CN113720973A - Gis设备内部sf6气体监测系统以及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种GIS设备内部SF6气体监测系统以及监测方法，GIS设备内部SF6气体监测系统中设置有富集单元和集气单元，通过富集单元将微量的分解产物成分富集，提高待分解物组分的浓度，提高检测单元的检出限。通过使用集气单元将SF6固化形成真空环境以此形成压力差作为驱动气体流动的动力，避免了气体在现有技术中采用增压机、真空泵等在运行过程中混入油气，回充至GIS气室，从而造成的绝缘气体的污染。将待测气体回充至GIS气室中，避免气体被排放至大气中，污染环境。防止GIS气室内部绝缘气体密度下降。
Description
技术领域
本发明属于高压电气设备技术领域，具体涉及一种GIS设备内部SF6气体监测系统以及监测方法。
背景技术
SF6气体因其具有优异的绝缘和灭弧性能，广泛应用于高压电气设备中，我国110kV及以上电压等级的输电网中主要采用SF6气体绝缘开关设备。SF6气体绝缘开关设备内部发生放电、异常发热等缺陷时，SF6会分解生成低氟化物，这些低氟化物进一步与设备内部少量的O2和水分反应生成相对稳定的气体分解产物，检测设备内部SF6气体分解产物组分对于设备故障定位及部分潜伏性缺陷诊断具有重要意义，在设备运维中广泛应用。对于GIS/HGIS（以下简称GIS），尤其是超特高压GIS，由于其气室大且装有吸附剂，设备潜伏性缺陷产生的分解产物浓度通常低于现场检测仪器的最低检出限；能够检测ppb级痕量SF6气体分解产物组分的检测装置是GIS设备潜伏性缺陷诊断的重要手段。
随着电网快速发展，GIS设备在电网中的装用量与日俱增，据统计，近十年共发生故障84次330千伏及以上GIS故障，其中2019年发生12次，故障率为0.19次/百间隔·年，随着GIS装用量快速增长，其较高的故障率对电网运行可靠性影响愈加凸显。因为GIS中SF6分解物浓度较低，现有技术中的检测手段存在检测数据误差较大的问题；且存在使用真空加压泵将气体进行回充，会在给气体加压的过程中混入油气等杂质，导致气体被污染再回充至气室中的问题，被污染的气体进入到GIS气室中严重影响设备安全。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种GIS设备内部SF6气体监测系统以及监测方法，以解决或者克服现有技术中存在的至少一项技术问题。
在第一方面，本申请提供一种GIS设备内部SF6气体监测系统，包括：依次连通的进气口、第一电磁阀、压力控制器、第一流量控制器、第二电磁阀、富集单元、第三电磁阀、缓冲罐、第四电磁阀、缓冲袋、检测单元、流量计、第二流量控制器、第五电磁阀、集气单元、第七电磁阀、真空泵和排气口；以及与依次连通的所述第一电磁阀、压力控制器、第一流量控制器、第二电磁阀、富集单元、第三电磁阀、缓冲罐、第四电磁阀、缓冲袋、检测单元、流量计、第二流量控制器和第五电磁阀并联连通的第六电磁阀；
其中，所述进气口用于与GIS气室连通，所述排气口用于与回收设备连通；所述富集单元用于将待测气体中的SF6气体液化以对待测气体中的分解物进行富集，所述集气单元用于将所述SF6气体固化以形成压力差作为气体流动的动力源，所述检测单元用于对所述分解物进行成分检测。
进一步地，还包括单向阀，所述单向阀设置于所述富集单元和所述第三电磁阀之间，或者，设置于所述第三电磁阀和所述缓冲罐之间。
进一步地，所述富集单元包括：
冷阱罐；
制冷器，其设置于所述冷阱罐外壁上，用于加热或者冷却所述冷阱罐；
第一温度传感器，其设置在所述冷阱罐上，用于监测所述冷阱罐内的温度；
进气管路，其密封连通在所述冷阱罐内，所述进气管路与所述第二电磁阀连通；
出气管路，其密封连通在所述冷阱罐内，所述出气管路与所述第三电磁阀连通。
进一步地，所述进气管路伸入所述冷阱罐内的长度大于所述出气管路伸入到所述冷阱罐内的长度。
进一步地，所述制冷器采用半导体制冷器，通过改变电流方向能够加热或者者冷却所述冷阱罐。
进一步地，所述冷阱罐包括蒸汽压缩式制冷、蒸汽吸收式制冷或磁制冷。
进一步地，所述集气单元包括：
集气罐；
制冷线圈，设置于所述集气罐内，用于冷却所述集气罐；
第二温度传感器，其设置于所述集气罐上，用于检测所述集气罐内的温度；
压力传感器，其设置于所述集气罐上，用于监测所述集气罐内的压力值。
