性核(或称自旋核)，有些原子核不具有核磁性质，就不能产生核磁共振波谱；目前已研发出来的气体传感器只能检测比较常见的气体，如H₂S、SO₂和HF等，而对SF₆中几种重要的分解组分还不能检测，如SOF₄、SO₂F₂、SF₄和SOF₂等，另外，一些气体在检测时相互之间可能会产生干扰。综合考虑各种检测方法，气相色谱法效果最佳。在试验过程中想要气相色谱仪发挥最佳的效果，需要组建一种合适的分解组分检测系统，使试验罐体和气相色谱仪完美配合以达到检测精准的效果。通过检测绝缘气体在不同放电和过热故障后试验罐体内部的气体组分、含量变化规律等，来分析与诊断设备内部绝缘缺陷类型、放电类型以及故障发展趋势、危险程度等，对于保障电网安全稳定运行，具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种气体分解产物组分检测系统及方法。对不同放电类型和局部过热故障后气体分解产物组分的检测，利用GIS内部分解组分进行故障诊断。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

一方面，一种气体分解产物组分检测系统，包括试验罐体、铜管、减压阀、气相色谱仪、四通、二通阀1、二通阀2、数字气压表、真空泵。

所述试验罐体包括罐体、电极、三个观察窗、进出气管道、导电杆；所述导电杆一端与罐体的上盖连接，另一端连接电极，电极位于罐体内部中心位置，在电极水平处的罐体侧壁设计有进出气管道和观察窗，进出气管道和三个观察窗均匀分布于侧壁一周且两两相对；

所述铜管一端嵌套在进出气管道内连接到罐体内部，铜管另一端连接所述减压阀，减压阀的另一端安装所述气相色谱仪的进样口。在进出气管道设置四通，分别为管道方向以及管道的垂直方向，其中在管道的垂直方向一侧安装数字气压表，另一侧连接二通阀1一端，二通阀1另一端分别连接实验气体，以及二通阀2一端，二通阀2另一端连接真空阀；

另一方面，一种气体分解产物组分检测方法，通过前述一种气体分解产物组分检测系统实现，包括以下步骤：

步骤1：试验准备，试验前先将试验罐体抽真空处理，关闭减压阀并确认盛装试验气体钢瓶的阀门为关闭状态，依次打开真空泵、二通阀2、二通阀1，开始抽真空，抽真空处理设定时间，数字压力表示数为-0.001MPa为止，然后依次关闭二通阀1、二通阀2、真空泵。

步骤2：罐体洗气，打开二通阀1，并打开盛装试验气体钢瓶的阀门向试验罐体充入试验气体，直至数字压力表示数为0.01MPa，然后将试验气体用真空泵抽出，重复3次。

步骤3：向试验罐体充入试验气体，根据道尔顿分压定律计算出所需试验气体比例，然后打开二通阀1，并打开盛装试验气体钢瓶的阀门向试验罐体充入试验气体，查看数字气压表直至数字气压表示数为试验所需的气体压强，然后关闭二通阀1和钢瓶阀门。

步骤4：开始试验，开始试验时将电极施加高压，使电极放电来模拟GIS内部不同放电故障，包括火花放电和局部放电，在放电作用下罐体内部的绝缘气体分解；

步骤5：试验完毕后，打开减压阀，调节进样压力将试验后的样品气送入气相色谱仪检测，进行GIS绝缘气体在不同放电故障后分解产物种类、含量分析。

本发明所产生的有益效果在于：

本发明提出一种气体分解产物组分检测系统及方法，具备以下有益效果：

1.试验结束后所采集的气体能够保证为放电分解后的气体，用铜管作为采气管道能够保证气体不被吸附，进而排除了因为吸附而造成的分解组分检测上的含量误差。

2.检测多样性，本发明可以检测不同的GIS内部故障下的绝缘气体分解产物。

3.气体收集方面有所改进，改变了以往用集气袋收集气体的方法，试验结束后，打开减压阀，利用罐体内部与外部的压力差，直接将试验后的气体抽取到气相色谱仪进行检测。避免了用集气袋进样过程中空气的混入而影响检测结果。

