专利名称：一种氟化氢hf气体含量检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及电气设备中特征气体组分检测领域，尤其涉及一种氟化氢HF气体含量检测装置及方法。
背景技术：
自20世纪70年代后，以六氟化硫(SF6)气体作为绝缘介质的电气设备已成为电力系统的主要设备，其应用对提高电力生产的安全经济运行起到了很好的作用，GIS(Gas Insulated Switchgear，气体绝缘开关设备)，就是一种以SF6气体作为绝缘介质的组合电气设备。由于在设计、材质、工艺和维护等方面存在些盲目性，使GIS开关内部可能存在局部的绝缘缺陷，在热和电的作用下，故障区域的SF6气体和固体绝缘材料不断分解，绝缘性能不断下降，直至事故发出，所以，如何尽早发现SF6电气设备中潜在的故障与危险，降低事故发生率一直是电力工作者的重点研究方向之一。长期的研究与总结发现当GIS开关内部存在故障时，故障区域会产生S02、SOF2, H2S, CO、HF和CF4等特征气体组分，因此，检测这些特征气体组分的存在便可诊断出设备内部有无故障。在众多特征气体中，首先出现的是氟化氢HF气体，但由于GIS开关内部装有吸附剂，当检测时间较长时，绝大部分的HF气体被吸附剂吸附，导致GIS开关内部的HF浓度变得很低，当HF气体浓度较低时不利于检测装置对HF气体的检测，因此如何提供一种HF 检测装置，使HF气体在浓度较低的情况下也能被检测出来成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例目的在于提供一种HF检测装置及方法，使HF气体在浓度较低的情况下也能被检测出来。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案—种氟化氢HF气体含量检测装置，包括采样装置、激光发射器、激光接收器，以及中央处理系统；其中，采样装置包括装有待检测气体的气室，所述待检测气体中包含HF气体，以及固定于所述气室的顶部且与所述中央处理系统相连接的温度传感器和压力传感器；所述温度传感器和所述压力传感器分别用于采集所述气室内的温度和压力，并将温度和压力信息反馈至所述中央处理系统，所述中央处理系统根据所述温度和压力信息计算出待检测气体的压缩比例，并控制位于所述气室内的活塞运动至与所述压缩比例相对应的压缩位置；所述激光发射器和所述激光接收器固定于所述气室的取样口处，并与所述中央处理系统相连接，所述中央处理系统用于在位于所述气室内的活塞运动至所述气室的压缩位置后，根据所述激光发射器通过所述取样口向所述气室内部发射的激光束光强，以及所述激光接收器接收的来自所述气室内部的激光束光强，计算出所述气室内部待检测HF气体的含量值。优选的，在上述检测装置中，所述采样装置还包括与所述活塞相连的活塞杆。优选的，在上述检测装置中，所述采样装置包括位于所述气室的进气口处并与所述气室相通的进气电磁阀，以及位于所述气室的排气口处并与所述气室相通的排气电磁阀。优选的，在上述检测装置中，所述采样装置还包括与所述排气电磁阀连通的单向阀以及与所述单向阀连通的排气口。优选的，在上述检测装置中，所述进气电磁阀与气体绝缘开关设备GIS的出气口相连。优选的，在上述检测装置中，所述进气电磁阀与所述GIS的出气口通过三通阀相连，其中，所述进气电磁阀与所述三通阀的第一阀口相连，所述GIS的出气口与所述三通阀的第二阀口相连，所述三通阀的第三阀口与换气阀相连。优选的，在上述检测装置中，所述取样口为一个，所述激光发射器与所述激光接收器固定于所述取样口处，所述气室内壁设置有反射部件，所述激光接收器接收通过所述反射部件反射回的激光；或，所述取样口为两个，所述两个取样口对称设置在所述气室的两个相对面上，所述激光发射器与所述激光接收器分别固定于不同的取样口处。优选的，在上述检测装置中，所述激光发射器与所述激光接收器通过法兰固定于所述气室的取样口处，并通过光缆与所述中央处理系统相连接。优选的，在上述检测装置中，所述中央处理系统与上位机相连，所述氟化氢HF气体的含量值在所述上位机上显示。一种氟化氢HF气体含量检测方法，基于氟化氢HF气体含量检测装置，所述氟化氢 HF气体含量检测装置包括采样装置、激光发射器、激光接收器，以及中央处理系统，其中，采样装置包括气室、温度传感器，以及压力传感器；
