CN210269600U - 一种原位gis设备so2和h2s气体在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种原位GIS设备SO2和H2S气体在线监测装置，包括待测GIS设备和检测设备，所述待测GIS设备的口盖上设有光学检测探头，光学检测探头包括探头基板，探头基板上设有照射光源、接收光源和反射镜片，检测设备的主机通过发射光纤与照射光源相连，通过接受光纤与接收光源连接，所述反射镜片固定在光学检测探头上且与照射光源和接收光源分别位于探头基板的两侧。采用非接触式的设计，原位测量端技术设计，不改变GIS设备电场分布、密封性和绝缘性，不造成气体扰动。

Description

一种原位GIS设备SO2和H2S气体在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及电气设备监测领域，尤其涉及一种原位GIS设备SO2和H2S气体在线监测装置。

背景技术

SF₆电气设备凭借其优异的绝缘和灭弧性能，成为当前高压电气行业的主流。GIS设备在运行过程中，会由于气室内电极材料、生产过程中残留的湿气与空气，以及用于绝缘的有机材料等原因，会发生放电分解现象，伴随生成了多种低氟硫化物和稳定化合物，导致GIS设备绝缘性能严重下降。

根据IEC60480标准，分解气体的组分、浓度，与绝缘缺陷类型、性质、程度等密切相关。SF6气体在设备发生绝缘故障时，可生成SO₂、H₂S、CO₂、CO、HF、CF₄、SF₄、SF₆、SOF₂、SOF₄、SO₂F₂、S₂F₁₀、SiF₄、COS等多种分解物，不论电弧、火花或者是电晕放电，分解后都会产生SO₂和H₂S气体，因此GIS设备在线运行中实时监测SO₂和H₂S气体浓度，可以预测故障发展趋势并提供准确的判断依据，对尽早排除重大故障隐患、保障设备安全可靠运行具有重要意义。

国内外许多研究机构开展了SF6电力设备分解产物含量检测方法的研究，虽然还有着大量的科学研究和试验分析有待深入开展，但也已取得了一些重要研究成果，并进行了实际应用。所采用的SF6设备绝缘气体状态现场检测方法有电化学法、检测管法，实验室检测的常用方法有气相色谱法、色谱-质谱法、光谱法等。这些方法虽各有侧重，却都有较大不足。(1)以电化学传感器为代表的现场检测仪器的稳定性不足、检测对象数量有限，不足以为设备绝缘气体状态评价提供准确充分的依据，无法提供电力设备绝缘状态科学研究足够的科学参数。(2)以引进的国外高端气相色谱仪、质谱仪以及光谱仪为代表的现场采样实验室分析仪器，虽然检测灵敏度高、参数多，但无法实现绝缘气体状态现场分析，采样与分析流程时间长，气体复合、吸附、复分解等因素影响分析数据准确性，无法提供电力科学研究所需的真实科学数据；并且设备价格昂贵且后续技术服务受制于人，使众多科研及业务运用部门普遍难以承受和推广应用。

国内基于光谱技术的SF6分解物多组分分析仪研究的开展相对较晚，主要成果见于某些科研院所的科学研究报道，未见到相关的产业化仪器研制。其中，西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室的杨彦博、董明等人研究了电晕放电下SF6气体分解物的红外光谱检测方法。重庆大学输变电装备及系统安全与新技术国家重点实验室的张晓星、任江波等人，利用傅里叶红外光谱技术，研究了SF6分解组分的定量测定，测量了SOF2、SO2F2、SO2、CO标准气体的红外吸收光谱图，研究了产气率随放电率及放电时间变化的规律等内容。华北电力大学、中国电力科学研究院、广西电力科学研究院、江苏电力科学研究院、广东电力科学研究院以及安徽电力科学研究院等单位利用引进的国外分解物光谱分析实验平台，开展了电力设备绝缘气体状态分析的基础科学研究工作。

基于上述技术研究现状，采用旁路采样设备内气体或订制试验设备，然后在实验设备两侧开光学窗口后再进行气体监测有进行过相关技术研究和科学试验，当前尚没有设备可直接原位用于GIS设备在线监测。

实用新型内容

为解决现有的技术问题，本实用新型提供了一种原位GIS设备SO2和H2S气体在线监测装置。

本实用新型具体内容如下：一种原位GIS设备SO2和H2S气体在线监测装置，包括待测GIS设备和检测设备，所述待测GIS设备的口盖上设有光学检测探头，光学检测探头包括探头基板，探头基板上设有照射光源、接收光源和反射镜片，检测设备的主机通过发射光纤与照射光源相连，通过接受光纤与接收光源连接，所述反射镜片固定在光学检测探头上且与照射光源和接收光源分别位于探头基板的两侧。