进一步地，还包括一控制单元；
所述控制单元分别与各电磁阀、压力控制器、第一流量控制器、富集单元、缓冲罐、检测单元、流量计、第二流量控制器、集气单元以及真空泵电性连接，以实现自动控制以及信息的反馈。
在第二方面，提供一种GIS设备内部SF6气体监测方法，包括：
A、抽真空处理
将排气口与回收设备连通，开启第一电磁阀、压力控制器、第一流量控制器、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第二流量控制器、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀和真空泵；
当集气单元内的压力值低于预设值后，关闭所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀和真空泵，并断开所述排气口与所述回收设备的连通；
B、富集处理
将进气口与GIS气室连通，开启第一电磁阀和第二电磁阀，并通过压力控制器和第一流量控制器分别控制输入待测气体的压力和流量；
控制并检测冷阱罐的内部温度冷却至第一预设温度，当通过所述第一流量控制器获取流经其的待测气体总体积达到预设体积值后，关闭所述第一电磁阀和第二电磁阀；
C、检测处理
开启所述第三电磁阀，使富集单元内的待测气体进入到缓冲罐中，静置预设时间以使缓冲罐中的所述待测气体恢复至常温；
将集气罐内的温度降低至第二预设温度；
开启第四电磁阀和第五电磁阀，所述缓冲罐中的待测气体经缓冲袋、检测单元、流量计、第二流量控制器和第五电磁阀进入集气罐内进行固化；其中，调节流通所述第二流量控制器所述待测气体的流量，使所述检测单元对稳定流通的待测气体中的分解物进行成分检测。
进一步地，还包括：
D、回充阶段
控制富集单元加热至常温；
关闭第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀，开启第六电磁阀；
通过检测并控制所述集气罐内的温度，使固化的SF6气化进而回充至GIS气室内；
当所述集气罐内在常温状态下，检测到的压力值不变后，关闭所述第六电磁阀。
进一步地，所述第一预设温度小于等于﹣40℃。
进一步地，所述第二预设温度小于等于﹣70℃
本申请具有的有益效果：
本申请提供的GIS设备内部SF6气体监测系统以及监测方法，包括如下优点：1、通过富集单元将微量的分解产物成分富集，提高分解物组分的浓度，提高检测单元的检出限。2、通过使用集气单元将SF6固化形成真空环境以此形成压力差作为驱动待测气体流动的动力，避免了现有技术采用增压机、真空泵等回气的过程中待测气体混入油气，进而使得油气回充至GIS气室，造成的绝缘气体的污染。3、将用于检测的气体回充至GIS气室中，避免气体被排放至大气中，污染环境。防止GIS气室内部绝缘气体密度下降。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1是根据本发明实施例提供的GIS设备内部SF6气体监测系统结构布局示意图；
图2是根据本发明实施例提供的富集单元简易结构示意图；
图3是根据本发明实施例提供的集气单元简易结构示意图；
图4是根据本发明实施例提供的GIS设备内部SF6气体监测方法的建议流程示意图。
其中，1-进气口，2-第一电磁阀，3-压力控制器，4-第一流量控制器，5-第二电磁阀，6-富集单元，7-单向阀，8-第三电磁阀，9-缓冲罐，10-第四电磁阀，11-缓冲袋，12-检测单元，13-流量计，14-第二流量控制器，15-第五电磁阀，16-第六电磁阀，17-集气单元，18-第七电磁阀，19-真空泵，20-排气口；
61-进气管路，62-第一温度传感器，63-出气管路，64-冷阱罐，65-制冷器；
171-集气罐，172-制冷线圈，173-第二温度传感器，174-压力传感器。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