所述方法包括中央处理系统接收所述温度传感器与所述压力传感器分别采集的所述气室内的温度和压力信息；根据所述温度和压力信息计算出所述气室内待检测气体的压缩比例；控制位于所述气室内的活塞运动至与所述压缩比例相对应的压缩位置；在位于所述采样装置内的活塞运动至所述压缩位置后，根据所述激光发射器向所述气室内发射的激光束光强，以及所述激光接收器接收的来自所述气室内的激光束光强， 计算出所述气室内部待检测HF气体的含量值。从上述的技术方案可以看出，本发明固定于气室上的温度传感器和压力传感器与中央处理系统相连接，温度传感器和压力传感器分别采集气室内的温度和压力，并将温度和压力信息反馈至中央处理系统，中央处理系统根据气室内的温度和压力信息计算出活塞压缩气体的压缩比例，据此控制气室内活塞压缩气体的比例，使气室内样气的密度尽量大， 本发明的气室设计，能够提高气室内样气的浓度，使HF气体在含量极低的情况下也能被检测出来，扩大了本发明的使用范围，有助于检测HF气体在含量极低的情况，从而能够及早
5发现GIS中潜在的危险和问题，进而降低电力设备的故障发生率，促进我国电力行业的发展。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例所提供的氟化氢HF气体含量检测装置的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的氟化氢HF气体含量检测装置的另一种结构示意图；图3为本发明实施例所提供的氟化氢HF气体含量检测装置与气体绝缘开关设备 GIS的连接示意图；图4为本发明实施例所提供的氟化氢HF气体含量检测方法的流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例公开了一种氟化氢HF气体含量检测装置，使HF气体在浓度较低的情况下也能被检测出来。图1示出了上述氟化氢HF气体含量检测装置的一种结构，包括采样装置1、激光发射器2、激光接收器3，以及中央处理系统；其中，采样装置1包括装有待检测气体的气室11，待检测气体中包含HF气体，以及固定于气室11顶部且与中央处理系统相连接的温度传感器12和压力传感器13 ；温度传感器12和压力传感器13分别用于采集气室11内的温度和压力，并将温度和压力信息反馈至中央处理系统，中央处理系统根据温度和压力信息计算出待检测气体的压缩比例，并控制位于气室11内的活塞14运动至与压缩比例相对应的压缩位置；激光发射器2和激光接收器3固定于气室11的取样口处，并与中央处理系统相连接，中央处理系统用于在位于气室11内的活塞14运动至气室11的压缩位置后，根据激光发射器2通过上述取样口向气室11内部发射的激光束光强，以及激光接收器3接收的来自气室11内部的激光束光强，计算出气室11内部待检测HF气体的含量值。该HF检测装置采用了设计独特的采样装置1，该采样装置1模拟空压机的原理，可以对采集到的样气进行压缩，以提高气体浓度，从而更容易地检测出含量极低的HF气体。通常情况下，描述气体状态变化规律的方程为克拉佩龙方程，也就是理想气体状态方程PV = nRT，其中，ρ为理想气体的压强；V为理想气体的体积；η为理想气体中气体物质的量；T为理想气体的绝对温度；R为理想气体常数。由于SF6气体分子质量大、分子间相互吸力较大，尤其是当气压达到0. 3MPa以上时，由于SF6气体分子间距离被压缩、密度增大而使SF6气体分子间吸力进一步增大，导致气体压力增长不再符合理想气体状态方程，而是符合贝蒂-布里奇曼状态方程。贝蒂-布里奇曼状态方程为P = 56. 2Χ10_6γΤ(1+Β)-γ2ΑA = 74. 9 X (1-0. 727 X I(T3Y)B = 2. 51 XKT3Y (1-0. 846 X I(T3Y)其中P——SF6气体的压力；y——SF6气体的密度；T——SF6气体的绝对温度。由于SF6气体具有容易液化的特性，所以对采样气室内气体的压缩倍数也有一定的限制，因为一旦气室11内的SF6气体出现液化现象，就无法达到增大待测样气浓度的目的，为此，在气室11的顶部安装了与中央处理系统相连接的温度传感器12和压力传感器13 来采集气室11内的温度和压力信息，温度传感器12和压力传感器13分别将温度和压力信息反馈到中央处理系统，由中央处理系统按照贝蒂一布里奇曼状态方程计算出最佳压缩比例，采样装置1据此压缩比例控制气室11内活塞14压缩待检测气体的比例，使气室11内的样气在不被液化的情况下，密度尽量大。可以看出，本发明固定于气室上的温度传感器和压力传感器与中央处理系统相连接，温度传感器和压力传感器分别采集气室内的温度和压力，并将温度和压力信息反馈至中央处理系统，中央处理系统根据气室内的温度和压力信息计算出活塞压缩气体的压缩比例，据此控制气室内活塞压缩气体的比例，使气室内样气的密度尽量大，本发明的气室设计，能够提高气室内样气的浓度，使HF气体在含量极低的情况下也能被检测出来，扩大了本发明的使用范围，有助于检测HF气体在含量极低的情况，从而能够及早发现GIS中潜在的危险和问题。