进一步的，所述照射光源和接收光源通过光纤与光学检测探头相连，所述光源检测探头通过法兰固定螺栓与待测GIS设备的口盖基座相连接。

进一步的，所述照射光源和接收光源均采用透镜镜头结构。

进一步的，所述透镜镜头依次包括光纤法兰座、镜头焦距调整座、镜头固定座、固定焦距透镜和透镜压圈，所述光纤法兰座分别与入射光纤和接收光纤直接连接，所述镜头焦距调整座套接在镜头固定座外，镜头固定座套接在固定焦距透镜外，镜头固定座与探头基板相连。

进一步的，所述镜头固定座上设有镜头座固定孔和镜头座锁紧螺纹孔，镜头座固定孔和镜头座锁紧螺纹孔为四顶四拉结构，通过调整镜头座固定孔和镜头座锁紧螺纹孔对应的螺栓位置调整镜头的固定和光束方位调整。

进一步的，所述照射光源的入射窗口和接收光源的接收窗口相同，包括嵌入在探头基板中的窗口镜片，所述窗口镜片外设有窗口压圈，窗口压圈内设有窗口压圈密封槽，窗口压圈通过窗口压圈固定螺纹孔固定，镜头座固定孔设置在窗口压圈固定螺纹孔的外侧。

进一步的，所述反射镜片还包括第一镜片、第二镜片…和第n镜片，n≥2，所述检测设备的主机发射的入射光通过光纤进入照射光源后穿过基板窗口，然后依次射入第一镜片、第二镜片…和第n镜片，再穿过基板窗口到接收光源，通过接收光纤返回检测设备主机。

进一步的，所述反射镜片包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片，所述第二镜片、第三镜片和第五镜片为直接反射镜片。

进一步的，所述第一镜片和第四镜片结构相同，包括镜片固定座和反射镜片压板，反射镜片压板与镜片固定座时间形成钝角夹角，所述镜片固定座通过底部的镜座固定孔与光学检测探头基板相连，所述反射镜片压板通过压板固定螺丝将反射镜片固定。

进一步的，所述检测设备包括气体采样池、下位机控制模块、紫外光谱仪、氘灯光源、真空泵、上位机数据处理与状态分析模块；所述真空泵与下位机控制模块和气体采样池相连，所述紫外光谱仪和氘灯光源分别与真空泵相连，紫外光谱仪和氘灯光源均与上位机数据处理模块与状态分析模块通信连接。下位机控制模块控制电磁阀动作，将样本气体从待测SF6电气设备导入气体采样池，紫外光谱仪与氘灯光源配合获取样本气体光谱信号，并传至上位机数据处理与状态分析模块进行程序后处理，判断SF6电气设备内是否存在放电衍生物SO2后，输出检测结果。

本实用新型的有益效果：采用非接触式的设计，原位测量端技术设计，不改变GIS设备电场分布、密封性和绝缘性，不造成气体扰动。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步阐明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的光学检测探头的示意图1；

图3为本实用新型的光学检测探头的示意图2；

图4为本实用新型的光学检测探头的示意图3；

图5为本实用新型的照射光源的结构示意图1；

图6为本实用新型的照射光源的结构示意图2；

图7为图6的A-A面剖视图；

图8为本实用新型的第一光学镜片的示意图1；

图9为本实用新型的第一光学镜片的示意图2；

图10为本实用新型的入射窗口的示意图1；

图11为图10的B-B面剖视示意图；

图12为本实用新型的光路示意图1；

图13为本实用新型的光路示意图2。

具体实施方式

如图1-图4所示，一种原位GIS设备SO2和H2S气体在线监测装置，包括待测GIS设备和检测设备，待测GIS设备的口盖上设有光学检测探头，光学检测探头包括探头基板，探头基板上设有照射光源1、接收光源2和反射镜片，检测设备的主机通过发射光纤与照射光源1相连，通过接受光纤与接收光源2连接，反射镜片固定在光学检测探头上且与照射光源1和接收光源2分别位于探头基板的两侧。

通过将GIS设备原来的口盖，置换成带有检测探头的口盖，这样既保持设备本体不发生改变，又实现了在设备上加装了检测探头。在置换后带有光学检测探头的口盖，通过光纤连接到照射光源1和接收光源2上，检测设备主机仅通过两条无源光纤与待测GIS设备本连接，结构简单易于制作和使用。

