CN116223567B - 一种多尖端电极放电sf6气体检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种多尖端电极放电SF6气体检测装置及方法，包括高压脉冲发生器、采样装置、检测装置、信号处理装置，其中采样装置包括采样探头、净化装置和抽气泵，检测装置中装有多尖端放电电极，信号处理设备包括信号放大器和信号处理系统。电极采用同轴圆柱结构，内圆柱是中空结构，表面有均匀分布的小孔，外圆柱表面也有均匀分布小孔，同时也分布多尖端电极结构，尖端电极与圆柱形电极相对，气体从内圆柱流出，经过外圆柱尖端部分放电，然后从外圆柱流入，该结构扩大了放电区域，且增加了SF6气体与放电区域的接触面积，使传感器的线性范围大大提高，同时减小了尖端电极老化对检测器性能的影响，延长了检测器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测领域，具体涉及一种多尖端电极放电SF6气体检测装置及方法。
背景技术
SF6气体具有与其他惰性气体相比拟的稳定的化学性质，是一种高电气绝缘强度的气体绝缘介质，广泛用于电力系统和电气设备中。对使用SF6气体绝缘介质的电气设备进行检漏是十分必要的，一方面，SF6气体的泄露会降低电气设备的绝缘性能，带来安全隐患；另一方面，虽然纯SF6气体无毒性，但其分解产物带有毒性，会对电气设备和人身安全带来严重危害。
目前，SF6气体浓度检测的方法主要有高压负电晕放电检测、SF6压力传感检测、超声波检测、紫外电离法检测、激光成像技术检测等。但以上检测技术手段均存在使用寿命短、误报警率高、环境适应性差等明显不足，其中部分设备由于需要采用先进的光源和特制的电路，设备成本较高，难以在智能变电站中广泛使用。现有的基于电离子捕捉对SF6气体的检测仪中，SF6气体与放电区域的接触面积有限，使得传感器的性能大大降低，同时尖端电极会影响检测器的性能，减小检测器的使用寿命。
现有技术1(CN 106872564 A)“一种SF6气体传感器”包括：直流电源和电极，电极由对应设置的平板电极和硅尖阵列电极组成，其间设有绝缘膜。该气体传感器，采用负电晕放电原理和针板放电结构，采用硅尖阵列电极替代传统的单放电针电极，降低单个电极的电晕放电电流，增大了放电区域，现有技术文件1的不足之处在于1、气体的流速方向和硅针尖垂直，容易造成硅针尖的损坏；2、使用平行板电容器侧面漏气明显，气体很难沿平行板方向流动，抽气效率低下；3、平行板电容器形成均匀电场，需要长度和宽度远大于厚度，平行板的结构设计，导致抽气速率较低；4、相比普通的金属针尖，硅针尖价格比较昂贵，操作更换费时费力。本发明1、本发明使用双侧圆柱结构设计，气体从内层圆柱流入，通过圆孔进入双层圆柱之间电场区域，SF6其在外圆柱内表面尖端附近负电晕放电，气体从外圆柱内表面流入外圆柱，然后被机械泵抽走，第一的流向沿着固定的方向，抽气效率很高；2、本发明中气体的流速迎着尖端电极，不容易损坏尖端电极，有效延长尖端电极的使用寿命，明显提高检测效率；3、本发明尖端电极使用普通金属即可，相比于硅尖端电极，价格低廉，易于获取；4、本发明不需要使用绝缘膜，结构设计简单；5、本发明使用双层圆柱结构，双层圆柱空间的电场比较均匀，可以有效提高检测效率；6、本发明使用双侧圆柱结构，可以根据气体的流速变换不同尺寸。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种多尖端电极放电SF6气体检测装置及方法，通过增加尖端电极的数目，减小了单个尖端电极的老化速度，延长了检测器的使用寿命，同时也有效提高了检测效率。
本发明采用如下的技术方案。
一种多尖端电极放电SF6气体检测装置，包括：高压脉冲发生器，采样装置，检测装置，信号处理装置；采样装置包括：净化装置和抽气泵；
高压脉冲发生器与检测装置连接，检测装置一端与净化装置连接，检测装置另一端与抽气泵连接，信号处理装置与检测装置连接；
高压脉冲发生器用于通过脉冲高压产生放电效应；