附图说明

图1为一种气体分解产物组分检测系统结构图；

其中，(1)-观察窗，(2)-铜管，(3)-进出气管道，(4)-减压阀，(5)-数字气压表，(6)-四通，(7)-二通阀1，(8)-二通阀2，(9)-气相色谱仪，(10)-真空泵，(11)-试验气体；

图2为铜管结构图；

图3为实验罐体外部结构图；

图4为检测系统部分结构图；

图5为未安装铜管的试验后气体分解产物检测结果图；

图6为安装铜管后的试验后气体分解产物检测结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一方面，一种气体分解产物组分检测系统，如图1所示，包括试验罐体、铜管(2)、减压阀(4)、气相色谱仪(9)、四通(6)、二通阀1(7)、二通阀2(8)、数字气压表(5)、真空泵(10)。

所述试验罐体外部如图3所示,包括罐体、电极、三个观察窗(1)、进出气管道(3)、导电杆；所述导电杆一端与罐体的上盖连接，另一端连接电极，电极位于罐体内部中心位置，在电极水平处的罐体侧壁设计有进出气管道(3)和观察窗(1)，进出气管道(3)和三个观察窗(1)均匀分布于侧壁一周且两两相对；

进出气管道直径为50mm，目的在于试验前向罐体充气顺畅；为了试验罐体内部电场分布均匀，经过仿真计算得知，试验电极安装在罐体中心位置最佳，因此，电极放电区距离气相色谱仪有一段距离，为了能采集到电极放电区附近的气体，所设计了一根与减压阀内部采气口配套的铜管，该铜管如图2所示,外径为5mm，该铜管主要起到引气的作用，将电极放电附近区域的气体引入气相色谱仪以供检测，保证试验结果的准确性。所述铜管一端嵌套在进出气管道内连接到罐体内部但不影响电极施加高压后的电场，铜管另一端连接所述减压阀，减压阀的另一端安装所述气相色谱仪的进样口。在进出气管道设置四通，分别为管道方向以及管道的垂直方向，如图4所示,其中在管道的垂直方向一侧安装数字气压表，另一侧连接二通阀1一端，二通阀1另一端分别连接实验气体，以及二通阀2一端，二通阀2另一端连接真空阀；

本实施例中模拟GIS的试验罐体最高耐受气压为1MPa。罐体选用不锈钢材料制成，管壁内直径212mm，外直径220mm，在电极水平位置的管壁外侧开设有大小一样的两个观察窗口及一个用于采气的法兰口，观察窗法兰内直径为90mm，外直径为174mm；上、下盖板直径为275mm，厚度12mm，导电杆与盖板连接处采用波纹管密封加工，导电杆运动行程为0-40mm。

另一方面，一种气体分解产物组分检测方法，通过前述一种气体分解产物组分检测系统实现，包括以下步骤：

步骤1：试验准备，试验前先将试验罐体抽真空处理，关闭减压阀并确认盛装试验气体钢瓶的阀门为关闭状态，依次打开真空泵、二通阀2、二通阀1，开始抽真空，抽真空处理两小时，数字压力表示数为-0.001MPa为止，然后依次关闭二通阀1、二通阀2、真空泵。

步骤2：罐体洗气，打开二通阀1，并打开盛装试验气体钢瓶的阀门向试验罐体充入试验气体，直至数字压力表示数为0.01MPa，然后将试验气体用真空泵抽出，重复3次。

步骤3：向试验罐体充入试验气体，根据道尔顿分压定律计算出所需试验气体比例，然后打开二通阀1，并打开盛装试验气体钢瓶的阀门向试验罐体充入试验气体，查看数字气压表直至数字气压表示数为试验所需的气体压强，然后关闭二通阀1和钢瓶阀门。

步骤4：开始试验，开始试验时将电极施加高压，使电极放电来模拟GIS内部不同放电故障(包括火花放电和局部放电)，在放电作用下罐体内部的绝缘气体分解；

步骤5：试验完毕后，打开减压阀，调节进样压力将试验后的样品气送入气相色谱仪检测，进行GIS绝缘气体在不同放电故障后分解产物种类、含量分析；

为了防止采气管对分解组分的吸附而影响检测结果，通过采气口伸入罐体内部的采气管选用毛细铜管，铜管可弯曲，外径为5mm，在另一端能够与减压阀紧密相连，气密性能够得到保障。

