CN209559831U - 一种多氦离子检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多氦离子检测系统，包括多氦离子检测装置、第一时间同步控制器、第二时间控制器以及系统终端；多氦离子检测装置用于分离检测被试断路器分解产物，由N个氦离子检测模块单元所组成，以形成N路检测；第一时间同步控制器设置在被试断路器气体阀门输出前端和氦离子检测模块单元的进样端之间；系统终端和氦离子检测模块单元的检测结果输出端相连接，第二时间同步控制器设置在氦离子检测模块单元的启动端和系统终端之间，以使得每氦离子检测模块单元在系统终端完成任务后循环重启新一轮的检测任务。通过采用本多氦离子检测系统能够在现场实现实时取样，同时对多种气体组分进行在线跟踪分析的装置，为试验提供丰富的数据。

Description

一种多氦离子检测系统

技术领域

本实用新型涉及气体分离检测技术，具体涉及一种多氦离子检测系统。

背景技术

根据国际大电网会议(CIGRE)统计结果，高压断路器的电寿命是影响断路器使用年限的主要因素之一，而弧触头与喷口是决定电寿命长短的关键部件。

随着我国西电东送“八交十一直”投运以及跨区域联网的工程不断建设运行，电力系统容量不断增长，短路容量不断增加，对断路器开断短路电流的能力提出了更高要求。其中，交流滤波器断路器需根据系统负荷波动进行频繁投切，投入容性负载的关合涌流对灭弧室弧触头、喷口有明显的烧蚀累积效应，对断路器的电气性能造成影响。线路断路器在多次开断短路电流，弧触头、喷口承受多次电弧烧蚀的累积效应后，是否满足继续运行的要求，也需要对其电气性能状态进行正确评估。

由于SF₆开关内部的绝缘件为有机绝缘，电弧烧蚀导致开关内绝缘性能的下降并使得SF₆气体中含碳杂质气体含量的增加，CF₄、CO、CO₂气体的检测可以作为SF₆开关灭弧室状态评估分析和潜伏性故障判断的重要方法之一，为跟踪SF₆气体组分演化发展趋势，需要实时对断路器开合过程中的气体组分进行监测，但目前普遍采用的现场取样钢瓶法无法满足项目研究需求，存在检测效率低下问题，同时钢瓶吸附、长途运输、放置时间长使样气组分含量与现场组分含量表现出较大差异，导致对SF₆电气设备的状态评价数据不真实、不全面、维度不多样，无法满足项目监测要求。

同时，由于断路器在开合电流过程中气体组分有十多种，单独用一路检测器和色谱柱很难保证一次性将他们全部分离，并依次检测，且CO₂、CF₄、C₂F₆、C₃F₈、H₂S、SOF₂、SO₂F₂等痕量组分与H₂、O₂、N₂、CO、SO₂、CS₂组分由于化学性质、响应时间存在区别，要同时达到多组分和快速检测的目的，单个检测器显然已无法满足要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种一种多氦离子检测系统，以同时达到多组分和快速检测的目的。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种多氦离子检测系统，包括多氦离子检测装置、第一时间同步控制器、第二时间控制器以及系统终端；其中，

所述多氦离子检测装置用于分离检测被试断路器分解产物，由N个氦离子检测模块单元所组成，以形成N路检测；

所述第一时间同步控制器设置在被试断路器气体阀门输出前端和氦离子检测模块单元的进样端之间，以使得N个氦离子检测模块单元的检测进样时间均压错开；其中，N为整数，且大于等于2；

所述系统终端和氦离子检测模块单元的检测结果输出端相连接，第二时间同步控制器设置在氦离子检测模块单元的启动端和系统终端之间，以使得每氦离子检测模块单元在系统终端完成任务后循环重启新一轮的检测任务。

所述氦离子检测模块单元包括第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀、第四切换阀、第五切换阀、第一色谱柱、第二色谱柱、第三色谱柱、第四色谱柱、第五色谱柱、第一检测器、第二检测器、第一载气以及第二载气；其中，

所述第一载气的出气端分别和第一切换阀、第三切换阀以及第四切换阀的一进气端相连接；第一切换阀的另一进气端为被试断路器分解产物进样端，第一切换阀、第三切换阀以及第四切换阀依次连接，形成串接状态，以使得被试断路器分解产物能够进入第一切换阀、第三切换阀以及第四切换阀中；