作为一种改进，照射光源1和接收光源2通过光纤与光学检测探头相连，光源检测探头通过法兰固定螺栓3与待测GIS设备的口盖基座相连接。

如图5-图7所示，作为一种改进，照射光源1和接收光源2均采用透镜镜头结构。

作为一种改进，透镜镜头依次包括光纤法兰座、镜头焦距调整座、镜头固定座、固定焦距透镜和透镜压圈，光纤法兰座分别与入射光纤和接收光纤直接连接，镜头焦距调整座套接在镜头固定座外，镜头固定座套接在固定焦距透镜外，镜头固定座与探头基板相连。

作为一种改进，镜头座固定座上设有镜头座固定孔和镜头座锁紧螺纹孔，镜头座固定孔和镜头座锁紧螺纹孔为四顶四拉结构，通过调整镜头座固定孔和镜头座锁紧螺纹孔对应的螺栓位置调整镜头的固定和光束方位调整。

光纤法兰座K1为SMA-905标准光纤法兰座，入射光纤和接收光纤均与光纤法兰座K1直接相连接，镜头焦距调整座K2与镜头固定座K3为螺纹连接，通过旋转镜头焦距调整座K2的进退实现镜头焦距长短，镜头座固定孔K6和镜头座锁紧螺纹孔K7为四顶四拉结构，通过调整镜头座固定孔K6和镜头座锁紧螺纹孔K7螺栓，实现镜头的固定和光束方位调整。

如图10和图11，作为一种改进，照射光源1的入射窗口和接收光源2的接收窗口相同，包括嵌入在探头基板D1中的窗口镜片D4，窗口镜片外设有窗口压圈，窗口压圈D5内设有窗口压圈密封槽D3，窗口压圈通过窗口压圈固定螺纹孔D2固定，镜头座固定孔K6设置在窗口压圈固定螺纹孔的外侧。

如图8和图9，作为一种改进，反射镜片还包括第一镜片4、第二镜片5…和第n镜片，n≥2，检测设备的主机发射的入射光通过光纤进入照射光源1后穿过基板窗口，然后依次射入第一镜片4、第二镜片5…和第n镜片，再穿过基板窗口到接收光源2，通过接收光纤返回检测设备主机。

作为一种改进，反射镜片包括第一镜片4、第二镜片5、第三镜片6、第四镜片7和第五镜片8，第二镜片5、第三镜片6和第五镜片8为直接反射镜片。

作为一种改进，第一镜片4和第四镜片7结构相同，包括镜片固定座F4和反射镜片压板F5，反射镜片压板F5与镜片固定座F4时间形成钝角夹角，镜片固定座F4通过底部的镜座固定孔与光学检测探头基板相连，反射镜片压板F5通过压板固定螺丝F6将反射镜片固定。以第一镜片为例，钝角夹角为135°，可将入射至其的光线垂直射出，最后到达光束F1，经过镜片反射后形成F2，进而再进入出射窗口再进入接收光源。

如图12和图13所示，为提高信号检测灵敏度，增加光束在探头内的光程，在探头的反射镜片上采用多次反射方法，本发明采用的是五次反射。从主机发射光纤来的入射光G1光线经过发射光源1将光束整形后穿过入射窗口C1后到达第一镜片J1，经第一镜片J1反射后G2光路到达第二镜片J2，经第二镜片J2反射后G3光路到达第三镜片J3，经第三镜片J3反射后G4光路到达第四镜片J4，经第四镜片J4反射后G5光路到达第五镜片J5，光路G5再穿过接收窗口C2后进入接收光源2，经接收光源2光束耦合形成光路G6后再进入接收光纤，通过接收光纤返回到主机。

作为一种改进，检测设备包括气体采样池、下位机控制模块、紫外光谱仪、氘灯光源、真空泵、上位机数据处理与状态分析模块；真空泵与下位机控制模块和气体采样池相连，紫外光谱仪和氘灯光源分别与真空泵相连，紫外光谱仪和氘灯光源均与上位机数据处理模块与状态分析模块通信连接。下位机控制模块控制电磁阀动作，将样本气体从待测SF6电气设备导入气体采样池，紫外光谱仪与氘灯光源配合获取样本气体光谱信号，并传至上位机数据处理与状态分析模块进行程序后处理，判断SF6电气设备内是否存在放电衍生物SO2后，输出检测结果。利用原位在线紫外吸收光谱方法，可以实时监测SF6绝缘气体设备内的SO2和H2S特征气体瞬时浓度，实现SF6电气设备绝缘状态在线监测，具有体积小、价格低、易安装维护等特点，适用于现场复杂的在线检测要求。