在第一方面，参考图1至图3，本申请提供一种GIS设备内部SF6气体监测系统，包括：依次连通的进气口1、第一电磁阀2、压力控制器3、第一流量控制器4、第二电磁阀5、富集单元6、单向阀7、第三电磁阀8、缓冲罐9、第四电磁阀10、缓冲袋11、检测单元12、流量计13、第二流量控制器14、第五电磁阀15、集气单元17、第七电磁阀18、真空泵19和排气口20；以及与依次连通的所述第一电磁阀2、压力控制器3、第一流量控制器4、第二电磁阀5、富集单元6、单向阀7、第三电磁阀8、缓冲罐9、第四电磁阀10、缓冲袋11、检测单元12、流量计13、第二流量控制器14和第五电磁阀15并联连通的第六电磁阀16；其中，所述进气口1用于与GIS气室连通，所述排气口20用于与回收设备连通；所述富集单元6用于将待测气体中的SF6气体液化以对待测气体中的分解物进行富集，所述集气单元17用于将SF6气体固化以形成压力差作为气体流动的动力源，检测单元12用于对分解物进行成分检测。
以下将对本申请GIS设备内部SF6气体监测系统的各零部件进行详细的描述和说明。应当理解的是，GIS设备内部的气体为待测气体，待测气体内包括SF6气体和分解物。
在本实施例中，富集单元6包括：冷阱罐64；制冷器65，其设置于所述冷阱罐64外壁上，用于加热或者冷却所述冷阱罐64；第一温度传感器62，其设置在所述冷阱罐64上，用于监测所述冷阱罐64内的温度；进气管路61，其密封连通在所述冷阱罐64内，所述进气管路61与所述第二电磁阀5连通；出气管路63，其密封连通在所述冷阱罐64内，所述出气管路63与所述单向阀7连通。设置的制冷器65通过改变电流的方向，其具有两种功能，其一是能在高温时致冷，其二能在低温环境中制热。半导体致冷器是电流换能型器件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再通过第一温度传感器62上进行温度测量，以及对电流的控制，能够实现程序控制。
所述进气管路61伸入所述冷阱罐64内的长度大于所述出气管路63伸入到所述冷阱罐64内的长度。优点是，保证经进气管路61进入到冷阱罐64中的待测气体能够深入到冷阱罐64的内部，加长待测气体在冷阱罐64内的时间，进而保证对气体进行充分的冷却。
本实施例中的制冷器65采用半导体制冷器65，通过改变电流方向能够加热或者者冷却所述冷阱罐64。
在一可选实施例中，冷阱罐64的还可以采用是蒸汽压缩式制冷，蒸汽吸收式制冷、磁制冷等制冷方式。
所述集气单元17包括：集气罐171；制冷线圈172，设置于所述集气罐171内，用于冷却所述集气罐171；第二温度传感器173，其设置于所述集气罐171上，用于检测所述集气罐171内的温度；压力传感器174，其设置于所述集气罐171上，用于监测所述集气罐171内的压力值。
本实施例中，还包括一控制单元；所述控制单元分别与各电磁阀、压力控制器3、第一流量控制器4、富集单元6、缓冲罐9、检测单元12、流量计13、第二流量控制器14、集气单元17以及真空泵19电性连接，控制单元能够实现自动控制以及信息的反馈，信息的反馈包括各电磁阀的开闭状态、压力控制数值、流量控制数值、温度数值、检测到的分解物成分以及真空泵19开闭状态等。
对于GIS设备内部SF6气体监测系统的具体使用，通过在第二方面提供的GIS设备内部SF6气体监测方法对其进行详细的说明。参考图1至图4，GIS设备内部SF6气体监测方法包括抽真空处理、富集处理、检测处理和回充阶段各步骤。以下将对各步骤进行具体的描述。
A、抽真空处理：将排气口20与回收设备连通，开启第一电磁阀2、压力控制器3、第一流量控制器4、第二电磁阀5、第三电磁阀8、第四电磁阀10、第二流量控制器14、第五电磁阀15、第六电磁阀16、第七电磁阀18和真空泵19。
当集气单元17内部的压力传感器174检测到的压力值低于预设值（预设值根据工况进行设定）后，关闭所述第一电磁阀2、第二电磁阀5、第三电磁阀8、第四电磁阀10、第五电磁阀15、第六电磁阀16、第七电磁阀18和真空泵19，并断开所述排气口20与所述回收设备的连通，防止GIS设备内部SF6气体监测系统内部的原有残留气体造成污染。抽真空处理的作用是，一方面将该GIS设备内部SF6气体监测系统内部的气体排空，避免造成气体监测的干扰；另一方面是能够形成与大气压的压力差，利于气体的流通。
B、富集处理：将进气口1与GIS气室连通，开启第一电磁阀2和第二电磁阀5，并通过压力控制器3和第一流量控制器4分别控制输入气体的压力和流量；应当理解的是，GIS气室内部具有一定的压力，通过压力控制装置3对气压的调控，使得气体进入富集单元6中。具体的，气体从进气管路61进入到冷阱罐64中，第一温度传感器62检测冷阱罐64内部的温度，并控制半导体制冷器65的制冷电流，使得冷阱罐64的内部温度冷却至第一预设温度，其中第一预设温度应当小于等于﹣40℃，SF6气体在﹣40℃环境下的饱和蒸汽压为0.347MPa，设置的压力控制器3能够调控流经其的SF6气体压力，以使得冷阱罐64中的压力保持在设定气压0.347MPa的稳定状态。大部分SF6气体在设定气压和制冷情况下液化，气相SF6减少，直到达到气液平衡状态，气体压力为0.347MPa。这样，SF6气体中微量的分解产物成分被富集，提高了待检分解物组分的浓度。
