CN201796017U - 一种六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪 - Google Patents
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Abstract
一种六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中：包括第一分析模块、第二分析模块。可同时测量待测六氟化硫样气中空气含量、四氟化碳含量、六氟化硫含量和六氟化硫分解产物含量，将各种成分浓度测量的功能整合到一起，大大降低了对六氟化硫样气的损耗，并且操作简便、省时省力，非常适于目前越来越严格的高效率、低成本的需求趋势，进一步的，本实用新型的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪针对六氟化硫分解产物中的二氧化硫含量测量还具有预估功能，可避免二氧化硫含量过高造成分析仪损坏，非常适于二氧化硫含量波动较大领域的六氟化硫气体测量。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪。
背景技术：
在分析六氟化硫电气设备的早期故障或者六氟化硫新气质量监督时，需要分析六氟化硫气体纯度和各种分解产物浓度或含量，目前的技术是使用各种相应分析功能的分析设备来分别检测，不仅对六氟化硫样气耗费量大，而且操作繁琐、费时费力，非常不适于越来越严格的高效率、低成本的需求趋势，如果能提供一种六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，不仅能同时检测六氟化硫气体纯度和各种分解产物浓度(或含量)，还能减少六氟化硫样气耗损，将解决目前的难题。
实用新型内容：
本实用新型的目的是提供一种六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪。
一种六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中：包括第一分析模块、第二分析模块，其中，所述的第一分析模块包括载气进气管、载气出气口、第一样气进气管、第一样气出气口、载气压力传感器、载气流量传感器、TCD热导池、注射室、定量环、第一选通阀、色谱柱箱、第一信号采集单元、第一信号处理单元、第一显示单元，其中，载气压力传感器、载气流量传感器、TCD热导池、色谱柱箱的信号输出端分别连接第一信号采集单元的载气压力信号输入端、载气流量信号输入端、TCD热导池信号输入端、色谱柱箱信号输入端，第一信号采集单元的信号输出端连接第一信号处理单元的信号输入端，第一信号处理单元的显示信号输出端连接第一显示单元的信号输入端，载气压力传感器、载气 流量传感器均设置在载气进气管上，载气进气管的出气口连接TCD热导池中参考池的进气口，TCD热导池中参考池的出气口连接注射室进气口，第一选通阀包括使第一样气进气管依次连通定量环、样气出气口的第一选通档以及使注射室出气口依次连通定量环、色谱柱进气口的第二选通档，色谱柱的出气口连接TCD热导池中测量池的进气口，TCD热导池中测量池的出气口连接载气出气口。
所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中：第一选通阀为平面六通阀，注射室出气口连接平面六通阀的第一端口，平面六通阀的第二端口连接色谱柱的进气口，平面六通阀的第三、第六端口之间连接定量环，平面六通阀的第五端口连接第一样气进气管，平面六通阀的第四端口连接第一样气出气口；所述的平面六通阀的第一选通档为第一、第二端口之间连通，同时，第三、第四端口之间连通，以及，第五、第六端口之间连通；所述平面六通阀的第二选通档为第二、第三端口之间连通，同时，第四、第五端口之间连通，以及，第一、第六端口之间连通。
所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中：所述载气进气管上沿气流方向依次设置有稳压阀和流量调节阀；所述第一样气进气管上沿气流方向依次设置有控制开关和流量调节阀。
