CN211955717U

CN211955717U - 一种在线监测装置

Info

Publication number: CN211955717U
Application number: CN202020419579.6U
Authority: CN
Inventors: 唐念; 李丽; 周永言; 樊小鹏; 黎晓淀; 刘剑锋
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2030-03-27

Abstract

本申请涉及六氟化硫电气设备的技术领域，尤其涉及一种在线监测装置。本申请提供了在线监测装置，包括：第一六通阀、第一色谱柱、第二六通阀、第二色谱柱、第三六通阀、检测器、定量管、载气气源、气体纯化器、压缩泵、真空泵、储气罐、气体分配器、六氟化硫气室和校准气室，本申请的在线监测装置能有效解决现有在线式六氟化硫电气设备气体的检测方法存在的可测组分少、灵敏度低、稳定性差等技术问题，实现了对六氟化硫电气设备绝缘气体的自动在线监测与分析，具备可测组分多、灵敏度高、性能稳定可靠的优点。

Description

一种在线监测装置

技术领域

本申请涉及六氟化硫电气设备的技术领域，尤其涉及一种在线监测装置。

背景技术

六氟化硫(SF₆)电气设备是超特高压和现代城市电网的关键设备。随着电力工业的快速发展，六氟化硫电气设备数量不断增多，应用面不断扩大。SF₆气体是设备中重要的绝缘和灭弧介质，在电弧、放电、高温等条件下，SF₆气体会发生分解并与电气设备中的水分、氧气、固体材料等发生反应，生成SO₂、H₂S、COS、SO₂F₂、SOF₂、CS₂等一系列分解产物。对六氟化硫分解产物进行检测，尤其是多种分解产物的联合检测，对于电气设备内部潜伏性故障的类型和危险程度诊断等具有重要意义。

目前，针对六氟化硫电气设备气体的检测方法有离线式和在线式两大类，其中在线监测方法由于准确度高、时效性强而受到越来越多的关注。此前已有的在线监测方法包括电化学传感器法、光声光谱法等，但由于普遍存在可测组分少、灵敏度低、稳定性差等问题，严重限制了相关技术的应用和推广。

因此，寻找一种检测能力强、性能稳定可靠的在线监测装置是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

实用新型内容

本申请提供了一种在线监测装置，能有效解决现有在线式六氟化硫电气设备气体的检测方法存在的可测组分少、灵敏度低、稳定性差等技术问题，实现了对六氟化硫电气设备绝缘气体的自动在线监测与分析，具备可测组分多、灵敏度高、性能稳定可靠的优点。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种在线监测装置，包括：

第一六通阀、第一色谱柱、第二六通阀、第二色谱柱、第三六通阀、检测器、定量管、载气气源、气体纯化器、压缩泵、真空泵、储气罐、气体分配器、六氟化硫气室和校准气室；

所述载气气源与所述气体纯化器的进样端连接，所述气体纯化器与所述第一六通阀连接；

所述压缩泵的一端和所述真空泵的一端连接；所述真空泵的另一端和所述储气罐的一端连接；所述储气罐的另一端通过所述第一六通阀与所述定量管连接；

所述第一六通阀与所述第一色谱柱的进样端连接，所述第一色谱柱的出样端与所述第二六通阀连接，所述第二六通阀与所述第二色谱柱的进样端连接，所述第二色谱柱的出样端与所述第二六通阀连接，所述第二六通阀与所述第三六通阀连接，所述第三六通阀与所述检测器连接；

所述定量管的进样端与所述第一六通阀连接，所述定量管的出样端与所述第一六通阀连接；

所述第一六通阀与所述气体分配器连接，所述气体分配器分别与所述压缩泵的出口、六氟化硫电气设备的六氟化硫气室和所述校准气室连接。

作为优选，还包括减压阀，所述气体纯化器的进样端与载气气源连接的管路上还设置有减压阀。

作为优选，还包括压力表，所述储气罐连接有所述压力表。

作为优选，所述第一色谱柱为硫柱，所述第二色谱柱为碳柱。

作为优选，所述检测器为氦离子脉冲检测器。

作为优选，所述第一色谱柱和所述第二色谱柱设有色谱加热箱。

作为优选，还包括三通阀，所述第一六通阀的第一通口与所述三通阀的第一通口连接，所述三通阀的第二通口与所述气体纯化器的出样端连接，所述三通阀的第三通口与所述检测器连接。

作为优选，还还包括废气口，所述第三六通阀与所述废气口连通，所述检测器与所述废气口连通。

作为优选，所述定量管为硫钝化不锈钢管，可以为标准采样体积为500～2000ml的硫钝化不锈钢管。

作为优选，所述储气罐为不锈钢压力罐，可以为标准体积为1000ml的不锈钢压力罐。

需要说明的是，本申请公开的方法是在六氟化硫电气设备处于运行的条件下，对六氟化硫电气设备的状况进行实时监测，从六氟化硫电气设备监测的气体为六氟化硫分解产物。

进一步的，本申请第二方面提供了一种六氟化硫电气设备内部故障诊断方法，包括：

S101：在线监测六氟化硫电气设备中的气体的种类和含量并进行判断，判断硫氧(氟)化物TS的含量是否大于1，若是，则进行S102，其中，所述硫氧(氟)化物包括硫酰氟SO₂F₂、氟化亚硫酰SOF₂和二氧化硫SO₂；