采样装置用于抽取和净化SF6气体；
检测装置用于根据SF6气体浓度产生电晕放电电流；
信号处理装置用于处理电晕放电电流并显示以检测SF6气体浓度。
优选地，检测装置内置放电电极；
放电电极呈同轴设置的内外圆柱体结构，内圆柱和外圆柱均为中空结构，在放电电极靠近净化装置的一端，内圆柱和外圆柱之间的端面密封，内圆柱端面呈开口状，内圆柱深入到外圆柱内部并且另一端密封，外圆柱的另一端密封后通过管道连接至抽气泵，内圆柱上开设多个内圆柱小孔。
在外圆柱体的内表面均匀设置多个同形状的尖端电极，中空的内圆柱为同轴圆柱电极；
分布在外圆柱内表面的尖端电极，与内圆柱小孔相对；
内圆柱小孔均匀分布在内圆柱的表面，外圆柱的表面也均匀设置多个外圆柱小孔；
尖端电极与同轴圆柱电极相对，SF6气体从内圆柱流进，经过外圆柱尖端电极放电，然后从外圆柱流出，从而扩大SF6气体放电区域。
优选地，采样装置还包括：采样探头，采样探头设置在净化装置的前端；采样探头用于采集SF6气体；
净化装置用于除去SF6气体中的水分和灰尘；
抽气泵用于抽取SF6气体。
优选地，采样探头为可伸缩金属管。
优选地，信号处理装置包括信号放大器和信号处理系统；
信号放大器用于放大电晕放电电流；
信号处理系统用于把放大的电晕放电电流信号转化为相应的数字信号，显示出来。
优选地，放电电极的材料为金属或其他导电材料。
优选地，净化装置与检测装置之间通过螺纹可拆卸连接。
优选地，采样装置的前段内置照明灯。
优选地，检测装置中还设有可充电锂电池。
一种多尖端电极放电SF6气体检测方法，包括以下步骤：
步骤1，高压脉冲发生器通过脉冲高压产生尖端放电效应；
步骤2，抽气泵抽气使SF6气体进入净化装置，除去其中的水分及灰尘；
步骤3，SF6气体经过净化后进行检测，当带有正电性的SF6气体进入检测装置时，会对所述检测装置中的电晕电场起到抑制作用，其气体的正电性越强，物质浓度越高，则电晕放电效应受到的抑制越强，电晕放电电流就会减少；
步骤4，随SF6气体浓度而变化的电晕放电电流经信号处理装置处理后，将SF6气体的浓度显示在相应的仪表上。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明电极采用同轴圆柱结构，内圆柱是中空结构，表面有均匀分布的小孔，外圆柱表面也有均匀分布小孔，同时也分布多尖端结构，尖端电极与圆柱形电极相对，气体从内圆柱流进，经过外圆柱尖端部分放电，然后从外圆柱流出，该结构扩大了放电区域，且增加了SF6气体与放电区域的接触面积，使传感器的线性范围大大提高，同时减小了尖端电极老化对检测器性能的影响，延长了检测器的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种多尖端电极放电SF6气体检测装置结构框图；
图2是信号处理装置的放大图；
图3是多尖端电极放电结构示意图；
附图标记为：1-高压脉冲发生器，2-采样装置，3-检测装置，4-信号处理装置，5-采样探头，6-净化装置，7-抽气泵，8-放电电极，9-信号放大器，10-信号处理系统，11-同轴圆柱电极，12-尖端电极，13-内圆柱小孔，14-外圆柱小孔。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
实施例1。
一种多尖端电极放电SF6气体检测装置。
如图1，图2和图3所示，一种多尖端电极放电SF6气体检测装置包括：高压脉冲发生器1，采样装置2，检测装置3，信号处理装置4；
采样装置2包括：采样探头5，净化装置6和抽气泵7，
采样探头5设置在所述净化装置6的前端；
检测装置3前端与净化装置6连接，检测装置3后端与抽气泵7连接，且检测装置3中设有放电电极8；
信号处理装置4包括信号放大器9和信号处理系统10。
优选的，净化装置6与所述检测装置3之间通过螺纹可拆卸连接，
净化装置6除去SF6气体中的水分及杂质，可拆卸结构方便操作人员后期对净化装置6的清洗。
优选的，采样探头5为可伸缩金属管，在不使用时可将金属管收起，节省空间、携带更加方便。
