CN117517292A - 基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统及其方法 - Google Patents
基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117517292A CN117517292A CN202311474793.6A CN202311474793A CN117517292A CN 117517292 A CN117517292 A CN 117517292A CN 202311474793 A CN202311474793 A CN 202311474793A CN 117517292 A CN117517292 A CN 117517292A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- discharge
- module
- spectrum
- insulating gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 9
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 83
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 8
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- CDOOAUSHHFGWSA-OWOJBTEDSA-N (e)-1,3,3,3-tetrafluoroprop-1-ene Chemical compound F\C=C\C(F)(F)F CDOOAUSHHFGWSA-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/66—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
- G01N21/67—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence using electric arcs or discharges
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明公开了基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统及其方法，其中系统包括：放电模块、供气模块、供电模块和光谱检测模块；所述放电模块用于提供异常放电环境；所述供气模块用于向所述放电模块提供绝缘气体；所述供电模块用于向所述放电模块提供电压输出；所述光谱检测模块用于检测所述绝缘气体放电分解时的光谱数据。本发明能快速、准确和无损测量新型环保绝缘气体放电分解瞬态产物的检测方法，为全面分析新型环保绝缘气体的分解过程提供研究基础。
Description
技术领域
本发明属于光谱检测技术领域，具体涉及基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统及其方法。
背景技术
在环境保护的背景下，SF6作为一种强温室气体，在电力系统的投入使用受到越来越多的限制，而新型环保绝缘气体因其优异的绝缘性能和较低的温室效应潜在值，在电力行业受到广泛关注，如C4F7N，HFO-1234ze和CF3SO2F等。但是新型环保绝缘气体在局部放电或过热等极端条件下，会发生分解并生成稳定的分解产物，影响其绝缘性能。目前关于新型环保绝缘气体的分解产物的研究大多都是针对稳定产物的分析，而对于分解过程中，瞬态产物的研究较少。通过研究瞬态产物有助于全面理解新型环保绝缘气体的分解过程，从而抑制分解的发生，维持其优异的绝缘性能。本发明基于发射光谱检测方法，搭建一套发射光谱检测装置，该装置为非入侵式检测，使用者可以通过该装置来实现对新型环保绝缘气体放电分解瞬态产物的快速、准确和无损检测。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，提供了如下方案：
基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统，包括：放电模块、供气模块、供电模块和光谱检测模块；
所述放电模块用于提供异常放电环境；
所述供气模块用于向所述放电模块提供绝缘气体；
所述供电模块用于向所述放电模块提供电压输出；
所述光谱检测模块用于检测所述绝缘气体放电分解时的光谱数据。
优选的，所述放电模块包括：石英制放电腔室、针电极和板电极；
所述石英制放电腔室使用开放式石英管，所述开放式石英管的上/下端口处分别设置有法兰盘；
所述开放式石英管侧面设置有进气端口和出气端口；
所述针电极和所述板电极通过所述法兰盘固定在所述石英制放电腔室内部。
优选的，所述供气模块包括：绝缘气体标准气体瓶和N2标准气体瓶；
所述绝缘气体标准气体瓶的气体出口处设置有第一浮子流量计，所述第一浮子流量计用于控制所述绝缘气体标准气体瓶出口处的气体流速；
所述N2标准气体瓶的气体出口处设置有第二浮子流量计，所述第二浮子流量计用于控制所述N2标准气体瓶瓶出口处的气体流速；
所述绝缘气体标准气体瓶的气体出口、所述N2标准气体瓶的气体出口通过气管与所述进气端口连接，为所述放电模块提供混合气体；
所述气管与所述进气端口的连接处设置有第三浮子流量计，所述第三浮子流量计用于控制所述混合气体的气体流速。