S102：判断所述二硫化碳CS₂的含量是否大于0，若是，则确定所述六氟化硫电气设备的内部故障为所述六氟化硫电气设备中固体绝缘材料故障；若否，则确定所述六氟化硫电气设备的内部故障为所述六氟化硫电气设备的固体绝缘材料以外的故障。

作为优选，所述二硫化碳CS₂的含量大于0之后还包括S103；

S103：判断所述羰基硫COS的含量是否大于0，若否，则确定所述六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于一级破坏状态；若是，则进行S104，S104：判断所述硫化氢H₂S的含量是否大于0，若否，则确定所述六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于二级破坏状态；若是，则确定所述六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于三级破坏状态。

其中，硫氧(氟)化物TS的含量为硫氧化物和硫氟化物的含量之和。

需要说明的是，本申请的方法中在线监测六氟化硫电气设备中的气体的种类和含量为六氟化硫电气设备中所有的气体，包括SO₂、SO₂F₂、SOF₂、H₂S、CS₂、COS、CF₄、C₃F₈、CO、H₂、CH₄、空气等多种气体组分；本申请的方法中判断硫氧(氟)化物TS的含量是否大于1具体是在线监测六氟化硫电气设备的硫酰氟SO₂F₂、氟化亚硫酰SOF₂和二氧化硫SO₂含量之和是否大于1，其中，硫氧(氟)化物TS的含量为六氟化硫电气设备的硫酰氟SO₂F₂、氟化亚硫酰SOF₂和二氧化硫SO₂之和。

作为优选，在确定所述二硫化碳CS₂的含量等于0之后还包括S105；S105：判断所述二氧化硫SO₂与所述硫酰氟SO₂F₂的比值是否大于等于1，若是，则确定所述六氟化硫电气设备中处于二级异常状态；若否，则确定所述六氟化硫电气设备中处于一级异常状态。

需要说明的是，二硫化碳CS₂的含量只有两种情况，第一种是二硫化碳CS₂的含量大于0，第二种情况是二硫化碳CS₂的含量等于0。

作为优选，在确定所述二硫化碳CS₂的含量等于0之后还包括S106；

S106：判断所述二氧化硫SO₂与所述硫酰氟SOF₂的比值是否大于等于0.8，若是，则确定所述六氟化硫电气设备中处于过热状态，且确定所述六氟化硫电气设备的内部温度大于400℃。

进一步的，本申请第三方面提供了一种六氟化硫电气设备内部故障诊断装置，包括：

监测装置、第一判定单元和第一判断单元；

所述监测装置，具体用于在线监测六氟化硫电气设备中的气体的种类和含量；

所述第一判定单元，具体用于判定六氟化硫电气设备中硫氧(氟)化物TS的含量是否大于1，若是，则触发所述第一判断单元，其中，所述硫氧(氟)化物TS包括硫酰氟SO₂F₂、氟化亚硫酰SOF₂和二氧化硫SO₂；

所述第一判断单元，具体用于判断所述二硫化碳CS₂的含量是否大于0，若是，则确定所述六氟化硫电气设备的内部故障为所述六氟化硫电气设备中固体绝缘材料故障；若否，则确定所述六氟化硫电气设备的内部故障为所述六氟化硫电气设备的固体绝缘材料以外的故障。

作为优选，所述六氟化硫电气设备内部故障诊断装置，还包括第二判断单元和第三判断单元；

在确定所述二硫化碳CS₂的含量大于0之后触发所述第二判断单元；

所述第二判断单元，具体用于判断所述羰基硫COS的含量是否大于0，若否，则确定所述六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于一级破坏状态；若是，则触发所述第三判断单元，所述第三判断单元，具体用于判断所述硫化氢H₂S的含量是否大于0，若否，则确定所述六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于二级破坏状态；若是，则确定所述六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于三级破坏状态。

作为优选，所述六氟化硫电气设备内部故障诊断装置，还包括第四判断单元；

在确定所述二硫化碳CS₂的含量等于0之后触发所述第四判断单元；所述第四判断单元，具体用于判断所述二氧化硫SO₂与所述硫酰氟SO₂F₂的比值是否大于等于1，若是，则确定所述六氟化硫电气设备中处于二级异常状态；若否，则确定所述六氟化硫电气设备中处于一级异常状态。

作为优选，所述六氟化硫电气设备内部故障诊断装置，还包括第五判断单元；

在确定所述二硫化碳CS₂的含量等于0之后触发所述第五判断单元；

所述第五判断单元，具体用于判断所述二氧化硫SO₂与所述硫酰氟SOF₂的比值是否大于等于0.8，若是，则确定所述六氟化硫电气设备中处于过热状态，且确定所述六氟化硫电气设备的内部温度大于400℃。