所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中：所述的第二分析模块包括第二样气进气管、第二样气出气口、第二选通阀、第一传感器气室、第二传感器气室、第二信号采集及处理单元、第二显示单元，其中，第二样气进气管连接第二选通阀的进气口，第二传感器气室的出口连接第二样气出气口，第二选通阀包括单独连通第二传感器气室的第一选通档以及使第一传感器气室与第二传感器气室的气路串联并连通的第二选通档；第一传感器气室包括小量程测量二氧化硫浓度的第一二氧化硫传感器，第二传感器气室包括大量程测量 二氧化硫浓度的第二二氧化硫传感器，第一二氧化硫传感器测量二氧化硫浓度的量程包含在第二二氧化硫传感器测量二氧化硫浓度的量程范围之内；第一、第二二氧化硫传感器的信号输出端分别连接第二信号采集及处理单元的第一、第二采集信号输入端，第二信号采集及处理单元的显示信号输出端连接第二显示单元的信号输入端。
所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中：所述的第二选通阀为两位四通阀，其第四端口连接进气管，其第一端口连接第二传感器气室的进气口，其第二、第三端口分别连接第一传感器气室的出气口、进气口，两位四通阀的第一选通档为第一、第四端口之间连通，同时，第二、第三端口之间连通，两位四通阀的第二选通档为第一端口与第二端口之间连通，同时，第三端口与第四端口之间连通。
所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中：所述的第一传感器气室还包括用于测量硫化氢浓度的硫化氢传感器，硫化氢传感器的信号输出端连接第二信号采集及处理单元的第三采集信号输入端。
所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中：所述的第二传感器气室还包括用于测量一氧化碳浓度的一氧化碳传感器，一氧化碳传感器的信号输出端连接第二信号采集及处理单元的第四采集信号输入端。
所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中：所述的分析仪还包括设置于分析仪气路上的电子流量计，电子流量计的信号输出端连接第二信号采集及处理电路板的第五信号输入端。
所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中：所述第二样气进气管上还设置有稳压阀和流量调节阀。
本实用新型采用上述技术方案将达到如下的技术效果：
本实用新型的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其第一分析模块可分析六氟化硫样气中六氟化硫的纯度、四氟化碳、空气的含量，其第二分析模块中对二氧化硫浓度的测量具有预估和精测的功能，大大方便了二氧化硫浓度波动范围较大情况下的二氧化硫浓度测量，进一步的，第二分析模块还可分析六氟化硫样气中硫化氢、一氧化碳的浓度；综上可见，本实用新型的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，可同时测量六氟化硫样气中各种气体的浓度(含量)，同时满足了测量各种气体浓度的需求，并且本实用新型的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，将各种气体浓度测量的功能整合到一起，大大降低了对六氟化硫样气的损耗，操作简便、省时省力，非常适于目前越来越严格的高效率、低成本的需求趋势。
附图说明：
图1为本实用新型六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪的结构原理图。
具体实施方式：
一种六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其中包括用于分析六氟化硫样气纯度、六氟化硫样气中四氟化碳、空气含量的第一分析模块以及用于分析六氟化硫样气分解产物含量的第二分析模块。