优选的，所述供电模块包括：高压直流电源和放电模式转换电路；
所述高压直流电源通过所述放电模式转换电路与所述针电极连接；
所述高压直流电源用于向所述放电模块提供电压输出；
所述放电模式转换电路用于控制所述放电模块的放电模式，所述放电模式包括：辉光放电和火花放电。
优选的，所述光谱检测模块包括：透镜、光谱仪、光电倍增管和终端设备；
所述透镜与所述针电极和所述板电极的间隙设置在同一水平面，所述透镜用于聚焦所述放电模块发出光的光路；
所述光谱仪的入射狭缝与所述透镜设置在同一水平面，所述光谱仪用于对入射光进行色散；
所述光电倍增管设置在所述光谱仪的出射狭缝处，所述光电倍增管用于对色散后光光谱进行扫描；
所述光电倍增管与所述终端设备连接，所述终端设备用于读取并记录所述光谱数据。
本发明还公开了基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测方法，所述检测方法应用于上述任一项所述的检测系统，包括以下步骤：
将所述针电极和所述板电极放置在放电腔体内，调节好电极间距后，用法兰盘固定；
打开所述绝缘气体标准气体瓶和所述N2标准气体瓶，利用所述第一浮子流量计、所述第二浮子流量计和所述第三浮子流量计配置好气体混合比和流速；
打开所述高压直流电源，从0V逐级向上调节至电极间发生击穿，形成放电；
打开所述光谱仪和所述光电倍增管，实现对光谱的扫描，并由所述终端设备读取和记录所述光谱数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明能快速、准确和无损测量新型环保绝缘气体放电分解瞬态产物的检测方法，为全面分析新型环保绝缘气体的分解过程提供研究基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的系统结构示意图；
图2为本发明实施例中CF3SO2F/N2不同混合比例下火花放电瞬态光谱结果；
图3为本发明实施例中CF3SO2F/N2不同混合比例下辉光放电瞬态光谱结果。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在本实施例中，如图1所示，基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统，包括：放电模块、供气模块、供电模块和光谱检测模块。
放电模块用于提供异常放电环境。放电模块包括：石英制放电腔室、针电极和板电极；石英制放电腔室使用开放式石英管，开放式石英管的上/下端口处分别设置有法兰盘；开放式石英管侧面设置有进气端口和出气端口；针电极和板电极通过法兰盘固定在石英制放电腔室内部。
在本实施例中，石英制放电腔室主体为长40cm，内径为1cm且上/下端为开放式石英管，端口处设有法兰盘，用以固定电极，及密封上/下端口；开放式石英管侧面距离上/下端口5cm的位置设有两个开放端口，即进气端口和出气端口，用以进气和出气。电极直径为8mm，分为针电极和板电极，电极可通过法兰盘安装在石英管内部，距离石英管内壁1mm，针电极和板电极之间的间距可通过手动调节，后通过法兰盘固定。
供气模块用于向放电模块提供绝缘气体。供气模块包括：绝缘气体标准气体瓶和N2标准气体瓶；绝缘气体标准气体瓶的气体出口处设置有第一浮子流量计，第一浮子流量计用于控制绝缘气体标准气体瓶出口处的气体流速，在本实施例中，绝缘气体可选用CF3SO2F；N2标准气体瓶的气体出口处设置有第二浮子流量计，第二浮子流量计用于控制N2标准气体瓶瓶出口处的气体流速；，本实施例中，绝缘气体标准气体瓶的气体出口、N2标准气体瓶的气体出口、第一浮子流量计和第二浮子流量计通过1/4寸气管与进气端口连接，为放电模块提供混合气体；气管与进气端口的连接处设置有第三浮子流量计，第三浮子流量计用于控制混合气体的气体流速。
供电模块用于向放电模块提供电压输出。供电模块包括：高压直流电源和放电模式转换电路；高压直流电源通过放电模式转换电路与针电极连接；高压直流电源用于向放电模块提供电压输出；放电模式转换电路用于控制放电模块的放电模式，放电模式包括：辉光放电和火花放电。
光谱检测模块用于检测绝缘气体放电分解时的光谱数据。光谱检测模块包括：透镜、光谱仪、光电倍增管和终端设备；透镜与针电极和板电极的间隙设置在同一水平面，透镜用于聚焦放电模块发出光的光路；在本实施例中，光谱仪具有入射狭缝和出射狭缝，光谱仪的入射狭缝与透镜设置在同一水平面，光谱仪用于对入射光进行色散；光电倍增管设置在光谱仪的出射狭缝处，光电倍增管用于对色散后光光谱进行扫描；光电倍增管与终端设备连接，终端设备用于读取并记录光谱数据，在本实施例中，终端设备可选用个人电脑。
下面将详细介绍应用本实施例中所述检测系统的检测方法。包括以下步骤：
首先需要清洗放电腔室。每次检测前首先用无水乙醇仔细清洗石英管内壁和针板电极，去除放电腔体内的杂质和灰尘。避免这些杂质和灰尘及上次实验可能附着在内壁上的残留分解物影响实验结果。
S1.将针电极和板电极放置在放电腔体内，调节好电极间距后，用法兰盘固定。
S2.打开绝缘气体标准气体瓶和N2标准气体瓶，利用第一浮子流量计、第二浮子流量计和第三浮子流量计配置好气体混合比和流速。
S3.打开高压直流电源，从0V逐级向上调节至电极间发生击穿，形成辉光放电或火花放电。
S4.打开光谱仪和光电倍增管，实现对光谱的扫描，并由终端设备读取和记录光谱数据。
实施例二
在本实施例中，利用该检测系统进行气体放电分解实验。