本实施例具有的优点：1.非接触热驱动SF6气体循环采样检测系统的设计；在紫外微型增程光学吸收池的设计方法上采用非接触热驱动气体循环技术，使微型增程光学吸收池和设备本体的气体交互循环，设计需要突破温度对光学器件的影响，以及取样检测模块小型化的问题。

2.原位监测分析，实时准确反映GIS绝缘气体状态；

3.采用深紫外差分吸收光谱分析技术抗干扰能力强，灵敏度高；

4.原位测量端技术设计，不改变GIS设备电场分布、密封性和绝缘性，不造成气体扰动；

5.原位测量端与GIS本体同寿命设计，无需在设备运行过程中时行设备维护与保养。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种原位 GIS 设备 SO2 和 H2S 气体在线监测装置，其特征在于：包括待测 GIS设备和检测设备，所述待测 GIS 设备的口盖上设有光学检测探头，光学检测探头包括探头基板，探头基板上设有照射光源、接收光源和反射镜片，检测设备的主机通过发射光纤与照射光源相连，通过接受光纤与接收光源连接，所述反射镜片固定在光学检测探头上且与照射光源和接收光源分别位于探头基板的两侧。

2.根据权利要求 1 所述的原位 GIS 设备 SO2 和 H2S 气体在线监测装置，其特征在于：所述照射光源和接收光源通过光纤与光学检测探头相连，所述光学检测探头通过法兰固定螺栓与待测 GIS 设备的口盖基座相连接。

3.根据权利要求 1 所述的原位 GIS 设备 SO2 和 H2S 气体在线监测装置，其特征在于：所述照射光源和接收光源均采用透镜镜头结构。

4.根据权利要求 3 所述的原位 GIS 设备 SO2 和 H2S 气体在线监测装置，其特征在于：所述透镜镜头依次包括光纤法兰座、镜头焦距调整座、镜头固定座、固定焦距透镜和透镜压圈，所述光纤法兰座分别与入射光纤和接收光纤直接连接，所述镜头焦距调整座套接在镜头固定座外，镜头固定座套接在固定焦距透镜外，镜头固定座与探头基板相连。

5.根据权利要求 4 所述的原位 GIS 设备 SO2 和 H2S 气体在线监测装置，其特征在于：所述镜头固定座上设有镜头座固定孔和镜头座锁紧螺纹孔，镜头座固定孔和镜头座锁紧螺纹孔为四顶四拉结构，通过调整镜头座固定孔和镜头座锁紧螺纹孔对应的螺栓位置调整镜头的固定和光束方位调整。

6.根据权利要求 4 所述的原位 GIS 设备 SO2 和 H2S 气体在线监测装置，其特征在于：所述照射光源的入射窗口和接收光源的接收窗口相同，包括嵌入在探头基板中的窗口镜片，所述窗口镜片外设有窗口压圈，窗口压圈内设有窗口压圈密封槽，窗口压圈通过窗口压圈固定螺纹孔固定，镜头座固定孔设置在窗口压圈固定螺纹孔的外侧。

7.根据权利要求 3 所述的原位 GIS 设备 SO2 和 H2S 气体在线监测装置，其特征在于：所述反射镜片还包括第一镜片、第二镜片…和第 n 镜片，n≥2，所述检测设备的主机发射的入射光通过光纤进入照射光源后穿过基板窗口，然后依次射入第一镜片、第二镜片…和第 n 镜片，再穿过基板窗口到接收光源，通过接收光纤返回检测设备主机。

8.根据权利要求 7 所述的原位 GIS 设备 SO2 和 H2S 气体在线监测装置，其特征在于：所述反射镜片包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片，所述第二镜片、第三镜片和第五镜片为直接反射镜片。

9.根据权利要求 8 所述的原位 GIS 设备 SO2 和 H2S 气体在线监测装置，其特征在于：所述第一镜片和第四镜片结构相同，包括镜片固定座和反射镜片压板，反射镜片压板与镜片固定座之间形成钝角夹角，所述镜片固定座通过底部的镜座固定孔与探头基板相连，所述反射镜片压板通过压板固定螺丝将反射镜片固定。

10.根据权利要求 1 所述的原位 GIS 设备 SO2 和 H2S 气体在线监测装置，其特征在于：所述检测设备包括气体采样池、下位机控制模块、紫外光谱仪、氘灯光源、真空泵、上位机数据处理与状态分析模块；所述真空泵与下位机控制模块和气体采样池相连，所述紫外光谱仪和氘灯光源分别与真空泵相连，紫外光谱仪和氘灯光源均与上位机数据处理模块与状态分析模块通信连接。

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