所述第一切换阀的出气端和第一色谱柱的进气端相连接，第一色谱柱的出气端和第二切换阀的一进气端相连接，第二切换阀的另一进气端和第二载气的出气端相连接，第二切换阀的出气端和第二色谱柱的进气端相连接，第二色谱柱的出气端和第一检测器的进气端相连接；

所述第三切换阀的出气端和第三色谱柱的进气端相连接，第三色谱柱的出气端和第五切换阀的一进气端相连接，第五切换阀的另一进气端和第二切换阀的另一出气端相连接，以使得第二氦气能够进入至第五切换阀；第五切换阀的出气端和和第五色谱柱的进气端相连接，第五色谱柱的出气端和第一检测器的进气端相连接；

所述第四切换阀的出气端和第四色谱柱的进气端相连接，第四色谱柱的出气端和第五切换阀的再另一进气端相连接，第五切换阀的出气端和和第五色谱柱的进气端相连接，第五色谱柱的出气端和第一检测器的进气端相连接。

所述第一色谱柱和第四色谱柱均为4m硅胶色谱柱；所述第二色谱柱为3m硅胶色谱柱；所述第三色谱柱为15m毛细管柱；所述第五色谱柱为5A分子筛色谱柱。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：

通过采用本多氦离子检测系统能够在现场实现实时取样，同时对多种气体组分进行在线跟踪分析的装置，为试验提供丰富的数据，同时对现场的实时组分分析提供一种有效检测手段，能够跟踪SF₆气体组分演化发展趋势，揭示灭弧室在累积烧蚀过程中SF₆气体组分变化发展规律为准确评估灭弧室喷口剩余寿命提供关键依据。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的多氦离子检测系统组成示意图；

图2为进样分析流程示意图；

图中：1、第一切换阀；2、第二切换阀；3、第三切换阀；4、第四切换阀；5、第五切换阀；6、第一色谱柱；7、第二色谱柱；8、第四色谱柱；9、第五色谱柱；10、第一检测器；11、第二检测器；12、第一载气；13、第二载气；14、第三色谱柱；100、第一时间同步控制器；200、第二时间控制器；300、系统终端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

实施例：

本多氦离子检测系统是基于气相色谱检测技术，气相色谱是一种物理的分离方法。利用被测物质各组分在不同两相间分配系数(溶解度)的微小差异，当两相作相对运动时，这些物质在两相间进行反复多次的分配，使原来只有微小的性质差异产生很大的效果，而使不同组分得到分离。

参阅图1所示，本实施例提供的多氦离子检测系统包括多氦离子检测装置、第一时间同步控制器100、第二时间控制器200以及系统终端300。其中，

其中，该多氦离子检测装置用于分离检测被试断路器分解产物，由N个氦离子检测模块单元所组成，以形成N路检测，如此，一路检测按照行业平均水平需约20分钟，如果是N路按照固定的时间间隔错峰检测，则每20/N分钟可得到一个检测结果，从而可以实现多组分和快速检测的目的。

由于是采用多路检测的方式，各个气路之间会存在串扰、压力流量以及时间难以精确控制的技术问题，为了解决这些技术问题，上述的第一时间同步控制器100设置在被试断路器气体阀门输出前端和氦离子检测模块单元的进样端之间，以使得N个氦离子检测模块单元的检测进样时间均压错开；其中，N为整数，且大于等于2。系统终端300和氦离子检测模块单元的检测结果输出端相连接，以分析出被试断路器分解产物混合的组分含量；而该第二时间同步控制器200设置在氦离子检测模块单元的启动端(接受到操作开始的电信号后，继电器励磁启动，是测试系统控制回路通电，各元器件在电能作用下正常工作)和系统终端之间，以使得每氦离子检测模块单元在系统终端完成任务后循环重启新一轮的检测任务。两个时间控制器类似马路交通的红绿灯控制系统，一方面可避免路面拥堵(即气路进样时间重叠)，一方面可防止资源空置浪费。

下面一个氦离子检测模块单元为例进行详细说明：

每一个氦离子检测模块单元均包括第一切换阀1、第二切换阀2、第三切换阀3、第四切换阀4、第五切换阀5、第一色谱柱6、第二色谱柱7、第三色谱柱14、第四色谱柱8、第五色谱柱9、第一检测器10、第二检测器11、第一载气12以及第二载气13。

