六氟化硫和氮气混合气体分解产物检测系统及其检测方法与流程

本发明属于高压电气设备绝缘技术领域，尤其涉及一种六氟化硫和氮气混合气体分解产物检测系统及其检测方法。

背景技术：

我国在20世纪70年代就开始了对六氟化硫(sf6)的混合气体作为绝缘介质的研究，当时考虑用混合气体代替高纯sf6气体的主要原因是，sf6气体有许多不足之处，如:价格昂贵，对电场均匀性比较敏感，以及低温下容易液化，不适用于北方严寒地区使用等。但在均匀场中相同气压的sf6混合气体的绝缘强度没有高纯sf6气体的绝缘强度高，不易满足现场使用要求，故我国的绝大多数高压绝缘设备仍采用高纯sf6作为气体绝缘介质。

随着经济的发展，国际社会越来越重视环保和节能减排，在此背景下，sf6气体的温室效益逐渐被重视。1997年通过的《京都议定书》将sf6列为全球6种温室气体之一。各国科学家和电力部门展开了大量的混合气体研究，期望以sf6/n2混合气体代替纯sf6气体，作为开关设备的绝缘气体，以减少sf6的使用量，从源头上减少sf6排放的温室效应。

从目前的各项研究和应用来看，sf6/n2混合气体有很好的应用前景。我国现阶段进行的各项试验研究表明，sf6/n2混合气体在放电时并没有新的毒物生成，且对电极表面缺陷的敏感程度较小；从应用来看，采用sf6/n2混合气体作为断路器的灭弧、绝缘介质，在.abb、西门子等国外电气公司中已经获得应用。

随着sf6/n2混合气体逐渐替代sf6纯气作为开关设备绝缘气体，混合气体中sf6气体的分解产物浓度分析、sf6气体纯度检测、sf6微水检测等课题的研究也提上了日程。

虽然sf6/n2混合气体在物理化学特性上与高纯sf6相似，但在分解产物气体分析算法上存在很大差别，如果依然沿用高纯sf6气体下sf6分解产物检测设备和算法，结果会造成比较大的测量误差，无法满足相关国标计量要求。如果这样的设备安装到sf6/n2混合气体的高压设备上，轻者混合气体的各项参数测量不准确，严重的会出现设备误动作、误报警等情况，严重威胁sf6开关设备的安全运行。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种六氟化硫和氮气混合气体分解产物检测系统及其检测方法，该系统能够实现sf6/n2混合气体分解产物含量的准确测量，满足类似应用环境下的监测、检验需求，监控开关设备的运行状态。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：六氟化硫和氮气混合气体分解产物检测系统，包括主控单元、显示单元、进气管路、出气管路、第一检测气路和第二检测气路，第一检测气路和第二检测气路并联设置，进气管路的进气口设有带流量调节阀的进气管接头，第一检测气路和第二检测气路的进气口与进气管路的出气口连接，第一检测气路和第二检测气路的出气口与出气管路的进气口连接；

第一检测气路上设置有分解产物及温度传感单元和流量传感单元，第二检测气路上设置有纯度传感单元和压力传感单元，主控单元通过电缆分别与显示单元、分解产物及温度传感单元、纯度传感单元、流量传感单元和压力传感单元连接。

六氟化硫和氮气混合气体分解产物检测系统的监测方法，包括以下步骤：

1）将进气管接头连接到高压开关设备上，确保密封严实；

2）分解产物及温度传感单元、纯度传感单元、流量传感单元和压力传感单元分别获得气体温度、分解产物原始信号量、混合气体的浓度变化、混合气体的流量及气路内部压力信号量，然后通过数字信号或者模拟信号将数据上传给主控单元，由主控单元通过多元复合算法计算出sf6/n2混合气体中分解产物各组分含量；

3）再由显示单元实时显示混合气体的sf6浓度、分解产物含量、温度值，并可保存sf6/n2混合气体的sf6纯度、分解产物含量等参数，以备日后通过历史查询功能进行复查、研究，同时还根据相应标准文件提供状态提示功能，提醒用户当前高压设备的运行状态。

步骤2）中多元复合算法的具体计算过程为：

理论上纯sf6气体和纯n2气体中分解产物各组分含量采用公式（1）进行计算，

（1）

其中：

，纯sf6背景下，一定浓度的纯度传感单元响应值

，混合气中sf6体积含量（v/v）%

，纯n2背景下，一定浓度的纯度传感单元响应值

，混合气中n2体积含量（v/v）%

，温度、流量补偿系数，其中用于区分不同的气体类型，比如：so2、h2s、co，p为温度、流量参数

从纯sf6气体和纯n2气体的状态方程出发，仔细分析了实际气体和理想气体的差别，根据格拉罕姆定律，分析了混合气体中分解产物各组分的基本的扩散规律，并通过不同的权重比，进行去交叉运算及动态补偿，最后得到算混合气体分解产物各组分含量；