本申请设计的六氟化硫电气设备内部故障诊断方法及其装置，本申请在六氟化硫电气设备运行过程中实时获得六氟化硫电气设备的六氟化硫气室的气体组分很含量的基础上，通过硫酰氟SO₂F₂、氟化亚硫酰SOF₂和二氧化硫SO₂气体特征组分的含量的多少或气体含量的有无，能全面、明确的判断六氟化硫电气设备内部的运行状态，可诊断六氟化硫电气设备是否发生内部故障，还能判断六氟化硫电气设备的内部故障的危害程度，还能判断六氟化硫电气设备的内部故障是属于六氟化硫电气设备的固体绝缘材料的故障，还是六氟化硫电气设备的固体绝缘材料以外的其他故障，例如是六氟化硫电气设备的内部过热、放电等潜伏性故障。同时，本申请提供的在线监测装置。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供的在线监测装置，采用定量管、第一六通阀、第二六通阀、第三六通阀、第一色谱柱、第二色谱柱、一个检测器、一个气体纯化器，主要作用为采集六氟化硫气体，将定量的六氟化硫气体携带入检测系统，可有效分离和检测六氟化硫气体中的SO₂、SO₂F₂、SOF₂、H₂S、CS₂、COS、CF₄、C₃F₈、CO、H₂、CH₄、空气等多种气体组分；其中，真空泵、压缩泵和压力表组成抽真空与回充系统，将在线监测装置的气体进行排空，保证进入气体采样管路的气体为目标六氟化硫气室内的气体，从而保证采样气体的代表性，将六氟化硫采样系统内以及储气罐内的气体回充回原六氟化硫气室，以保证待测六氟化硫气室压力的稳定性；同时，本申请的装置采用的多个进样通道、1个气体分配器、一个定量管以及一个储气罐，主要用于对六氟化硫气室以及校准气内气体的在线采集与回充，本申请的在线监测装置实现了对六氟化硫电气设备绝缘气体的自动在线监测与分析，可测组分多、灵敏度高、性能稳定可靠。

附图说明

图1为本申请实施例提供的在线监测装置的初始状态示意图；

图2为本申请实施例提供的在线监测装置处于抽真空状态的示意图；

图3为本申请实施例提供的在线监测装置处于样品采集状态的示意图；

图4为本申请实施例提供的在线监测装置处于气体回充状态的示意图；

图5为为本申请实施例提供的在线监测装置运行前的初始状态示意图；

图6为本申请实施例提供的在线监测装置的双柱分析状态示意图；

图7为本申请实施例提供的在线监测装置排空状态示意图；

图8为本申请实施例提供的在线监测装置的单柱分析状态示意图；

图9为本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断方法的流程图；

图10为本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断方法的第二种情况流程图；

图11为本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置的第一种示意图；

图12为本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置的第二种示意图；

图13为本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置的第三种示意图；

图14为本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置的第四种示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，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，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

应理解，本申请应用于六氟化硫电气设备内部故障诊断的情景，请参阅图1～4，图1为本申请实施例提供的在线监测装置的初始状态示意图，图2为本申请实施例提供的在线监测装置处于抽真空状态的示意图，图3为本申请实施例提供的在线监测装置处于样品采集状态的示意图，图4为本申请实施例提供的在线监测装置处于气体回充状态的示意图。

如图1～4所示，本申请实施例的在线监测装置包括：第一六通阀3、第一色谱柱6、第二六通阀4、第二色谱柱7、第三六通阀8、检测器9、定量管5、载气气源1、气体纯化器2、压缩泵12、真空泵11、储气罐10、气体分配器13、六氟化硫气室(图7～10中标记为14和15均为六氟化硫气室)和校准气室16；载气气源1与气体纯化器2的进样端连接，气体纯化器2与第一六通阀3连接；压缩泵12的一端和真空泵11的一端连接；真空泵11的另一端和储气罐10的一端连接；储气罐10的另一端通过第一六通阀3与定量管5连接；第一六通阀3与第一色谱柱6的进样端连接，第一色谱柱6的出样端与第二六通阀4连接，第二六通阀4与第二色谱柱7的进样端连接，第二色谱柱7的出样端与第二六通阀4连接，第二六通阀4与第三六通阀8连接，第三六通阀8与检测器9连接；定量管5的进样端与第一六通阀3连接，定量管5的出样端与第一六通阀3连接；第一六通阀3与气体分配器13连接，气体分配器13分别与压缩泵12的出口、六氟化硫电气设备的六氟化硫气室(标记为14和15)和校准气室16连接。

具体的，气体纯化器2通过三通阀17与第一六通阀3连接；储气罐10连接有压力表18。

其中，本申请实施例的在线监测装置基于色谱检测原理，可实现六氟化硫电气设备中SO₂、SO₂F₂、SOF₂、H₂S、CS₂、COS、CF₄、C₃F₈、CO、H₂、CH₄、空气共12中气体组分的同时在线监测，所有组分的检测限均在1ppm以下，灵敏度高，且检测代表性强、无SF₆气体排放。