图1为本实用新型六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪的结构原理图，所述的第一分析模块包括载气进气管19(本实施例中载气选用氢气或氦气)、载气出气口20、第一样气进气管21(样气是待测的六氟化硫气体)、第一样气出气口22、载气稳压阀1a、载气流量调节阀2a、旋钮开关11、样气流量调节阀2b、载气压力传感器3、载气流量传感器4a、TCD热导池5(包括参考池5-1和测量池5-2，TCD热导池5内还设置有TCD温度控制装置、TCD温度传感器)、注射室6(用于手动注射六氟化硫样气，相当于定量环取样功能，样气注射进去立 即被载气吹进色谱柱)、定量环7、第一选通阀8、色谱柱箱10、第一信号采集电路板12、工作站13，其中第一信号处理器和第一显示器设于工作站内，色谱柱箱10内设置有色谱柱9、色谱柱箱内部温度传感器101、色谱柱箱温度控制装置，其中，载气压力传感器3、载气流量传感器4a、TCD热导池5中参考池5-1、测量池5-2、TCD温度传感器以及色谱柱箱内部温度传感器101的信号输出端分别连接第一信号采集电路板12的载气压力信号输入端、载气流量信号输入端、TCD热导池载气参考信号输入端、TCD热导池样气测量信号输入端、TCD热导池内部温度采集信号输入端、色谱柱箱内部温度采集信号输入端，第一信号采集电路板12的采集信号输出端连接工作站13中第一信号处理器的信号输入端，第一信号处理器的显示信号输出端连接第一显示器的信号输入端，工作站13的TCD热导池温度控制信号输出端连接TCD热导池5内的TCD温度控制装置的控制信号输入端，工作站13的色谱柱箱温度控制信号输出端连接色谱柱箱温度控制装置的控制信号输入端；所述载气进气管19上沿气流方向依次设置有载气稳压阀1a、载气流量调节阀2a、载气压力传感器3、载气流量传感器4a，载气进气管19的出气端口连接TCD热导池5中参考池5-1的进气口，TCD热导池5中参考池5-1的出气口连接注射室6进气口，第一选通阀8包括使第一样气进气管21依次连通定量环7、样气出气口22的第一选通档以及使注射室6出气口依次连通定量环7、色谱柱9进气口的第二选通档，色谱柱9的出气口连接TCD热导池5中测量池5-2的进气口，TCD热导池5中测量池5-2的出气口连接载气出气口20。所述第一样气进气管21上沿气流方向依次设置有旋钮开关11和样气流量调节阀2b。
色谱箱10内的色谱柱9实现六氟化硫样气中空气、四氟化硫及六氟化硫的分离；温度传感器101感测的色谱柱箱内部温度信号通过第一信号采集电路板 12采集处理后送入工作站13，用于对色谱柱箱10输出的数据进行温度反馈，同时，工作站13通过该温度信号判断色谱柱箱10内的温度是否在预先设定的温度范围内，如果工作站13判断得出色谱柱箱10内的温度超出了其预先设定的温度范围，工作站13输出信号给色谱柱箱温度控制装置来调节色谱柱箱10内的温度。
TCD热导池5内设置的TCD温度传感器用于采集TCD热导池5内部的温度，并通过第一信号采集电路板12传送给工作站13，由工作站13判断TCD热导池5内的温度是否在预先设定的温度范围内，如果工作站13判断得出TCD热导池5内的温度超出了其预先设定的温度范围，工作站13输出信号给TCD热导池5内的TCD温度控制装置来调节TCD热导池5内的温度。
第一信号采集电路板12对载气压力信号、载气流量信号、TCD热导池载气参考信号、TCD热导池样气测量信号、TCD热导池内部温度信号、色谱柱箱内部温度信号的计算和分析、处理为现有常规计算，这里不再赘述。
本实施例中，所述第一选通阀8采用平面六通阀，注射室6出气口连接平面六通阀8的第一端口，平面六通阀8的第二端口连接色谱柱9的进气口，平面六通阀8的第三、第六端口之间连接定量环7，平面六通阀8的第四端口连接第一样气进气管21，平面六通阀8的第五端口连接第一样气出气口22；所述的平面六通阀8的第一选通档为第一、第二端口之间连通，同时，第三、第四端口之间连通，以及，第五、第六端口之间连通；所述平面六通阀8的第二选通档为第二、第三端口之间连通，同时，第四、第五端口之间连通，以及，第一、第六端口之间连通。
在测量时，先将平面六通阀8打到第一选通档，先使样气进入定量环7中并充满定量环7，然后再将平面六通阀8打到第二选通档，使载气通过注射室6 出气口将定量环7内的样气吹扫到色谱柱9中，定量环7内的样气在载气的不断吹扫下，实现与色谱柱9内的填充物的吸附分离过程，最终实现各组分依次吹出色谱柱9并进入TCD电导池5的测量池5-2中分别进行测量，各组分依次被吹扫到测量池5-2内的顺序是空气、四氟化碳、六氟化硫，因此，测量池5-2依次测量各组分，并将测量结果传送到第一信号采集电路12，第一信号采集电路板12处理后传送给工作站13中的第一信号处理器进行分析计算，得出所测量的样气中空气、四氟化碳、六氟化硫的含量。