首先需要清洗放电腔室。每次检测前首先用无水乙醇仔细清洗石英管内壁和针板电极，去除放电腔体内的杂质和灰尘。避免这些杂质和灰尘及上次实验可能附着在内壁上的残留分解物影响实验结果。
将针电极和板电极放置在放电腔体内，调节好电极间距后，用法兰盘固定。打开绝缘气体标准气体瓶和N2标准气体瓶，利用第一浮子流量计、第二浮子流量计和第三浮子流量计配置好气体混合比和流速。其中CF3SO2F的比例为0％，1％，5％，10％，15％，20％(其余为N2)，气体总流量为1L/min。打开高压直流电源，从0V逐级向上调节至电极间发生击穿，形成辉光放电或火花放电。打开光谱仪和光电倍增管，实现对光谱的扫描，并由终端设备读取和记录光谱数据。
以本实施例所得的不同混合比CF3SO2F在火花放电模型下，瞬态光谱结果如图2所示，以本实施例所得的不同混合比CF3SO2F在辉光放电模型下，瞬态光谱结果如图3所示。从光谱图可以看出，无论是辉光放电还是火花放电，都会导致CF3SO2F发生分解，产生了SO2，F等。
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统，其特征在于，包括：放电模块、供气模块、供电模块和光谱检测模块；
所述放电模块用于提供异常放电环境；
所述供气模块用于向所述放电模块提供绝缘气体；
所述供电模块用于向所述放电模块提供电压输出；
所述光谱检测模块用于检测所述绝缘气体放电分解时的光谱数据。
2.根据权利要求1所述基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统，其特征在于，所述放电模块包括：石英制放电腔室、针电极和板电极；
所述石英制放电腔室使用开放式石英管，所述开放式石英管的上/下端口处分别设置有法兰盘；
所述开放式石英管侧面设置有进气端口和出气端口；
所述针电极和所述板电极通过所述法兰盘固定在所述石英制放电腔室内部。
3.根据权利要求2所述基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统，其特征在于，所述供气模块包括：绝缘气体标准气体瓶和N2标准气体瓶；
所述绝缘气体标准气体瓶的气体出口处设置有第一浮子流量计，所述第一浮子流量计用于控制所述绝缘气体标准气体瓶出口处的气体流速；
所述N2标准气体瓶的气体出口处设置有第二浮子流量计，所述第二浮子流量计用于控制所述N2标准气体瓶瓶出口处的气体流速；
所述绝缘气体标准气体瓶的气体出口、所述N2标准气体瓶的气体出口通过气管与所述进气端口连接，为所述放电模块提供混合气体；
所述气管与所述进气端口的连接处设置有第三浮子流量计，所述第三浮子流量计用于控制所述混合气体的气体流速。
4.根据权利要求2所述基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统，其特征在于，所述供电模块包括：高压直流电源和放电模式转换电路；
所述高压直流电源通过所述放电模式转换电路与所述针电极连接；
所述高压直流电源用于向所述放电模块提供电压输出；
所述放电模式转换电路用于控制所述放电模块的放电模式，所述放电模式包括：辉光放电和火花放电。
5.根据权利要求2所述基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统，其特征在于，所述光谱检测模块包括：透镜、光谱仪、光电倍增管和终端设备；
所述透镜与所述针电极和所述板电极的间隙设置在同一水平面，所述透镜用于聚焦所述放电模块发出光的光路；
所述光谱仪的入射狭缝与所述透镜设置在同一水平面，所述光谱仪用于对入射光进行色散；
所述光电倍增管设置在所述光谱仪的出射狭缝处，所述光电倍增管用于对色散后光光谱进行扫描；
所述光电倍增管与所述终端设备连接，所述终端设备用于读取并记录所述光谱数据。
6.基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测方法，所述检测方法应用于权利要求1-5任一项所述的检测系统，其特征在于，包括以下步骤：
将所述针电极和所述板电极放置在放电腔体内，调节好电极间距后，用法兰盘固定；
打开所述绝缘气体标准气体瓶和所述N2标准气体瓶，利用所述第一浮子流量计、所述第二浮子流量计和所述第三浮子流量计配置好气体混合比和流速；
打开所述高压直流电源，从0V逐级向上调节至电极间发生击穿，形成放电；
打开所述光谱仪和所述光电倍增管，实现对光谱的扫描，并由所述终端设备读取和记录所述光谱数据。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311474793.6A CN117517292A (zh) | 2023-11-06 | 2023-11-06 | 基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统及其方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311474793.6A CN117517292A (zh) | 2023-11-06 | 2023-11-06 | 基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统及其方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117517292A true CN117517292A (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=89746933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311474793.6A Pending CN117517292A (zh) | 2023-11-06 | 2023-11-06 | 基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117517292A (zh) |
