一种检测SF6混合气体成分的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种检测SF6混合气体成分的装置及方法，涉及混合气体成分检测技术领域。检测装置包括高压直流电源、待检测气体测量罐和光谱检测系统，将待测混合气体充入测量罐中，通过高压直流电击穿气体，采用光谱检测系统测量SF6混合气体放电等离子体光谱特性，来检测SF6气体成分。本发明专利技术提供的检测SF6混合气体成分的装置及方法，在检测时所需待测气体样品量小，并且装置的操作简便，对后期数据的处理过程所需时间较短，对设备的正常工作几乎没有影响，能对长期运行的高压产品中的SF6混合气体电介质成分变化进行检测。

Device and method for detecting composition of SF6 mixed gas

The invention provides a device and a method for detecting the composition of SF6 mixed gas, relating to the technical field of detection of mixed gas components. The detection device comprises a high voltage DC power supply, the detected gas measuring tank and spectrum detection system, the tested gas mixture is filled into the measuring tank, put gas through the high voltage DC electric shock spectrum detection system for measuring SF6 mixed gas discharge plasma spectral characteristics used to detect SF6 gas composition. Device and method for detecting SF6 gas mixture composition provided by the invention, the gas to be measured in a small amount of sample detection, and the device has the advantages of simple operation, the process of data required for a short time, almost did not affect the normal work of the equipment, can detect the composition of SF6 gas mixture change on high voltage dielectric the product in the long run.

【技术实现步骤摘要】
一种检测SF6混合气体成分的装置及方法
本专利技术涉及混合气体成分检测
，尤其涉及一种检测SF6混合气体成分的装置及方法。
技术介绍
SF6混合气体相对于纯SF6能有效减少电气开关设备中SF6气体的温室效应作用，并能较好的克服外界环境温度过低造成纯SF6气体液化的缺陷，可有效作为纯SF6替代气体在电气开关中的使用。但混合气体工作气压为0.6MPa～0.7MPa，在设备长时间运行过程中会存在泄露及成份发生变化等缺陷，对电气设备绝缘强度造成极大影响，由于气体成份的变化造成各混合气体填充比例难以确定，需对混合气体的成份进行鉴定。目前对SF6混合气体纯度检测的方法主要有微型热导池及红外线吸收法。热导池检测器的检测原理是基于不同组分与载气之间有不同的热导系数，热导池检测工作时，接通载气并保持池体恒温，此时流经的载气成份和流量都是稳定的。流经热敏元件电流也是稳定的，由热敏元件组成的电桥处于平衡状态。当经色谱柱分离后的组份被载气带入热导池中由于组份和载气的热传导率不同，因而使热敏元件温度发生变化，并导致电阻发生变化，从而导致电桥不平衡，输出电压信号，此信号的大小与被测组份的浓度成函数关系，再由记录仪或色谱数据处理机进行换算从而得到气体的组分。微型热导池具有较高的测量精度，但易受环境温度的影响，即使增加了温度补偿，使用一段时间后也会出现零点漂移现象。红外线吸收法原理是根据不同组分气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性而工作的分析仪表。测量这种吸收光谱可判别出气体的种类，测量吸收强度可确定被测气体的浓度。超声波法具有较好的稳定性，但测量精度低。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种检测SF6混合气体成分的装置及方法，将待测混合气体充入测量罐中，通过高压直流电击穿气体，采用光谱检测系统测量SF6混合气体放电等离子体光谱特性，来检测SF6气体成分。检测时所需待测气体样品量小，并且装置的操作简便，对后期数据的处理过程所需时间较短，对设备的正常工作几乎没有影响，能对长期运行的高压产品中的SF6混合气体电介质成分变化进行检测。