其中，该第一载气12的出气端分别和第一切换阀1、第三切换阀3以及第四切换阀4的一进气端相连接；第一切换阀1的另一进气端为被试断路器分解产物进样端，第一切换阀1、第三切换阀3以及第四切换阀4依次连接，形成串接状态，以使得被试断路器分解产物能够进入第一切换阀1、第三切换阀3以及第四切换阀4中。

该第一切换阀1的出气端和第一色谱柱6的进气端相连接，第一色谱柱6的出气端和第二切换阀2的一进气端相连接，第二切换阀2的另一进气端和第二载气13的出气端相连接，第二切换阀2的出气端和第二色谱柱7的进气端相连接，第二色谱柱7的出气端和第一检测器10的进气端相连接。

该第三切换阀3的出气端和第三色谱柱14的进气端相连接，第三色谱柱14的出气端和第五切换阀5的一进气端相连接，第五切换阀5的另一进气端和第二切换阀2的另一出气端相连接，以使得第二氦气13能够进入至第五切换阀5；第五切换阀5的出气端和和第五色谱柱9的进气端相连接，第五色谱柱9的出气端和第一检测器10的进气端相连接。

该第四切换阀4的出气端和第四色谱柱8的进气端相连接，第四色谱柱8的出气端和第五切换阀5的再另一进气端相连接，第五切换阀5的出气端和和第五色谱柱9的进气端相连接，第五色谱柱9的出气端和第一检测器10的进气端相连接。

混合气体(即被试断路器分解产物)在一个氦离子检测单元模块的分离过程具体如下：

流程1：第一载气和第一切换阀连接，开始采集后，第一切换阀切换至进样状态，第一载气携带样品进入第一色谱柱，第一色谱柱与第二切换阀连接，第二载气携带第一色谱柱的气样分别进入第二切换阀，在样品气中SF₆流入第二色谱柱之前，经过反吹将样气中SF₆通过第二切换阀放空，SF₆排尽后再将切换气路，剩余样品继续进入第一检测器，以分离出CO₂、CF₄、C₂F₆、C₃F₈、H₂S、SOF₂、SO₂F₂；

流程2：第一载气和第四切换阀连接，开始采集后，第四切换阀切换至进样状态，第一载气携带样品进入第四色谱柱，第二载气携带第四色谱柱的气样分别进入第五切换阀，期间通过第五切换阀反吹将SF₆放空，排尽后切回进样气路，剩余样品继续流入第五色谱柱5，进入第二检测器，以分离出H₂、O₂、N₂、CO；

流程3：第一载气和第三切换阀连接，开始采集后，第三切换阀切换至进样状态，第一载气携带样品进入第三色谱柱，第二载气携带第三色谱柱的气样分别进入第五切换阀，第三色谱柱经过第五切换阀5流出后进入第二检测器，以分离出SO₂、CS₂；其中，流程2和流程3采用串行检测手段，同时并行处理流程2，可以有效缩短单次进样检测的时间。

由此可知，每一个氦离子检测模块单元都可一次进样检测O₂、N₂、CO、CO₂、NO₂、CF₄、C₂F₆、C₃F₈、H₂S、SO₂、SOF₂、SO₂F₂、S₂F₁₀O、SF₆达14种组分，跟踪SF₆气体组分演化发展趋势，揭示灭弧室在累积烧蚀过程中SF₆气体组分变化发展规律。

色谱柱用来将混合气体中多种分分解物分离开，之后依次进入后端检测器，响应出电信号，作为浓度测算依据，从而可以踪SF₆气体组分演化发展趋势，为准确评估灭弧室喷口剩余寿命提供关键依据。当然，在本申请中，检测器都是采用现有常规的装置，在此就不再详细描述其具体的构造和工作原理。

具体地，上述的第一色谱柱6和第四色谱柱8均为4m硅胶色谱柱，该第二色谱柱7为3m硅胶色谱柱；该第三色谱柱14为15m毛细管柱；该第五色谱柱9为5A分子筛色谱柱。通过巧妙设置不同型号规格的色谱柱，以快速、高效地对混合气体中多种分分解物分离开。