-
2023
- 2023-11-06 CN CN202311474793.6A patent/CN117517292A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7928374B2 (en) | Resolution improvement in the coupling of planar differential mobility analyzers with mass spectrometers or other analyzers and detectors | |
| CN105699359A (zh) | 大气压空气中获取环状均匀等离子体的实验装置及方法 | |
| JPH05242858A (ja) | ガス分析装置 | |
| Edmiston et al. | High-power microwave surface flashover of a gas–dielectric interface at 90–760 torr | |
| Chng et al. | TALIF measurements of atomic nitrogen in the afterglow of a nanosecond capillary discharge | |
| Stefanović et al. | Argon metastable dynamics and lifetimes in a direct current microdischarge | |
| CN201145667Y (zh) | 利用电火花激发且具有谱线强度校正功能的光谱仪 | |
| CN109916881B (zh) | 激光剥蚀-大气压辉光放电原子发射光谱装置 | |
| Klute et al. | An experimental study on the influence of trace impurities on ionization of atmospheric noble gas dielectric barrier discharges | |
| CN117517292A (zh) | 基于发射光谱的绝缘气体瞬态分解产物检测系统及其方法 | |
| CN104169717A (zh) | 放电电离电流检测器及其时效处理方法 | |
| CN106908699B (zh) | 放电腔及基于其的气体间隙击穿阈值的测量方法及装置 | |
| Dilecce et al. | New N2 (C 3Πu, v) collision quenching and vibrational relaxation rate constants: 2. PG emission diagnostics of high-pressure discharges | |
| CN107561202A (zh) | 放电电离电流检测器 | |
| JP4262709B2 (ja) | Ｘ線用ガスフロー型比例計数管を備えるｘ線分析装置およびｘ線用ガスフロー型比例計数管の使用方法。 | |
| CN209356624U (zh) | 一种用于稳态汤逊放电实验的真空设备 | |
| CN206100590U (zh) | 装置、非感应式耦合等离子体装置、等离子体、套件、仪器、反应器、振荡器、系统和火炬电极组合件 | |
| CN204694852U (zh) | 一种脉冲离子束截面图像的测量装置 | |
| CN109752445B (zh) | 耦合式气体传感器及其对对硝基甲苯的检测方法 | |
| Reuter | Formation Mechanisms of Atomic Oxygen in an Atmospheric Pressure Plasma Jet Characterisied by Spectroscopic Methods | |
| Krile et al. | Similarities of dielectric surface flashover under atmospheric conditions for pulsed unipolar and RF excitation | |
| CN203941874U (zh) | 大气压下现场离子源装置 | |
| EP4319489A1 (en) | Glow discharge cell and related glow discharge assembly | |
| CN214956750U (zh) | 一种弧光放电离子源装置 | |
| He et al. | Quantitative surface composition analysis using very high intensity nonresonant multiphoton ionization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |