[发明专利]一种检测SF6混合气体成分的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及混合气体成分检测技术领域，尤其涉及一种检测SF₆混合气体成分的装置及方法。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种检测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，本发明提供一种检测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。