进样压力的不同，对组分的含量检测也有差别，为了能够调节进样压力，在采气管和进样口之间连接减压阀，减压阀采用旋钮调节输入压力，从而使得检测效果更佳。

LX-3100A便携式SF₆氦离子综合检测仪采用2个检测器(PDD1和PDD2)分别检测无机物和有机物，采用5个切换阀的开通与关断将样品气送入6个色谱柱进行分离，其中色谱柱1、2、3分离无机物，色谱柱4和5分离H₂S、COS、C₃F₈、SOF₂、SO₂F₂，色谱柱6分离SO₂、CS₂，最终达到无机物送入检测器PDD1，有机物送入检测器PDD2的效果，该检测器可对H₂、O₂、N₂、CH₄、CF₄、CO、CO₂、C₂F₆、C₃F₈、SO₂F₂、SOF₂、SO₂、H₂S、COS、CS₂、NF₃、NO₂、H₂O、等18种分解产物分析、检测，为GIS等充气电力设备故障判定给出更为全面和精准的试验数据。

如图5、图6所示为气相色谱仪对试验后气体分解产物检测结果，其中图5为未加铜管情况下的检测结果，从图中显示未能检测到任何分解产物，主要原因是，气相色谱仪是一种灵敏仪器，有的分解产物含量本来就很低，短时间的扩散虽然能扩散到进出气管道内，但是也不在气相色谱仪的检测范围内，并且管道内的气体分解产物含量也并非真实的试验后分解产物含量。图6为增加铜管后的试验后气体分解产物检测结果，检测效果好，不仅排除了痕量组分难以检测的难题，也保证了检测结果的真实性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种气体分解产物组分检测系统，其特征在于，包括试验罐体、铜管、减压阀、气相色谱仪、四通、二通阀1、二通阀2、数字气压表、真空泵；

所述试验罐体包括罐体、电极、三个观察窗、进出气管道、导电杆；所述导电杆一端与罐体的上盖连接，连接处采用波纹管密封加工，另一端连接电极，电极位于罐体内部中心位置，在电极水平处的罐体侧壁设计有进出气管道和观察窗，进出气管道和三个观察窗均匀分布于侧壁一周且两两相对；

所述铜管一端嵌套在进出气管道内连接到罐体内部，铜管另一端连接所述减压阀，减压阀的另一端安装所述气相色谱仪的进样口；在进出气管道设置四通，分别为管道方向以及管道的垂直方向，其中在管道的垂直方向一侧安装数字气压表，另一侧连接二通阀1一端，二通阀1另一端分别连接实验气体，以及二通阀2一端，二通阀2另一端连接真空阀。

2.一种气体分解产物组分检测方法，通过权利要求1所述的一种气体分解产物组分检测系统实现，包括以下步骤：

步骤1：试验准备，试验前先将试验罐体抽真空处理，关闭减压阀并确认盛装试验气体钢瓶的阀门为关闭状态，依次打开真空泵、二通阀2、二通阀1，开始抽真空，抽真空处理设定时间，数字压力表示数为-0.001MPa为止，然后依次关闭二通阀1、二通阀2、真空泵；

步骤2：罐体洗气，打开二通阀1，并打开盛装试验气体钢瓶的阀门向试验罐体充入试验气体，直至数字压力表示数为0.01MPa，然后将试验气体用真空泵抽出，重复3次；

步骤3：向试验罐体充入试验气体，根据道尔顿分压定律计算出所需试验气体比例，然后打开二通阀1，并打开盛装试验气体钢瓶的阀门向试验罐体充入试验气体，查看数字气压表直至数字气压表示数为试验所需的气体压强，然后关闭二通阀1和钢瓶阀门；

步骤4：开始试验，开始试验时将电极施加高压，使电极放电来模拟GIS内部不同放电故障，在放电作用下罐体内部的绝缘气体分解；

步骤5：试验完毕后，打开减压阀，调节进样压力将试验后的样品气送入气相色谱仪检测，进行GIS绝缘气体在不同放电故障后分解产物种类、含量分析。

3.根据权利要求2所述的一种气体分解产物组分检测方法，其特征在于，步骤4中所述不同放电故障包括火花放电和局部放电。