样气可以是气源吹扫进样，定量环实现取样功能，也可以是手动注射进样(手动注射进样是用注射器抽入样气，将针头插入注射口快速注入样气，时间越短越好，样气注射后立即被载气吹进色谱柱，用于样品有限无法使用定量环取样的状况)。
第一信号处理器设于工作站13，工作站13作为本实用新型六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪的主要人机接口，实现压力、流量、色谱柱箱温度、检测器温度等各参数的显示，及桥流、温度等参数的控制，第一信号采集电路12实现各信号的采集及工作站13各命令动作的执行。工作站13将各参数显示，并实现谱图的显示和分析，报告生成等。
所述的第二分析模块包括第二样气进气管23、第二样气出气口24、稳压阀1b、流量调节阀2c、第二选通阀14、第一传感器气室15、第二传感器气室16、第二信号采集及处理电路板17、第二显示器18、流量传感器4b，其中，第二样气进气管23上依次设置有稳压阀1b、流量调节阀2c，第二样气进气管23的出气端口连接第二选通阀14的进气口，第二传感器气室16的出口连接第二样气出气口22，第二选通阀14包括使第二样气进气管23的出气端口单独连通第二传感器气室16的第一选通档以及使第二样气进气管23与第一传感器气室15、 第二传感器气室16的气路串联并连通的第二选通档；第一传感器气室15包括小量程测量二氧化硫浓度的第一二氧化硫传感器(测量量程为0~100ppm)和用于测量硫化氢浓度的硫化氢传感器(测量量程为0~100ppm)，第二传感器气室16包括大量程测量二氧化硫浓度的第二二氧化硫传感器(测量量程为0~5000ppm)和用于测量一氧化碳浓度的一氧化碳传感器(测量量程为0~1000ppm)，第一二氧化硫传感器用于0~100ppm测量量程的精确测量，第二二氧化硫传感器用于0~5000ppm测量量程的测量，第一二氧化硫传感器测量二氧化硫浓度的量程包含在第二二氧化硫传感器测量二氧化硫浓度的量程范围之内；第一、第二二氧化硫传感器的信号输出端分别连接第二信号采集及处理电路板17的第一、第二采集信号输入端，第二信号采集及处理电路板17的显示信号输出端连接第二显示器18的信号输入端。
所述的第二选通阀14为两位四通阀，其第四端口连接进气管，其第一端口连接第二传感器气室16的进气口，其第二、第三端口分别连接第一传感器气室15的出气口、进气口，两位四通阀14的第一选通档为第一、第四端口之间连通，同时，第二、第三端口之间连通，两位四通阀的第二选通档为第一端口与第二端口之间连通，同时，第三端口与第四端口之间连通。
在测量时，先将两位四通阀14打到第一选通档，此时，第二样气进气管23单独连通第二传感器气室16，第二样气进气管23输送来的六氟化硫样气仅通过第二传感器气室16测量，第二传感器气室16中的第二二氧化硫传感器预估六氟化硫样气中的二氧化硫含量，并传送到第二信号采集及处理单元17处理后输送到显示屏18上进行显示，如果此时六氟化硫样气中的二氧化硫含量高于100ppm，将两位四通阀14保持在第一选通档，如果此时六氟化硫样气中的二氧化硫含量低于100ppm，操作人员将两位四通阀14打到第二选通档，使第二样气 进气管23依次与第一传感器气室15、第二传感器气室16串联并连通，此时，可由第一传感器气室15中的第一二氧化硫传感器对待测六氟化硫样气进行精确测量，测量结果传送到第二信号采集及处理单元17处理后输送到显示屏18上进行显示，便于操作人员及时控制第二选通阀14的档位。
所述第一传感器气室15中还设置有用于测量硫化氢浓度的硫化氢传感器，硫化氢传感器的信号输出端连接第二信号采集及处理电路板17的第三采集信号输入端。
所述第二传感器气室16中还包括用于测量一氧化碳浓度的一氧化碳传感器，一氧化碳传感器的信号输出端连接第二信号采集及处理电路板17的第四采集信号输入端。
第二分析模块中的第一、第二传感器气室15、16实现对六氟化硫样气中二氧化硫、硫化氢、一氧化碳含量的测量。