也就是说，本系统的多氦离子检测装置是基于气相色谱检测技术，由N套氦离子检测模块单元组成，每一个检测模块单元需分流3路分别进入后端检测器，并由另一个时间同步控制器安排进行循环任务，从而实现精确的时间响应分离与浓度定量检测，如图2所示，为本系统的轮流进样分析流程示意图，多氦离子检测装置内部可按照试验需求，集成N套氦离子检测模块单元，在每完整轮分析时间20分钟的情况下，实现进样间隔20/N分钟，第一轮进样采用检测模块单元1，在时刻0开始进样；当第1轮分析时间进展值20/N时，开始检测模块单元第2轮进样，在时刻20*(N-1)/N时，开始第N轮进样，在时刻20分钟时，检测模块单元完成一个完整轮的分析后，由时间同步控制器发出重新进样分析命令，依次类推。

综上，通过采用本多氦离子检测系统能够在现场实现实时取样，同时对多种气体组分进行在线跟踪分析的装置，为试验提供丰富的数据，同时对现场的实时组分分析提供一种有效检测手段，实现14种气体组分含量的带电实时监测，检测精度达到0.1ppm，重复性偏差小于1％，跟踪SF₆气体组分演化发展趋势，揭示灭弧室在累积烧蚀过程中SF₆气体组分变化发展规律为准确评估灭弧室喷口剩余寿命提供关键依据。

具体地，上述的系统终端和氦离子检测模块单元的检测结果输出端之间通过无线路由器的方式来实现通讯连接，将远程采集到的数据，进行定量分析，同时可设定全自动连续取样时间程序，开合试验开始后，无需人工干预，终端自动按固定频率采集分析检测数据。该系统终端为电脑或者是平板电脑。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多氦离子检测系统，其特征在于，包括多氦离子检测装置、第一时间同步控制器、第二时间控制器以及系统终端；其中，

所述多氦离子检测装置用于分离检测被试断路器分解产物，由N个氦离子检测模块单元所组成，以形成N路检测；

所述第一时间同步控制器设置在被试断路器气体阀门输出前端和氦离子检测模块单元的进样端之间，以使得N个氦离子检测模块单元的检测进样时间均压错开；其中，N为整数，且大于等于2；

所述系统终端和氦离子检测模块单元的检测结果输出端相连接，第二时间同步控制器设置在氦离子检测模块单元的启动端和系统终端之间，以使得每氦离子检测模块单元在系统终端完成任务后循环重启新一轮的检测任务。

2.如权利要求1所述的多氦离子检测系统，其特征在于，所述氦离子检测模块单元包括第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀、第四切换阀、第五切换阀、第一色谱柱、第二色谱柱、第三色谱柱、第四色谱柱、第五色谱柱、第一检测器、第二检测器、第一载气以及第二载气；其中，

所述第一载气的出气端分别和第一切换阀、第三切换阀以及第四切换阀的一进气端相连接；第一切换阀的另一进气端为被试断路器分解产物进样端，第一切换阀、第三切换阀以及第四切换阀依次连接，形成串接状态，以使得被试断路器分解产物能够进入第一切换阀、第三切换阀以及第四切换阀中；

所述第一切换阀的出气端和第一色谱柱的进气端相连接，第一色谱柱的出气端和第二切换阀的一进气端相连接，第二切换阀的另一进气端和第二载气的出气端相连接，第二切换阀的出气端和第二色谱柱的进气端相连接，第二色谱柱的出气端和第一检测器的进气端相连接；

所述第三切换阀的出气端和第三色谱柱的进气端相连接，第三色谱柱的出气端和第五切换阀的一进气端相连接，第五切换阀的另一进气端和第二切换阀的另一出气端相连接，以使得第二氦气能够进入至第五切换阀；第五切换阀的出气端和第五色谱柱的进气端相连接，第五色谱柱的出气端和第一检测器的进气端相连接；

所述第四切换阀的出气端和第四色谱柱的进气端相连接，第四色谱柱的出气端和第五切换阀的再另一进气端相连接。

3.如权利要求2所述的多氦离子检测系统，其特征在于，所述第一色谱柱和第四色谱柱均为4m硅胶色谱柱；所述第二色谱柱为3m硅胶色谱柱；所述第三色谱柱为15m毛细管柱；所述第五色谱柱为5A分子筛色谱柱。

4.如权利要求1所述的多氦离子检测系统，其特征在于，所述系统终端和氦离子检测模块单元的检测结果输出端之间通过无线路由器的方式来实现通讯连接。

5.如权利要求1或4所述的多氦离子检测系统，其特征在于，所述系统终端为电脑或者是平板电脑。