进一步的，本申请实施例的在线监测装置还包括减压阀19，气体纯化器2的进样端与载气气源1连接的管路上还设置有减压阀19。

具体的，第一六通阀3的第二通口与第一色谱柱6的进样端连接，第一色谱柱6的出样端与第二六通阀4的第一通口连接，第二六通阀4的第二通口与第二色谱柱7的进样端连接，第二色谱柱7的出样端与第二六通阀4的第三通口连接，第二六通阀4的第四通口与第三六通阀8的第一通口连接，第三六通阀8的第二通口与检测器9连接；储气罐10的另一端与第一六通阀3的第五通口连接；第一六通阀3的第四通口与气体分配器13连接，气体分配器13还分别与压缩泵12出口、六氟化硫电气设备的六氟化硫气室(图7～10中标记为14和15均为六氟化硫电气设备的六氟化硫气室)及校准气16连接；第一六通阀3的第一通口与三通阀17的第一通口连接，三通阀17的第二通口与气体纯化器2的出样端连接，三通阀17的第三通口与检测器9连接。

需要说明的是，本申请实施例采用自动控制设备控制第一六通阀3、第二六通阀4和第三六通阀8中阀门的连接方式。

需要说明的是，本申请实施例采用的第一六通阀3、第二六通阀4、第三六通阀8和定量管5主要作用为采集一定量的六氟化硫电气设备的六氟化硫气室的六氟化硫气体，同时将定量的六氟化硫气体携带入检测器9；定量管5为标准采样体积为0.5～2ml的硫钝化不锈钢管。

需要说明的是，本申请实施例还包括储气罐10，储气罐10与第三六通阀8管道连接，储气罐10与检测器9连接，储气罐10为标准体积为500～2000ml的不锈钢压力罐，主要用于将采集的六氟化硫气体暂时存储，以防止其无序排放对环境造成的影响。

需要说明的是，本申请实施例的在线监测装置可以连接多个六氟化硫电气设备的六氟化硫气室，可以对多个不同的六氟化硫电气设备的六氟化硫气室的六氟化硫气体进行在线监测。

需要说明的是，本申请实施例采用2条第一色谱柱6和第二色谱柱7(长4m，内径3mm，填充大分子树脂)、一个PDD检测器9、一个气体纯化器2、第一六通阀3、第二六通阀4、第三六通阀8等。第三六通阀8的第三通口与第四通口通过不锈钢管连接，第三六通阀8的第六通口直接排空；2条色谱柱为六氟化硫专用分析柱，通过二者联合，可有效分离六氟化硫气体中的SO₂、SO₂F₂、SOF₂、H₂S、CS₂、COS、CF₄、C₃F₈、CO、H₂、CH₄、空气等多种气体组分；本申请实施例设有色谱加热箱，色谱加热箱主要用于将两条色谱柱加热到需要的温度，其温度范围为室温至200℃；第一色谱柱6和第二色谱柱7的管路、阀门等均采用1.5mm硫钝化不锈钢采样管，阀门和管路之间采用金属对金属密封的高品质2/3-不锈钢膜片转接口，以防止对样品气的吸附；PDD检测器9为高灵敏、通用型氦离子脉冲检测器一个，氦离子脉冲检测器为脉冲放电氦离子化检测器，用以提高对被检气体的检测灵敏度，其有效检测限在ppm级。

其中，第一色谱柱6为硫柱，第二色谱柱7为碳柱。

本申请实施例采用的色谱检测系统还包括自动控制装置，该自动控制装置为微型计算机或带有液晶显示器的仪器面板，可以对色谱仪中各装置提供了网络远程管理，有利于仪器和数据的远程监测管理；具有电脑对色谱仪的反控制操作。

本实施例进行六氟化硫检测的过程为：

在本实施例中，采样系统包括3个进样通道、1个气体分配器13、一个定量管5以及一个储气罐10，主要用于对六氟化硫气室(14和15)以及校准气16内气体的在线采集与回充。其中3个进样通道中的2个为待测六氟化硫气室(14和15)，另外一个为校准气16，校准气16主要用于对在线监测装置本身进行在线校准，保证监测结果的准确性；第一六通阀3、第二六通阀4、第三六通阀8和定量管5主要作用为采集一定量的六氟化硫气体，同时将定量的六氟化硫气体携带入检测系统；定量管5为标准采样体积为1ml的硫钝化不锈钢管；储气罐10为标准体积为1000ml的不锈钢压力罐，主要用于将采集的六氟化硫气体暂时存储，以防止其无序排放对环境造成的影响。

真空泵11、压缩泵12和压力表18组成抽真空与回充系统，主要作用有两个，一是将在线监测装置的气体进行排空，保证进入气体采样管路的气体为目标六氟化硫电气设备的六氟化硫气室内的气体，从而保证采样气体的代表性，二是将六氟化硫采样系统内以及储气罐10内的气体回充回原六氟化硫电气设备的六氟化硫气室，以保证待测六氟化硫电气设备的六氟化硫气室压力的稳定性；压力表18用于控制压缩机和真空泵11的启停，系统执行抽真空以及回充功能时，当气路系统中的压力值达到预定值时，压力表18提供信号给自动控制系统，同时自动控制系统控制压缩机与真空泵11的启停，压力表18的检测范围为0～1.0Mpa。