优选的，采样装置2的前段内置照明灯，检测装置3中还设有可充电锂电池。
现有的检测仪器现场操作方便性不够，作业空间受分体式设计影响较大，电池设计冗余大，本方案采用一体化设计，采样装置2的前段内置照明灯，适应室内GIS光线黑暗环境中使用，检测装置3内置可充电锂电池，使得检测装置体积紧凑缩小，携带更加方便。
检测装置3内置放电电极8；
放电电极8呈同轴设置的内外圆柱体结构，内圆柱和外圆柱均为中空结构，在放电电极8靠近净化装置6的一端，内圆柱和外圆柱之间的端面密封，内圆柱端面呈开口状，内圆柱深入到外圆柱内部并且另一端密封，外圆柱的另一端密封后通过管道连接至抽气泵7，内圆柱上开设多个内圆柱小孔13。
在外圆柱体的内表面均匀设置多个同形状的尖端电极12，中空的内圆柱为同轴圆柱电极11；
分布在外圆柱内表面的尖端电极12，与内圆柱小孔13相对；
内圆柱小孔13均匀分布在内圆柱的表面，外圆柱的表面也均匀设置多个外圆柱小孔14；
尖端电极12与同轴圆柱电极11相对，SF6气体从内圆柱流进，经过外圆柱尖端电极12放电，然后从外圆柱流出，从而扩大SF6气体放电区域。
且增加了SF6气体与放电区域的接触面积，使传感器的线性范围大大提高，同时减小了尖端电极老化对检测器性能的影响，延长了检测器的使用寿命。
本实施例优选地，放电电极8的材料为金属或其他导电材料。
优选地，采用手持式工业手机，开发相应的APP软件模块，使检测装置具备远程监控功能。APP软件模块具备图像记录功能并自动生成图像报告文件，减小检测人员编写报告的时间，方便检修单位对漏点进行跟踪处理。
检测装置在高压脉冲发生器1产生高压作用下产生放电效应，抽气泵7使SF6气体经过净化装置6后，进入检测装置3中，当带有正电的SF6气体进入检测装置3时，这些SF6气体对检测装置3中的电晕电场起到抑制作用。其气体的正电性越强，物质浓度越高，则电晕放电效应收到抑制越强，电晕放电电流就会减少，这些随SF6气体浓度而变化的电晕电流通过信号放大器9以及信号处理系统10显示在仪表上。
实施例2。
一种多尖端电极放电SF6气体检测方法，包括：
步骤1，高压脉冲发生器1通过脉冲高压产生放电效应；
步骤2，抽气泵7抽气使SF6气体进入净化装置6，除去其中的水分及灰尘；
步骤3，SF6气体经过净化后进行检测，当带有正电性的SF6气体进入所述检测装置3时，会对所述检测装置3中的电晕电场起到抑制作用，其气体正电性越强，物质浓度越高，则电晕放电效应收到抑制越强，电晕放电电流就会减少；
步骤4，随SF6气体浓度而变化的电晕放电电流经信号处理装置处理后，将SF6气体的浓度显示在相应的仪表上。
一种多尖端电极放电SF6气体检测装置的设计原理：使用高压尖端放电使空气先产生电离，产生自由电子，当样品气体进入电离池之后吸附该自由电子形成正离子，该正离子被运送到真空状态的均匀电场中，在电场作用下达到检测的阳极，使离子电流增加经放大后输出信号。然后测量离子电流信号的大小，就可知道物质的含量。优化设计电路及检测装置内部结构，使检测装置能适应35KV-500KV等不同电压等级充SF6气体电气设备，并能进行现场带电检测。其中电离池表示圆柱形结构中间的电场，气体在金属尖端放电形成负电晕效应。真空状态的均匀电场指的是加上正负电压之后，内外圆柱之间的空间形成均匀电场，类似平行板电容器上下板之间加上正负电压，板间形成电场。圆柱形结构中间电场比平行板电容器中间电场均匀。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明电极采用同轴圆柱结构，内圆柱是中空结构，表面有均匀分布的小孔，外圆柱内表面也有均匀分布小孔，同时也分布多尖端结构，尖端电极与圆柱形电极相对，气体从内圆柱流进，经过外圆柱尖端部分放电，然后从外圆柱流出，该结构扩大了放电区域，且增加了SF6气体与放电区域的接触面积，使传感器的线性范围大大提高，同时减小了尖端电极老化对检测器性能的影响，延长了检测器的使用寿命。