当通过所述第一流量控制器4获取流经其的待测气体总体积达到预设体积值后，关闭所述第一电磁阀2和第二电磁阀5。
C、检测处理：开启所述第三电磁阀8，此时冷阱罐64内气体压力为0.347MPa，冷阱罐64内的顶部气体从富集单元6出气管路63流出，从而富集单元6内的待测气体进入到缓冲罐9中，静置预设时间以使缓冲罐9中的所述待测气体恢复至常温，防止低温对压力造成的不稳定影响。设置的单向阀7能够避免进入到缓冲罐9中的气体回流至富集单元6中。
将集气罐171内的温度降低至第二预设温度，第二温度传感器173检测集气罐171内的温度，并控制制冷线圈172温度降至第二预设温度，使得第二预设温度小于等于﹣70℃，优选内部温度为﹣70℃，此时，集气罐171在经过抽真空处理后一直处于真空状态。
开启第四电磁阀10和第五电磁阀15，所述缓冲罐9中的待测气体经缓冲袋11、检测单元12、流量计13、第二流量控制器14和第五电磁阀15进入集气罐171内进行固化。具体的，缓冲罐9内待测气体流入柔性缓冲袋11，柔性缓冲袋11随着气体进出而变形，使得缓冲袋11内气体压力等同外界大气压力，即缓冲袋11内与集气罐171内形成一个大气的压力差，在压力差的作用下，缓冲袋11内待测气体向后端流动，流经检测单元12、流量计13、第二流量控制器14、第五电磁阀15进入集气罐171内，SF6气体在集气罐171内-70℃的温度环境下固化。SF6气体固化后使得集气罐171内压力一直维持在接近真空的状态，即集气罐171与缓冲袋11之间一直维持着接近一个大气压的压力差值。
在此检测处理过程中，流量计13检测管路中流动待测气体的流量数值，并控制第二流量控制器14调节通过的待测气体的流量，形成稳定流量的流动待测气体，使得检测单元12能对稳定流量的待测气体中的分解物进行成分检测。
D、回充阶段：冷阱罐64内的待测气体持续流向集气罐171，当检测完毕后，通过控制富集单元6内的半导体制冷器65反向加热至室温，使得冷阱罐64内液态SF6不断气化，直至液态SF6全部气化；然后关闭第三电磁阀8、第四电磁阀10和第五电磁阀15，开启第六电磁阀16；通过检测并控制所述集气罐171内的温度，使固化的SF6气化回充至GIS气室内；具体的，第二温度传感器173、压力传感器174检测集气罐171内温度、压力数值，并控制制冷线圈172反向加热，此时固化的SF6不断气化，集气罐171内气体压力不断上升使得集气罐171内气体压力高于GIS气室压力，在压力差的作用下集气罐171内气体不断被回充至GIS气室中。当第二温度传感器173检测到集气罐171内气体压力数值稳定在常温，且压力传感器174检测到集气罐171内气体压力稳定下来不再发生变化后，最后关闭第六电磁阀16，从而完成了对GIS设备内部SF6气体监测。
本申请提供的GIS设备内部SF6气体监测系统以及监测方法，包括如下优点：1、通过富集单元6将微量的分解产物成分富集，提高待分解物组分的浓度，提高检测单元12的检出限。2、通过使用制冷线圈172将SF6固化形成真空环境以此形成压力差作为驱动待测气体流动的动力，避免了待测气体在现有技术中采用增压机、真空泵19等在运行过程中混入油气，油气回充至GIS气室，从而造成的绝缘气体的污染。3、将待测气体回充至GIS气室中，避免气体被排放至大气中，污染环境。防止GIS气室内部绝缘气体密度下降。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (12)
1.一种GIS设备内部SF6气体监测系统，其特征在于，包括：依次连通的进气口、第一电磁阀、压力控制器、第一流量控制器、第二电磁阀、富集单元、第三电磁阀、缓冲罐、第四电磁阀、缓冲袋、检测单元、流量计、第二流量控制器、第五电磁阀、集气单元、第七电磁阀、真空泵和排气口；以及，与依次连通的所述第一电磁阀、压力控制器、第一流量控制器、第二电磁阀、富集单元、第三电磁阀、缓冲罐、第四电磁阀、缓冲袋、检测单元、流量计、第二流量控制器和第五电磁阀并联连通的第六电磁阀；