色谱检测系统主要包括2条第一色谱柱6和第二色谱柱7(长4m，内径3mm，填充大分子树脂)、一个PDD检测器9、色谱加热箱、一个气体纯化器2、第一六通阀3、第二六通阀4、第三六通阀8等。第三六通阀8的第三通口与第四通口通过不锈钢管连接，第六通口直接排空；2条色谱柱(第一色谱柱6和第二色谱柱7)为六氟化硫专用分析柱，通过二者联合，可有效分离六氟化硫气体中的SO₂、SO₂F₂、SOF₂、H₂S、CS₂、COS、CF₄、C₃F₈、CO、H₂、CH₄、空气等多种气体组分；色谱加热箱主要用于将两条色谱柱加热到需要的温度，其温度范围为室温至200℃；所述气象色谱仪的管路、阀门等均采用1.5mm硫钝化不锈钢采样管，阀门和管路之间采用金属对金属密封的高品质2/3-不锈钢膜片转接口，以防止对样品气的吸附；PDD检测器9为氦离子脉冲检测器一个，所述氦离子脉冲检测器为脉冲放电氦离子化检测器，用以提高对被检气体的检测灵敏度，其有效检测限在ppm级。

色谱检测系统还包括自动控制装置，该自动控制装置为微型计算机或带有液晶显示器的仪器面板，可以对色谱仪中各装置提供了网络远程管理，有利于仪器和数据的远程监测管理；具有电脑对色谱仪的反控制操作。

本实施例进行六氟化硫电气设备内部故障诊断装置的在线监测装置检测的过程为：初始化－抽真空－样品采集－气体检测与分析-分析切换分析-采样器回充等过程，具体如下：

(1)初始化

初始化状态如图1所示，图1本申请实施例提供的在线监测装置的初始状态示意图，在线监测装置所有阀门全部关闭，真空泵11和压缩机12停止运行；氦气气源(载气气源1)打开，将流量调至20ml/min，再开启在线监测装置，设定色谱工作条件为色谱柱温度：60℃；检测器温度：120℃；氦气经减压阀、气体纯化器2后分别流经第一六通阀3和第二六通阀4，其中流经第一六通阀3的氦气经第一色谱柱6与第二色谱柱7后进入检测，观察色谱检测仪的基线是否稳定。

(2)抽真空

待测气体进入该在线监测装置时，在线监测装置内可能存有空气或其它气体，直接通气不仅影响检测数据精度，同时还对六氟化硫电气设备的绝缘气体造成污染。因此，为了清除取样管道内残留气体，需对原有气路部分气体进行抽真空。在线监测装置的控制板上设定抽真空模式，将压力检测表18的压力值设为100Pa，启动抽真空模式，抽真空流程如图2所示，图2本申请实施例提供的在线监测装置处于抽真空状态的示意图，真空泵11和压缩泵12同时启动，将采样系统储气罐10、管路和阀门内的气体全部排空。当系统真空度达到预定要求时，系统恢复至附图1中的初始状态。

(3)样品采集

进行六氟化硫电气设备的绝缘气体的系统采样流程如图3所示，图3本申请实施例提供的在线监测装置处于样品采集状态的示意图。在线监测装置的控制板上设定采气流量为100ml/min，采样时间为5min，压缩泵12和真空泵11停止运行，启动采样开始键，六氟化硫电气设备的六氟化硫气室14和15的气体经第一六通阀3、定量管5后进入储气罐10储存。待压力表18值达到稳定值后，系统恢复至初始状态(图1)。

(4)样品检测与分析

将六氟化硫样品气20(六氟化硫电气设备的绝缘气体)与定量管5连通，将定量管5内的六氟化硫的绝缘气体携带进入色谱检测系统进行检测，其流程图如图5至图8所示。

为了便于理解，请参阅图5，图5为本申请实施例提供的在线监测装置运行前的初始状态示意图；图6为本申请实施例提供的在线监测装置的双柱分析状态示意图；图7为本申请实施例提供的在线监测装置排空状态示意图；图8为本申请实施例提供的在线监测装置的单柱分析状态示意图。如图5～图8所示。

在色谱设定板块设定检测条件：色谱柱温度：60℃，检测器温度：120℃，外部事件一：0.10、0.30；外部事件二：2.30、12.00、24.00、32.00；外部事件三：2.30、3.00(分别表示：0.10min开始启动，采样，第一六通阀3切换至图12状态，0.30min时第一六通阀3重新切换至图11状态；第二六通阀4在2.30min时切换至图13状态，12.00min时切换至图14状态，24.00min时切换至图13状态，32min后完成样品分析；第三六通阀8在2.30min时切换至图13状态，3.00min时切换至图14状态)。

开始检测时，将第一六通阀3、第二六通阀4和第三六通阀8切换到图11中模式，载气气源1中的氦气从气体纯化器2的出样端，经第一六通阀3第一通口进入后，将定量管5内的六氟化硫样品气20携带从第一六通阀3第二通口流出后进入第一色谱柱6，这时采样气路的阀门、泵全部处于关闭状态；待定量管5内的气体全部进入第一色谱柱6后，系统恢复至初始状态(图11)，切换到图12中模式，进行第一色谱柱6和第二色谱柱7的双柱检测分析，氦气携带六氟化硫样品气经由第一色谱柱6、第二六通阀4、第二色谱柱7、第三六通阀8后进入检测器9进行分析。