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多尖端电极放电SF6气体检测装置，包括：高压脉冲发生器(1)，采样装置(2)，检测装置(3)，信号处理装置(4)；其特征在于：采样装置包括：净化装置(6)和抽气泵(7)；高压脉冲发生器(1)与检测装置(3)连接，检测装置(3)一端与净化装置(6)连接，检测装置(3)另一端与抽气泵(7)连接，信号处理装置(4)与检测装置(3)连接；高压脉冲发生器(1)用于通过脉冲高压产生放电效应；采样装置(2)用于抽取和净化SF6气体；检测装置(3)用于根据SF6气体浓度产生电晕放电电流；信号处理装置(4)用于处理电晕放电电流并显示以检测SF6气体浓度；所述检测装置(3)内置放电电极(8)；放电电极(8)呈同轴设置的内外圆柱体结构，内圆柱和外圆柱均为中空结构，在放电电极(8)靠近净化装置(6)的一端，内圆柱和外圆柱之间的端面密封，内圆柱端面呈开口状，内圆柱深入到外圆柱内部并且另一端密封，外圆柱的另一端密封后通过管道连接至抽气泵(7)，内圆柱上开设多个内圆柱小孔(13)；在外圆柱体的内表面均匀设置多个同形状的尖端电极(12)，中空的内圆柱为同轴圆柱电极(11)。
2.根据权利要求1所述的多尖端电极放电SF6气体检测装置，其特征在于：分布在外圆柱内表面的尖端电极(12)，与内圆柱小孔(13)相对；内圆柱小孔(13)均匀分布在内圆柱的表面，外圆柱的表面也均匀设置多个外圆柱小孔(14)；尖端电极(12)与同轴圆柱电极(11)相对，SF6气体从内圆柱流进，经过外圆柱尖端电极(12)放电，然后从外圆柱流出，从而扩大SF6气体放电区域。
3.根据权利要求2所述的一种多尖端电极放电SF6气体检测装置，其特征在于，采样装置还包括：采样探头(5)，采样探头(5)设置在净化装置(6)的前端；采样探头(5)用于采集SF6气体；净化装置(6)用于除去SF6气体中的水分和灰尘；抽气泵(7)用于抽取SF6气体。
4.根据权利要求3所述的一种多尖端电极放电SF6气体检测装置，其特征在于，所述采样探头(5)为可伸缩金属管。
5.根据权利要求4所述的一种多尖端电极放电SF6气体检测装置，其特征在于，信号处理装置(4)包括信号放大器(9)和信号处理系统(10)；信号放大器(9)用于放大电晕放电电流；信号处理系统(10)用于把放大的电晕放电电流信号转化为相应的数字信号，显示出来。
6.根据权利要求5所述的一种多尖端电极放电SF6气体检测装置，其特征在于，放电电极(8)的材料为金属或其他导电材料。
7.根据权利要求6所述的一种多尖端电极放电SF6气体检测装置，其特征在于，净化装置(6)与检测装置(3)之间通过螺纹可拆卸连接。
8.根据权利要求7所述的一种多尖端电极放电SF6气体检测装置，其特征在于，采样装置(2)的前段内置照明灯。
9.根据权利要求8所述的一种多尖端电极放电SF6气体检测装置，其特征在于，检测装置(3)中还设有可充电锂电池。
10.一种多尖端电极放电SF6气体检测方法，利用权利要求9所述的一种多尖端电极放电SF6气体检测装置而实现，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，高压脉冲发生器通过脉冲高压产生尖端放电效应；
步骤2，抽气泵抽气使SF6气体进入净化装置，除去其中的水分及灰尘；
步骤3，SF6气体经过净化后进行检测，当带有正电性的SF6气体进入检测装置时，会对所述检测装置中的电晕电场起到抑制作用，其气体的正电性越强，物质浓度越高，则电晕放电效应受到的抑制越强，电晕放电电流就会减少；
步骤4，随SF6气体浓度而变化的电晕放电电流经信号处理装置处理后，将SF6气体的浓度显示在相应的仪表上。
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- 2023-01-17 CN CN202310056083.5A patent/CN116223567B/zh active Active
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