所述流量传感器4b采用电子流量计：电子流量计4b的进气口连通在第二传感器气室16的进气口上，电子流量计的出气口连通在第二传感器气室16的出气口上，电子流量计4b的信号输出端连接第二信号采集及处理电路板17的第五信号输入端，电子流量计4b用于测量第二分析模块中气路上的气流流量，第二信号采集及处理电路板17需要根据电子流量计4b的流量数据对六氟化硫气体的测量数据进行相应补偿。
此外，第二传感器气室16上还设置有温度传感器，温度传感器的感测探头设置于第二传感器气室16的外部，用于测量第二传感器气室16外部的环境温度，温度传感器的信号输出端连接第二信号采集及处理电路板17的第六采集信号输入端。由于六氟化硫气体在测量时的环境温度可对测量结果造成影响，因此，第二信号采集及处理电路板17需要根据温度传感器的温度数据对六氟化硫 气体的测量数据进行相应补偿。
通过分析六氟化硫(SF6)气体中二氧化硫(SO2)、氟化亚硫酰(SOF2)、硫化氢(H2S)和一氧化碳(CO)等分解产物的含量，就能够检出六氟化硫电气设备内部的绝缘缺陷，当六氟化硫电气设备存在故障时，故障区域的六氟化硫(SF6)气体和固体绝缘材料在热和电的作用下裂解，将产生硫化物、氟化物和碳化物：硫化物主要有二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)、氟化亚硫酰(SOF2)、四氟化硫(SF4)和氟化硫酰(SO2F2)；氟化物主要有氟化氢(HF)、四氟化碳(CF4)和金属氟化物；碳化物主要有一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和低分子烃。上述的分解物中除二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)、一氧化碳(CO)和四氟化碳(CF4)毒性较小外，其它都是剧毒物，在六氟化硫电气设备内部的含量极少，又不稳定，其中氟化亚硫酰(SOF2)、四氟化硫(SF4)等又会进一步水解产生二氧化硫(SO2)和氟化氢(HF)。
经试验证明，从大量故障实例中提出硫化氢(H2S)是热固型环氧树脂裂解的特征组分，一氧化碳(CO)是聚酯乙烯和纸裂解的特征组分，其检测有利于对六氟化硫互感器、套管和变压器内部故障性质和部位的判断。作为预防性试验的目的是判断六氟化硫电气设备是否正常，检出六氟化硫电气设备内部的早期故障，以及更准确地检出各类六氟化硫电气设备内部故障的性质和部位。六氟化硫气体在电弧、电火花和电晕放电的作用下会发生分解，产生二氧化硫(SO2)、四氟化碳(CF4)等分解产物，检测六氟化硫分解产物(色谱法、电化学法)是诊断六氟化硫气体绝缘设备内部运行情况的一个强有力手段。
本实用新型的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，可同时测量待测六氟化硫样气中空气含量、四氟化碳含量、六氟化硫含量、二氧化硫含量、一氧化碳含量、硫化氢含量，将各种成分浓度测量的功能整合到一起，大大降低 了对六氟化硫样气的损耗(只需现有技术测量需要样气量的1/3)，并且操作简便、省时省力，减少操作工作量，非常适于目前越来越严格的高效率、低成本的需求趋势，此外，本实用新型的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪还具有二氧化硫的预估功能，可避免二氧化硫含量过高造成分析仪损坏，非常适于二氧化硫含量波动较大领域的六氟化硫气体测量。
Claims (9)
1.一种六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其特征在于：包括第一分析模块、第二分析模块，其中，所述的第一分析模块包括载气进气管、载气出气口、第一样气进气管、第一样气出气口、载气压力传感器、载气流量传感器、TCD热导池、注射室、定量环、第一选通阀、色谱柱箱、第一信号采集单元、第一信号处理单元、第一显示单元，其中，载气压力传感器、载气流量传感器、TCD热导池、色谱柱箱的信号输出端分别连接第一信号采集单元的载气压力信号输入端、载气流量信号输入端、TCD热导池信号输入端、色谱柱箱信号输入端，第一信号采集单元的信号输出端连接第一信号处理单元的信号输入端，第一信号处理单元的显示信号输出端连接第一显示单元的信号输入端，载气压力传感器、载气流量传感器均设置在载气进气管上，载气进气管的出气口连接TCD热导池中参考池的进气口，TCD热导池中参考池的出气口连接注射室进气口，第一选通阀包括使第一样气进气管依次连通定量环、样气出气口的第一选通档以及使注射室出气口依次连通定量环、色谱柱进气口的第二选通档，色谱柱的出气口连接TCD热导池中测量池的进气口，TCD热导池中测量池的出气口连接载气出气口。