然后，将第一六通阀3、第二六通阀4和第三六通阀8切换到图13中模式，进行六氟化硫样品气的排空，排至废气口21中，废气口21用于排出本在线监测装置中对监测结果有干扰影响的六氟化硫气体。

接着，将第一六通阀3、第二六通阀4和第三六通阀8切换到图14中模式，进行第一色谱柱6的单柱检测分析，氦气携带六氟化硫样品气经由第二六通阀4、第三六通阀8后进入检测器9进行分析。

然后，将第一六通阀3、第二六通阀4和第三六通阀8切换回图12中模式，重复进行第一色谱柱6和第二色谱柱7的双柱检测分析，氦气携带六氟化硫样品气经由第一色谱柱6、第二六通阀4、第二色谱柱7、第三六通阀8后进入检测器9进行分析；之后，将第一六通阀3、第二六通阀4和第三六通阀8重新切换到图14中模式，重复进行第一色谱柱6的单柱检测分析，氦气携带六氟化硫样品气经由第二六通阀4、第三六通阀8后进入检测器9进行分析；之后，将第一六通阀3、第二六通阀4和第三六通阀8重新切换回图12中模式，氦气携带六氟化硫样品气经由第一色谱柱6、第二六通阀4、第二色谱柱7、第三六通阀8后进入检测器9进行分析。

检测完成后，根据样品谱图，根据样品峰高自动计算出SO₂、SO₂F₂、SOF₂、H₂S、CS₂、COS、CF₄、C₃F₈、CO、H₂、CH₄、空气的浓度值。

(5)气体回充

为防止采集到的六氟化硫气体无序排放对检测人员伤害和环境的污染，同时保证六氟化硫气室14的气体压力稳定，需将采集后的气体重新回充回六氟化硫气室14。设定压力表18的压力值为100Pa，启动气体回充按键，系统自动回充气体至六氟化硫气室14，气体回充流程如图4所示，图4为本申请实施例提供的在线监测装置处于气体回充状态的示意图，真空泵11和压缩泵12启动，将系统内的气体回充回六氟化硫气体室14，待检测仪压力达到恒定值时，系统恢复至初始状态(图5)，真空泵11和压缩泵12停止运行。

需要说明的是，本申请实施例的诊断系统通过信号数据线与检测器9连接，从而获得六氟化硫电气设备在运行中六氟化硫气体的数据，然后进行后续的六氟化硫电气设备内部故障诊断，最终得到六氟化硫电气设备的故障情况。

请参阅图9，图9为本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断方法的流程图，如图9所示，包括：

S101：在线监测六氟化硫电气设备中的气体的种类和含量并进行判断，若硫氧(氟)化物TS的含量是否大于1，若是，则进行S102，其中，含硫产物包括二硫化碳CS₂、羰基硫COS、硫化氢H₂S、硫酰氟SO₂F₂、氟化亚硫酰SOF₂和二氧化硫SO₂；

S102：判断二硫化碳CS₂的含量是否大于0，若是，则确定六氟化硫电气设备的内部故障为六氟化硫电气设备中固体绝缘材料故障；若否，则确定六氟化硫电气设备的内部故障为六氟化硫电气设备的固体绝缘材料以外的故障。

需要说明的是，本申请的方法为在六氟化硫电气设备在运行中，监测其实际的六氟化硫分解产物气体的种类和含量。本申请所用的在线监测装置可以为其它的在线监测装置。

需要说明的是，本申请中，若硫氧(氟)化物TS的含量是小于等于1，则六氟化硫电气设备无故障，在测试的误差范围内。

其中，六氟化硫电气设备的固体绝缘材料以外的故障具体为，非固体绝缘材料原因的故障，例如六氟化硫电气设备内部的由于制造、安装等原因，里面存在尖刺、悬浮电位进而引起放电的缺陷，或者六氟化硫电气设备内部由于设备制造、安装不规范造成，也可能是运行阶段气体与设备材料反应生成粉末引起放电的缺陷等故障。

本申请设计了一种六氟化硫电气设备内部故障诊断方法，本申请在六氟化硫电气设备运行过程中实时获得六氟化硫电气设备内部的气体组分和含量的基础上，通过硫氧(氟)化物TS、二硫化碳CS₂、羰基硫COS、硫化氢H₂S等特征组分的含量的多少或有无，能全面、明确的判断六氟化硫电气设备内部的运行状态，可诊断六氟化硫电气设备是否发生内部故障，还能判断六氟化硫电气设备的内部故障的危害程度，还能判断六氟化硫电气设备的内部故障是属于六氟化硫电气设备的固体绝缘材料的故障，还是六氟化硫电气设备的固体绝缘材料以外的其他故障，例如是六氟化硫电气设备的内部过热、放电等潜伏性故障。此外，与现有利用单一分解产物浓度绝对值或分解产物浓度的复杂比值诊断六氟化硫电气设备的运行情况相比，本申请的诊断方法有效排除了新气杂质、气室大小、吸附剂、扩散过程等因素的干扰，大大提高了诊断的时效性和准确性。

为了便于理解，请参阅图10，图10为本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断方法的第二种情况流程图。