在本发明其他实施例中，如图2所示，采样装置1还可以包括与活塞相连的活塞杆 15，位于气室11进气口处并与气室11相通的进气电磁阀16，以及位于气室11排气口处并与气室11相通的排气电磁阀17，本实施例中，通过活塞杆推动活塞在气室内移动，为了进一步优化采样装置1的排气效果，采样装置1还包括与排气电磁阀连通的单向阀18以及与单向阀18连通的排气口 19，通过单向阀18，排气口 19排出的气体不会出现倒流现象。图3示出了上述氟化氢HF气体含量检测装置与气体绝缘开关设备GIS的一种连接示意图，进气电磁阀16与气体绝缘开关设备GIS 4的出气口 41相连，具体的，进气电磁阀16与气体绝缘开关设备GIS 4的出气口 41通过三通阀5相连，其中，进气电磁阀16与三通阀5的第一阀口 51相连，气体绝缘开关设备GIS 4的出气口与三通阀5的第二阀口 52 相连，三通阀5的第三阀口 53与换气阀6相连。在本发明其他实施例中，气室11的取样口可以为一个，激光发射器2与激光接收器3固定于取样口处，激光发射器2以特定的入射角发射激光束，气室11内壁设置有反射部件，激光束穿过气室内的待检测气体，由气室11内壁的反射部件上反射回来，激光接收器接收通过反射部件反射回的激光，中央处理系统根据激光发射器2发射的激光束的光强，以及激光接收器2接收到的激光束的光强，计算出气室11内部待检测HF气体的含量值，再经过压力、温度补偿，输出标准4 20mA的HF含量信号。在本发明其他实施例中，气室11的取样口可以为两个，两个取样口对称设置在气室11的两个相对面上，激光发射器2与激光接收器3分别固定于不同的取样口处，激光接收器3接收穿过气室11内待检测气体且由激光发生器2发射的激光束光强。为了进一步优化上述技术方案，上述所有实施例中的激光发射器2与激光接收器 3通过法兰固定于气室11的取样口处，并通过光缆与中央处理系统相连接。为了进一步优化氟化氢气体含量值的显示效果，中央处理系统与上位机相连，氟化氢HF气体的含量值在所述上位机上显示。参见图4，本发明实施例还提供了一种氟化氢HF气体含量检测方法，基于氟化氢 HF气体含量检测装置，上述氟化氢HF气体含量检测装置包括采样装置、激光发射器、激光接收器，以及中央处理系统，其中，采样装置包括气室、温度传感器，以及压力传感器；氟化氢HF气体含量检测方法至少包括如下步骤Sl 中央处理系统接收温度传感器与压力传感器分别采集的气室内的温度和压力 fn息；S2 根据温度和压力信息计算出气室内待检测气体的压缩比例；S3 控制位于气室内的活塞运动至与压缩比例相对应的压缩位置；S4:在位于采样装置内的活塞运动至压缩位置后，根据激光发射器向气室内发射的激光束光强，以及激光接收器接收的来自气室内的激光束光强，计算出气室内部待检测 HF气体的含量值。本发明的实现的具体流程为同时打开位于气室的进气口处并与气室相通的进气电磁阀，以及位于气室的排气口处并与气室相通的排气电磁阀，启动活塞让其向下运动直至气室底部，让气体绝缘开关设备GIS内的待检测气体流入气室进行待检测气体的采样，采样结束后，关闭排气电磁阀， 将采样后气室内的气体作为待检测气体，中央处理系统接收到固定于气室的顶部且与中央处理系统相连接的温度传感器和压力传感器分别采集的气室内的温度和压力信息，并根据上述温度和压力信息计算出气室内待检测气体的压缩比例(压缩比例由活塞压缩前气室内的压力和温度按照贝蒂-布里奇曼状态方程计算的出)，控制位于气室内的活塞运动至与上述压缩比例相对应的压缩位置，活塞按照系统反馈值压缩到指定位置后停止压缩，并且保持在该位置不动，让激光发射器和激光接收器有充分的时间采样待检测气体的信息。 激光发射器和激光接收器固定于气室的取样口处，并与中央处理系统相连接，激光发射器通过取样口向气室内部发射激光束，激光接收器接收来自气室内部的激光束，并将接收的信息通过光纤传输到中央处理系统，中央处理系统根据激光发射器通过取样口向气室内部发射的激光束光强，以及激光接收器接收的来自气室内部的激光束光强，计算出气室内部待检测HF气体的含量值。本实施例中，为了使气室内的气体能够真实反映出气体绝缘开关设备GIS内的待检测气体的状况，在进行采样前，保持气室与气体绝缘开关设备GIS相通预设的时间，例如 20小时，使气室内的气体与气体绝缘开关设备GIS内的待检测气体能够充分的交流，以便本领域技术人员可以理解的是，保持气室与气体绝缘开关设备GIS相通的时间可以根据实际情况灵活设定，在此不做赘述，当设定的时间到达后，再进行采样。计算出气室内部待检测HF气体的含量值后，打开排气电磁阀，可以利用压差让气室内的气体自行排出，也可以将活塞推至气室顶部，排空气室内气体，至此，一次采样及检测氟化氢HF气体含量的过程完成。