其中，所述进气口用于与GIS气室连通，所述排气口用于与回收设备连通；所述富集单元用于将待测气体中的SF6气体液化以对待测气体中的分解物进行富集，所述集气单元用于将所述SF6气体固化以形成压力差作为气体流动的动力源，所述检测单元用于对所述分解物进行成分检测。
2.根据权利要求1所述的GIS设备内部SF6气体监测系统，其特征在于，所述富集单元包括：
冷阱罐；
制冷器，设置于所述冷阱罐外壁上，用于加热或者冷却所述冷阱罐；
第一温度传感器，设置在所述冷阱罐上，用于监测所述冷阱罐内的温度；
进气管路，密封连通在所述冷阱罐内，所述进气管路与所述第二电磁阀连通；
出气管路，密封连通在所述冷阱罐内，所述出气管路与所述第三电磁阀连通。
3.根据权利要求2所述的GIS设备内部SF6气体监测系统，其特征在于，所述进气管路伸入所述冷阱罐内的长度大于所述出气管路伸入到所述冷阱罐内的长度。
4.根据权利要求2所述的GIS设备内部SF6气体监测系统，其特征在于，所述制冷器采用半导体制冷器，通过改变电流方向能够加热或者者冷却所述冷阱罐。
5.根据权利要求2所述的GIS设备内部SF6气体监测系统，其特征在于，所述冷阱罐包括蒸汽压缩式制冷、蒸汽吸收式制冷或磁制冷。
6.根据权利要求1所述的GIS设备内部SF6气体监测系统，其特征在于，所述集气单元包括：
集气罐；
制冷线圈，设置于所述集气罐内，用于冷却所述集气罐；
第二温度传感器，设置于所述集气罐上，用于检测所述集气罐内的温度；
压力传感器，设置于所述集气罐上，用于监测所述集气罐内的压力值。
7.根据权利要求1所述的GIS设备内部SF6气体监测系统，其特征在于，还包括一控制单元；
所述控制单元分别与各电磁阀、压力控制器、第一流量控制器、富集单元、缓冲罐、检测单元、流量计、第二流量控制器、集气单元以及真空泵电性连接，以实现自动控制以及信息的反馈。
8.根据权利要求1所述的GIS设备内部SF6气体监测系统，其特征在于，还包括单向阀，所述单向阀设置于所述富集单元和所述第三电磁阀之间，或者，设置于所述第三电磁阀和所述缓冲罐之间。
9.一种GIS设备内部SF6气体监测方法，其特征在于，包括：
A、抽真空处理
将排气口与回收设备连通，开启第一电磁阀、压力控制器、第一流量控制器、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第二流量控制器、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀和真空泵；
当集气单元内的压力值低于预设值后，关闭所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀和真空泵；
B、富集处理
将进气口与GIS气室连通，开启第一电磁阀和第二电磁阀，并通过压力控制器和第一流量控制器分别控制输入待测气体的压力和流量；
控制并检测冷阱罐的内部温度冷却至第一预设温度，当通过所述第一流量控制器获取流经其的待测气体总体积达到预设体积值后，关闭所述第一电磁阀和第二电磁阀；
C、检测处理
开启所述第三电磁阀，使富集单元内的待测气体进入到缓冲罐中，静置预设时间以使缓冲罐中的所述待测气体恢复至常温；
将集气罐内的温度降低至第二预设温度；
开启第四电磁阀和第五电磁阀，所述缓冲罐中的待测气体经缓冲袋、检测单元、流量计、第二流量控制器和第五电磁阀进入集气罐内进行固化；其中，调节流通所述第二流量控制器的所述待测气体的流量，使所述检测单元对待测气体中的分解物进行成分检测。
10.根据权利要求9所述的GIS设备内部SF6气体监测方法，其特征在于，还包括：
D、回充阶段
控制富集单元加热至常温；
关闭第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀，开启第六电磁阀；
通过检测并控制所述集气罐内的温度，使固化的SF6气化进而回充至GIS气室内；
当所述集气罐内在常温状态下，检测到的压力值不变后，关闭所述第六电磁阀。
11.根据权利要求9所述的GIS设备内部SF6气体监测方法，其特征在于，所述第一预设温度小于等于﹣40℃。
12.根据权利要求9所述的GIS设备内部SF6气体监测方法，其特征在于，所述第二预设温度小于等于﹣70℃。
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