本申请实施例的六氟化硫电气设备内部故障诊断方法，在确定所述二硫化碳CS₂的含量大于0之后还包括S103；

S103：判断羰基硫COS的含量是否大于0，若否，则确定六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于一级破坏状态；若是，则进行S104，S104：判断硫化氢H₂S的含量是否大于0，若否，则确定六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于二级破坏状态；若是，则确定六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于三级破坏状态。

需要说明的是，六氟化硫电气设备中固体绝缘材料的一级破坏状态、二级破坏状态和三级破坏状态的危害程度是由低到高排列，即六氟化硫电气设备中固体绝缘材料的一级破坏状态为固体绝缘材料开始被破坏，六氟化硫电气设备中固体绝缘材料的二级破坏状态为固体绝缘材料被破坏较严重，六氟化硫电气设备中固体绝缘材料的三级破坏状态为固体绝缘材料被破坏极严重。

本申请实施例的六氟化硫电气设备内部故障诊断方法，在确定所述二硫化碳CS₂的含量等于0之后还包括S105；S105：判断二氧化硫SO₂与硫酰氟SO₂F₂的比值(SO₂/SO₂F₂)是否大于等于1，若是，则确定六氟化硫电气设备中处于二级异常状态；若否，则确定六氟化硫电气设备中处于一级异常状态。

需要说明的是，六氟化硫电气设备的一级异常状态和二级异常状态的危害程度是由低到高排列，即六氟化硫电气设备的一级异常状态为六氟化硫电气设备存在尖端放电或少量粉末，六氟化硫电气设备的二级异常状态为六氟化硫电气设备存在较多粉末。

本申请实施例的六氟化硫电气设备内部故障诊断方法，在确定所述二硫化碳CS₂的含量等于0之后还包括S106；

S106：判断二氧化硫SO₂与硫酰氟SOF₂的比值(SO₂/SOF₂)是否大于等于0.8，若是，则确定六氟化硫电气设备中处于过热状态，且确定六氟化硫电气设备的内部温度大于400℃。

需要说明的是，本申请的方法可通过判断六氟化硫电气设备内部的气体组分和含量判定其内部是否处于过热缺陷，还能判断内部的温度范围。

为了便于理解，请参阅图11，图11为本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置的第一种示意图。

本申请实施例还提供了一种六氟化硫电气设备内部故障诊断装置，包括：

在线监测装置1、第一判定单元2和第一判断单元3；

在线监测装置1，具体用于在线监测六氟化硫电气设备中的气体的种类和含量；

第一判定单元2，具体用于判定六氟化硫电气设备中硫氧(氟)化物TS的含量是否大于1，若是，则触发第一判断单元，其中，硫氧(氟)化物TS包括硫酰氟SO₂F₂、氟化亚硫酰SOF₂和二氧化硫SO₂；

第一判断单元3，具体用于判断二硫化碳CS₂的含量是否大于0，若是，则确定六氟化硫电气设备的内部故障为六氟化硫电气设备中固体绝缘材料故障；若否，则确定六氟化硫电气设备的内部故障为六氟化硫电气设备的固体绝缘材料以外的故障。

为了便于理解，请参阅图12，图为12本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置的第二种示意图。

进一步的，本申请实施例的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置，还包括第二判断单元4和第三判断单元5；

确定二硫化碳CS₂的含量大于0之后触发第二判断单元；

第二判断单元4，具体用于判断羰基硫COS的含量是否大于0，若否，则确定六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于一级破坏状态；若是，则触发第三判断单元，第三判断单元5：具体用于判断所述硫化氢H₂S的含量是否大于0，若否，则确定六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于二级破坏状态；若是，则确定六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于三级破坏状态。

为了便于理解，请参阅图13，图为13本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置的第三种示意图。

进一步的，本申请实施例的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置，还包括第四判断单元6；

确定二硫化碳CS₂的含量等于0之后触发第四判断单元6；第四判断单元6：判断二氧化硫SO₂与硫酰氟SO₂F₂的比值是否大于等于1，若是，则确定六氟化硫电气设备中处于一级异常状态；若否，则确定六氟化硫电气设备中处于二级异常状态。

为了便于理解，请参阅图14，图14为本申请实施例提供的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置的第四种示意图。

进一步的，本申请实施例的六氟化硫电气设备内部故障诊断装置，还包括第五判断单元7；

确定二硫化碳CS₂的含量等于0之后触发所述第五判断单元；

第五判断单元：判断二氧化硫SO₂与硫酰氟SOF₂的比值是否大于等于0.8，若是，则确定六氟化硫电气设备中处于过热状态，且确定六氟化硫电气设备的内部温度大于400℃。

在本申请的在线监测装置在线监测六氟化硫分解产物的具体指标如下所示：

可测组分：六氟化硫背景气下的SO₂、SO₂F₂、SOF₂、H₂S、CS₂、COS、CF₄、C₃F₈、CO、H₂、CH₄、空气等气体。

(1)出峰时间如表1所示：

表1

序号	分解物	出峰时间
			1	H<sub>2</sub>	2.153
2	C<sub>3</sub>F<sub>8</sub>	3.998
			3	COS	4.016
4	SO<sub>2</sub>F<sub>2</sub>	5.037
			5	H<sub>2</sub>S	5.529
6	CS<sub>2</sub>	11.187
			7	空气	12.932
8	CO	13.943
			9	CH<sub>4</sub>	18.833
10	SO<sub>2</sub>	20.638
			11	SOF<sub>2</sub>	23.464
12	CF<sub>4</sub>	28.307