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种氟化氢HF气体含量检测装置，其特征在于，包括采样装置、激光发射器、激光接收器，以及中央处理系统；其中，采样装置包括装有待检测气体的气室，所述待检测气体中包含HF气体，以及固定于所述气室的顶部且与所述中央处理系统相连接的温度传感器和压力传感器；所述温度传感器和所述压力传感器分别用于采集所述气室内的温度和压力，并将温度和压力信息反馈至所述中央处理系统，所述中央处理系统根据所述温度和压力信息计算出待检测气体的压缩比例，并控制位于所述气室内的活塞运动至与所述压缩比例相对应的压缩位置；所述激光发射器和所述激光接收器固定于所述气室的取样口处，并与所述中央处理系统相连接，所述中央处理系统用于在位于所述气室内的活塞运动至所述气室的压缩位置后，根据所述激光发射器通过所述取样口向所述气室内部发射的激光束光强，以及所述激光接收器接收的来自所述气室内部的激光束光强，计算出所述气室内部待检测HF气体的含量值。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采样装置还包括与所述活塞相连的活塞杆。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采样装置包括位于所述气室的进气口处并与所述气室相通的进气电磁阀，以及位于所述气室的排气口处并与所述气室相通的排气电磁阀。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述采样装置还包括与所述排气电磁阀连通的单向阀以及与所述单向阀连通的排气口。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述进气电磁阀与气体绝缘开关设备GIS的出气口相连。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述进气电磁阀与所述GIS的出气口通过三通阀相连，其中，所述进气电磁阀与所述三通阀的第一阀口相连，所述GIS的出气口与所述三通阀的第二阀口相连，所述三通阀的第三阀口与换气阀相连。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述取样口为一个，所述激光发射器与所述激光接收器固定于所述取样口处，所述气室内壁设置有反射部件，所述激光接收器接收通过所述反射部件反射回的激光；或，所述取样口为两个，所述两个取样口对称设置在所述气室的两个相对面上，所述激光发射器与所述激光接收器分别固定于不同的取样口处。
8.如权利要求1或7所述的系统，其特征在于，所述激光发射器与所述激光接收器通过法兰固定于所述气室的取样口处，并通过光缆与所述中央处理系统相连接。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述中央处理系统与上位机相连，所述氟化氢HF气体的含量值在所述上位机上显示。
10.一种氟化氢HF气体含量检测方法，其特征在于，基于氟化氢HF气体含量检测装置， 所述氟化氢HF气体含量检测装置包括采样装置、激光发射器、激光接收器，以及中央处理系统，其中，采样装置包括气室、温度传感器，以及压力传感器；所述方法包括中央处理系统接收所述温度传感器与所述压力传感器分别采集的所述气室内的温度和压力信息；根据所述温度和压力信息计算出所述气室内待检测气体的压缩比例； 控制位于所述气室内的活塞运动至与所述压缩比例相对应的压缩位置； 在位于所述采样装置内的活塞运动至所述压缩位置后，根据所述激光发射器向所述气室内发射的激光束光强，以及所述激光接收器接收的来自所述气室内的激光束光强，计算出所述气室内部待检测HF气体的含量值。
全文摘要
本发明实施例公开了一种氟化氢HF气体含量检测装置，包括采样装置、激光发射器、激光接收器，及中央处理系统；采样装置包括气室，温度传感器和压力传感器；温度传感器和压力传感器将温度和压力信息反馈至中央处理系统，中央处理系统根据温度和压力信息计算出待检测气体的压缩比例，并控制活塞运动至与压缩比例相对应的压缩位置；中央处理系统根据激光发射器向气室内发射的激光束光强，及激光接收器接收的来自气室内的激光束光强，计算出气室内待检测HF的含量值。本发明实施例还公开了一种氟化氢HF气体含量检测方法。本发明检测装置使气室内样气的密度尽量大，HF在含量极低的情况下也能被检测出来，该发明能及时发现GIS中潜在的危险。
文档编号G01N21/84GK102419330SQ20111040367
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者何建军, 姚强, 张继菊, 苗玉龙, 邱妮 申请人:重庆市电力公司电力科学研究院