一方面，本专利技术提供一种检测SF6混合气体成分的装置，包括高压直流电源、待检测气体测量罐和光谱检测系统；所述高压直流电源包括工频调压器、工频试验变压器、两个限流电阻、高压硅堆和高压电容器；所述工频调压器与工频试验变压器相连后与第一限流电阻、高压硅堆、高压电容器串联，经整流电路设计为电压为0～100kV的可调高压直流电源，待测气体测量罐与第二限流电阻串联后再并联在高压电容器的两端，组成气体击穿回路；所述待检测气体测量罐作为采样容器，与高压直流电源连接构成气体击穿回路，包括高纯硅玻璃罐壁、两个相对的铝平板电极和上下密封盖；所述两个相对的铝平板电极密封于所述高纯硅玻璃罐壁内部，并分别通过设有调距旋钮的金属螺杆固定于上下密封盖上，金属螺杆作为待检测气体测量罐与高压直流电源的连接端；两个铝平板电极之间设有一定间隙，设有调距旋钮的金属螺杆用于调节两个铝平板电极间的间隙大小；下密封盖上设有连接气管的通气口，通气口用来作为抽真空连接口，经过抽真空处理后作为待测气体进气口；所述气管上设有气压表和阀门，用于待检测气体测量罐内混合气体的气压调节，提取待测气体时需对气体通道进行抽真空处理；所述光谱检测系统与气体击穿回路相独立设置，包括光触发装置、光纤光谱仪和上位机，所述光触发装置连接光纤光谱仪的输入端，光纤光谱仪的输出端连接上位机，将测得的光谱特性信息传输给上位机；检测时，光纤光谱仪的光纤探头上的光接收口对准待检测气体测量罐中两个铝平板电极的间隙，两者处于同一水平线上；所述上位机用于根据光谱特性计算气体放电过程中的电子数密度和电子温度，结合光谱特性信息对待测气体成分比例进行综合分析。进一步地，所述光谱检测系统中光纤光谱仪和上位机要进行如下的抗干扰处理：对光纤光谱仪除导线外的其他部位用金属材质材料进行包裹，对上位机除显示屏和电源线的其他部位进行相同处理。进一步地，在气体击穿放电时，光纤探头通过直线光纤与光纤光谱仪相连，光纤探头与光纤光谱仪之间的直线距离为6m～10m，即光纤通道为6m～10m；根据测量罐中气体放电的实际情况，人为调整光纤探头上的光接收口与待检测气体测量罐中两个铝平板电极的间隙的距离，以保证光纤光谱仪能采集到有效光谱信息。另一方面，本专利技术还提供一种采用上述的装置进行检测SF6混合气体成分的方法，包括以下步骤：步骤1：对待检测气体测量罐进行抽真空处理，将待检测气体充入待检测气体测量罐，通过待检测气体测量罐上的气压表读取提取的待检测气体气压，当气压达到预设压强值时停止充气；步骤2：根据待检测气体测量罐中铝平板电极间隙的位置安装光触发装置8和光纤光谱仪9的位置，并设置光谱采集参数，用于获得光谱分析的光谱特性信息；步骤3：在各个仪器正常工作后，调节工频调压器，均匀缓慢地增加待检测气体测量罐两端电压，直到待检测气体测量罐中气体击穿产生电弧；步骤4：当气体击穿出现电弧时，立即停止升压，将待检测气体测量罐两端电压降至为零，关闭高压直流电源；步骤5：光触发装置将光信号通过光纤光谱仪上传给上位机，自动采集含有光谱特性信息的光谱图像；步骤6：上位机提取光谱图像中铝原子相关谱线的光谱特性信息，并计算待测气体击穿时的电子数密度与电子温度，将光谱特性信息及得到的电子数密度与电子温度与已知的初始成分比例气体的对应参数进行对比，经过对上位机光谱图像、电子数密度与电子温度计算结果的综合分析后，确定待测气体混合比例。进一步地，步骤1中对待检测气体测量罐进行抽真空处理时，将输气装置、待检测气体测量罐及真空泵经密封连接好，打开待检测气体测量罐上的阀门，然后进行抽真空处理，当真空度达到20Pa以下时，关闭阀门，停止抽真空处理；对经过抽真空处理的待检测气体测量罐充入待测气体时，重新打开待检测气体测量罐上的阀门和输气装置的阀门，向待检测气体测量罐充入待测气体。进一步地，步骤2中光触发装置安装前，需经过光纤激光校准，使光触发装置光的接收口、光纤探头的光纤通道口与待检测气体测量罐的铝平板电极间隙保持在同一水平线上，同时光触发装置与待检测气体测量罐保持40cm～60cm的距离。进一步地，步骤5中光谱图像的采集重复进行多次，直到出现不受电磁干扰的有效光谱图像；判断是否为不受电磁干扰的有效光谱图像的方法为：判断示踪原子相应谱线的光强幅值是否接近于零，若是，则光谱图受到电磁干扰，否则，若出现较高的幅值时，为有效的光谱图像；其中较高的幅值的标准为50个相对光强以上。进一步地，步骤6中计算待测气体击穿时的电子温度时，根据气体放电理论和原子发射光谱理论，采用多谱线斜率法计算电子温度，并选取铝原子为示踪原子，根据铝原子谱线进行电子温度的计算，具体方法为：根据公式(1)转化得到公式(2)；其中，I表示测得的铝原子等离子体辐射光强，N表示待测气体的分子总数，v表示铝原子谱线频率，g、A、G和E分别为铝原子核外电子相关谱线的统计权重、跃迁几率、配分函数和相应能级的激发能，h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数，Te为等离子体中的电子温度；C为常数，选取多条铝原子核外电子相关谱线，并以ln(Iλ/gA)值为纵坐标，以E为横坐标，将得到一系列离散的点，通过线性曲线拟合，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测SF6混合气体成分的装置，其特征在于：包括高压直流电源、待检测气体测量罐和光谱检测系统；所述高压直流电源包括工频调压器、工频试验变压器、两个限流电阻、高压硅堆和高压电容器；所述工频调压器与工频试验变压器相连后与第一限流电阻、高压硅堆、高压电容器串联，经整流电路设计为电压为0～100kV的可调高压直流电源，待测气体测量罐与第二限流电阻串联后再并联在高压电容器的两端，组成气体击穿回路；所述待检测气体测量罐作为采样容器，与高压直流电源连接构成气体击穿回路，包括高纯硅玻璃罐壁、两个相对的铝平板电极和上下密封盖；所述两个相对的铝平板电极密封于所述高纯硅玻璃罐壁内部，并分别通过设有调距旋钮的金属螺杆固定于上下密封盖上，金属螺杆作为待检测气体测量罐与所述高压直流电源的连接端；两个铝平板电极之间设有一定间隙，设有调距旋钮的金属螺杆用于调节两个铝平板电极间的间隙大小；下密封盖上设有连接气管的通气口，通气口用来作为抽真空连接口，经过抽真空处理后作为待测气体进气口；所述气管上设有气压表和阀门，用于待检测气体测量罐内混合气体的气压调节；所述光谱检测系统与气体击穿回路相独立设置，包括光触发装置、光纤光谱仪和上位机，所述光触发装置连接光纤光谱仪的输入端，光纤光谱仪的输出端连接上位机，将测得的光谱特性信息传输给上位机；检测时，光纤光谱仪的光纤探头上的光接收口对准待检测气体测量罐中两个铝平板电极的间隙；所述上位机用于根据光谱特性计算气体放电过程中的电子数密度和电子温度，结合光谱特性信息对待测气体成分比例进行综合分析。...