2.如权利要求1所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其特征在于：第一选通阀为平面六通阀，注射室出气口连接平面六通阀的第一端口，平面六通阀的第二端口连接色谱柱的进气口，平面六通阀的第三、第六端口之间连接定量环，平面六通阀的第五端口连接第一样气进气管，平面六通阀的第四端口连接第一样气出气口；所述的平面六通阀的第一选通档为第一、第二端口之间连通，同时，第三、第四端口之间连通，以及，第五、第六端口之间连通；所述平面六通阀的第二选通档为第二、第三端口之间连通，同时，第四、 第五端口之间连通，以及，第一、第六端口之间连通。
3.如权利要求2所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其特征在于：所述载气进气管上沿气流方向依次设置有稳压阀和流量调节阀；所述第一样气进气管上沿气流方向依次设置有控制开关和流量调节阀。
4.如权利要求1至3任一项所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其特征在于：所述的第二分析模块包括第二样气进气管、第二样气出气口、第二选通阀、第一传感器气室、第二传感器气室、第二信号采集及处理单元、第二显示单元，其中，第二样气进气管连接第二选通阀的进气口，第二传感器气室的出口连接第二样气出气口，第二选通阀包括单独连通第二传感器气室的第一选通档以及使第一传感器气室与第二传感器气室的气路串联并连通的第二选通档；第一传感器气室包括小量程测量二氧化硫浓度的第一二氧化硫传感器，第二传感器气室包括大量程测量二氧化硫浓度的第二二氧化硫传感器，第一二氧化硫传感器测量二氧化硫浓度的量程包含在第二二氧化硫传感器测量二氧化硫浓度的量程范围之内；第一、第二二氧化硫传感器的信号输出端分别连接第二信号采集及处理单元的第一、第二采集信号输入端，第二信号采集及处理单元的显示信号输出端连接第二显示单元的信号输入端。
5.如权利要求4所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其特征在于：所述的第二选通阀为两位四通阀，其第四端口连接进气管，其第一端口连接第二传感器气室的进气口，其第二、第三端口分别连接第一传感器气室的出气口、进气口，两位四通阀的第一选通档为第一、第四端口之间连通，同时，第二、第三端口之间连通，两位四通阀的第二选通档为第一端口与第二端口之间连通，同时，第三端口与第四端口之间连通。
6.如权利要求5所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其特征在于：所述的第一传感器气室还包括用于测量硫化氢浓度的硫化氢传感器，硫化氢传感器的信号输出端连接第二信号采集及处理单元的第三采集信号输入端。
7.如权利要求6所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其特征在于：所述的第二传感器气室还包括用于测量一氧化碳浓度的一氧化碳传感器，一氧化碳传感器的信号输出端连接第二信号采集及处理单元的第四采集信号输入端。
8.如权利要求7所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其特征在于：所述的分析仪还包括设置于分析仪气路上的电子流量计，电子流量计的信号输出端连接信号处理单元的第五信号输入端。
9.如权利要求8所述的六氟化硫气体纯度及分解产物综合分析仪，其特征在于：所述第二样气进气管上还设置有稳压阀和流量调节阀。
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