(2)检测精度：均能达到10^-6级。

(3)使用方式：户内或户外连续使用。

(4)采样方式：手动采样和自动采样，自动采样包括时检、天检、月检等。

(5)待侧六氟化硫电气设备范围：六氟化硫电气设备，压力范围0.2～0.8MPa(绝对压力)。

(6)真空度指标：系统可抽真空至100Pa(绝对压力)。

(7)采样流量范围：0～1L/min。

(8)色谱温控范围：20～200℃。

(9)气体回充率：99.99％。

(10)额定电压：250VAC。

(11)额定频率：50.00±0.5Hz。

本申请实施例提供第一个具体诊断分析过程(某500kV变电站#3主变开关GIS间隔故障分析)：

2014年，某500kV变电站发生设备故障，导致大面积停电事故。为确定故障位置及其原因，对该站22035刀闸气室、22036刀闸气室、2203开关气室、5M(二)母线气室样品进行了气体检测。

检测结果表明，22035刀闸气室存在大量分解产物(如表2所示)：除了SO₂、SOF₂、SO₂F₂，还有CS₂、COS、H₂S等与固体绝缘缺陷密切相关的分解产物，尤其COS、H₂S的大量生成表明气室内部的固体绝缘已发生严重损伤，六氟化硫电气设备中固体绝缘材料处于三级破坏状态。

对22035刀闸气室进行了开盖检查，发现三相气室内均存在大量固体粉末，由SF₆气体经电弧燃烧后产生。动、静触头及均压罩有电弧烧伤痕迹，筒壁上有不同程度的电弧熔接金属物，气室与5M母线侧盘式绝缘子、与22036刀闸气室之间的盘式绝缘子均有烧伤。现象与诊断方法相吻合。

表2某500kV变电站22035刀闸气室气体组分检测结果

本申请实施例还提供第二个具体诊断分析过程(SF₆在线监测在某换流站极I800kV直流穿墙套管状态诊断中的应用)：

某换流站800kV直流穿墙套管安装了SF₆在线监测装置，并监测到极I穿墙套管分解产物异常，部分结果如表3所示。

表3某换流站极I高端穿墙套管气体分析测试结果(单位：μL/L)

测试时间	H<sub>2</sub>	CO	CF<sub>4</sub>	SO<sub>2</sub>	H<sub>2</sub>S	SOF<sub>2</sub>
							2017.12.15	7.1	38.9	40.3	18.6	—	11.5
2017.12.14	7.2	39.2	37.9	11.7	—	10.2
							2017.12.13	6.1	34.7	32.4	6.9	—	8.5
2017.11.11	7.4	38.0	37.3	—	—	—
							2017.10.09	3.1	17.8	18.1	—	—	—
2017.09.03	7.6	37.4	37.6	—	—	—
							2017.07.07	6.2	27.8	29.4	—	—	—
2017.06.04	5.4	27.7	31.0	—	—	—
							2017.05.09	5.7	35.47	38.65	—	—	—
2017.04.09	3.3	21.8	24.5	—	—	—

由表3可知，12月13日发现极I气体生成了SOF₂和SO₂，之后两天浓度持续增长，且SO₂/SOF₂比值K2均超过0.8，据此判断为套管对接部位载流结构出现高温过热缺陷，并对套管紧急申请停电，六氟化硫电气设备中处于过热状态。

综上所述，本申请公开的六氟化硫电气设备内部故障诊断的方法、装置，能实现对六氟化硫电气设备绝缘气体的自动在线监测与分析，可测组分多、灵敏度高、性能稳定可靠，同时实现了六氟化硫电气设备内部潜伏性故障的类型及其危害程度的准确诊断，大大提高了设备状态诊断的时效性和准确性。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种在线监测装置，其特征在于，包括：第一六通阀、第一色谱柱、第二六通阀、第二色谱柱、第三六通阀、检测器、定量管、载气气源、气体纯化器、压缩泵、真空泵、储气罐、气体分配器和校准气室；

2.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，还包括减压阀，所述气体纯化器的进样端与载气气源连接的管路上还设置有减压阀。

3.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，还包括压力表，所述储气罐连接有所述压力表。

4.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，还包括三通阀，所述第一六通阀的第一通口与所述三通阀的第一通口连接，所述三通阀的第二通口与所述气体纯化器的出样端连接，所述三通阀的第三通口与所述检测器连接。

5.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，还包括废气口，所述第三六通阀与所述废气口连通，所述检测器与所述废气口连通。

6.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，所述第一色谱柱为硫柱，所述第二色谱柱为碳柱。

7.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，所述检测器为氦离子脉冲检测器。

8.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，所述第一色谱柱和所述第二色谱柱设有色谱加热箱。

9.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，所述定量管为硫钝化不锈钢管。

10.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，所述储气罐为不锈钢压力罐。