【技术特征摘要】
1.一种检测SF6混合气体成分的装置，其特征在于：包括高压直流电源、待检测气体测量罐和光谱检测系统；所述高压直流电源包括工频调压器、工频试验变压器、两个限流电阻、高压硅堆和高压电容器；所述工频调压器与工频试验变压器相连后与第一限流电阻、高压硅堆、高压电容器串联，经整流电路设计为电压为0～100kV的可调高压直流电源，待测气体测量罐与第二限流电阻串联后再并联在高压电容器的两端，组成气体击穿回路；所述待检测气体测量罐作为采样容器，与高压直流电源连接构成气体击穿回路，包括高纯硅玻璃罐壁、两个相对的铝平板电极和上下密封盖；所述两个相对的铝平板电极密封于所述高纯硅玻璃罐壁内部，并分别通过设有调距旋钮的金属螺杆固定于上下密封盖上，金属螺杆作为待检测气体测量罐与所述高压直流电源的连接端；两个铝平板电极之间设有一定间隙，设有调距旋钮的金属螺杆用于调节两个铝平板电极间的间隙大小；下密封盖上设有连接气管的通气口，通气口用来作为抽真空连接口，经过抽真空处理后作为待测气体进气口；所述气管上设有气压表和阀门，用于待检测气体测量罐内混合气体的气压调节；所述光谱检测系统与气体击穿回路相独立设置，包括光触发装置、光纤光谱仪和上位机，所述光触发装置连接光纤光谱仪的输入端，光纤光谱仪的输出端连接上位机，将测得的光谱特性信息传输给上位机；检测时，光纤光谱仪的光纤探头上的光接收口对准待检测气体测量罐中两个铝平板电极的间隙；所述上位机用于根据光谱特性计算气体放电过程中的电子数密度和电子温度，结合光谱特性信息对待测气体成分比例进行综合分析。2.根据权利要求1所述的一种检测SF6混合气体成分的装置，其特征在于：所述光谱检测系统中光纤光谱仪和上位机要进行如下的抗干扰处理：对光纤光谱仪除导线外的其他部位用金属材质材料进行包裹，对上位机除显示屏和电源线的其他部位进行相同处理。3.根据权利要求1所述的一种检测SF6混合气体成分的装置，其特征在于：在气体击穿放电时，光纤探头通过直线光纤与光纤光谱仪相连，光纤探头与光纤光谱仪之间的直线距离为6m～10m；根据测量罐中气体放电的实际情况，人为调整光纤探头上的光接收口与待检测气体测量罐中两个铝平板电极的间隙的距离，以保证光纤光谱仪能采集到有效的光谱信息。4.一种检测SF6混合气体成分的方法，采用权利要求1所述的检测SF6混合气体成分的装置进行，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：对待检测气体测量罐进行抽真空处理，将待检测气体充入待检测气体测量罐，通过待检测气体测量罐上的气压表读取提取的待检测气体气压，当气压达到预设压强值时停止充气；步骤2：根据待检测气体测量罐中铝平板电极间隙的位置安装光触发装置8和光纤光谱仪9的位置，并设置光谱采集参数，用于获得光谱分析的光谱特性信息；步骤3：在各个仪器正常工作后，调节工频调压器，均匀缓慢地增加待检测气体测量罐两端电压，直到待检测气体测量罐中气体击穿产生电弧；步骤4：当气体击穿出现电弧时，立即停止升压，将待检测气体测量罐两端电压降至为零，关闭高压直流电源；步骤5：光触发装置将光信号通过光纤光谱仪上传给上位机，自动采集含有光谱特性信息的光谱图像；步骤6：上位机提取光谱图像中铝原子相关谱线的光谱特性信息，并计算待测气体击穿时的电子数密度与电子温度，将光谱特性信息及得到的电子数密度与电子温度与已知的初始成分比例气体的对应参数进行对...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈会利，徐建源，李璐维，宋学彬，林莘，艾亚萍，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21