根据格拉罕姆定律可知，同温同压下n2中分解产物气体扩散速度是sf6中分解产物气体扩散速度的2.28倍，从而导致同等条件下n2中的分解产物传感器响应量和sf6中分解产物传感器响应量也存在类似关系，但针对不同的组分其比例关系也不尽相同；

经过大量高低温实验、不同sf6下特定组分的分解产物气体实验、一定浓度sf6，体积含量为30%不同组分的分解产物气体实验，并对数据整合分析，综合考虑各因素，根据公式（1）得到任意比例的sf6/n2混合气中分解产物含量的多元复合公式：

（2）

其中：

，为传感器原始信号补偿系数

，为分解产物传感单元的不同传感器的响应量

，为温度、流量补偿系数

，代表不同的分解产物气体，例如：so2、h2s、co

p，为温度、流量参数项。

采用上述技术方案，经过大量的试验和数据统计计算，本发明探索出一套切实可行的sf6混合气体中分解产物浓度分析的测量方法，并依据此方法研制了sf6/n2混合气体分解产物检测系统。本发明的目的是检测混合气体中分解产物气体各组分含量，该系统纯度传感单元检测混合气体中sf6的体积含量，分解产物传感单元测试分解产物原始信号及环境温度，最后各信号送入主控单元，并通过内嵌算法（包含去交叉、流量补偿、温度补偿等），得到混合气体中分解产物气体各组分的含量。本发明从物理学意义角度，依据大量实验数据分析及特定的多元复合补偿算法，通过单次校准某一特定sf6浓度下的分解产物测量功能，即可用于检测任意比例sf6与n2混合气体中的分解产物含量，尤其适合3:7这一比例下的sf6/n2混合气体分解产物的测量功能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的六氟化硫和氮气混合气体分解产物检测系统，包括主控单元1、显示单元2、进气管路3、出气管路4、第一检测气路5和第二检测气路6，第一检测气路5和第二检测气路6并联设置，进气管路3的进气口设有带流量调节阀7的进气管接头8，第一检测气路5和第二检测气路6的进气口与进气管路3的出气口连接，第一检测气路5和第二检测气路6的出气口与出气管路4的进气口连接；

第一检测气路5上设置有分解产物及温度传感单元9和流量传感单元10，第二检测气路6上设置有纯度传感单元11和压力传感单元12，主控单元1通过电缆分别与显示单元2、分解产物及温度传感单元9、纯度传感单元11、流量传感单元10和压力传感单元12连接。

六氟化硫和氮气混合气体分解产物检测系统的监测方法，包括以下步骤：

1）将进气管接头8连接到高压开关设备上，确保密封严实；

2）分解产物及温度传感单元9、纯度传感单元11、流量传感单元10和压力传感单元12分别获得气体温度、分解产物原始信号量、混合气体的浓度变化、混合气体的流量及气路内部压力信号量，然后通过数字信号或者模拟信号将数据上传给主控单元1，由主控单元1通过多元复合算法计算出sf6/n2混合气体中分解产物各组分含量；

3）再由显示单元2实时显示混合气体的sf6浓度、分解产物含量、温度值，并可保存sf6/n2混合气体的sf6纯度、分解产物含量等参数，以备日后通过历史查询功能进行复查、研究，同时还根据相应标准文件提供状态提示功能，提醒用户当前高压设备的运行状态。

步骤2）中多元复合算法的具体计算过程为：

理论上纯sf6气体和纯n2气体中分解产物各组分含量采用公式（1）进行计算，

（1）

其中：

，纯sf6背景下，一定浓度的纯度传感单元响应值

，混合气中sf6体积含量（v/v）%

，纯n2背景下，一定浓度的纯度传感单元响应值

，混合气中n2体积含量（v/v）%

，温度、流量补偿系数，其中用于区分不同的气体类型，比如：so2、h2s、co，p为温度、流量参数

从纯sf6气体和纯n2气体的状态方程出发，仔细分析了实际气体和理想气体的差别，根据格拉罕姆定律，分析了混合气体中分解产物各组分的基本的扩散规律，并通过不同的权重比，进行去交叉运算及动态补偿，最后得到算混合气体分解产物各组分含量；

根据格拉罕姆定律可知，同温同压下n2中分解产物气体扩散速度是sf6中分解产物气体扩散速度的2.28倍，从而导致同等条件下n2中的分解产物传感器响应量和sf6中分解产物传感器响应量也存在类似关系，但针对不同的组分其比例关系也不尽相同；

经过大量高低温实验、不同sf6下特定组分的分解产物气体实验、一定浓度sf6，体积含量为30%不同组分的分解产物气体实验，并对数据整合分析，综合考虑各因素，根据公式（1）得到任意比例的sf6/n2混合气中分解产物含量的多元复合公式：

（2）

其中：

，为传感器原始信号补偿系数

，为分解产物传感单元的不同传感器的响应量

，为温度、流量补偿系数

，代表不同的分解产物气体，例如：so2、h2s、co

p，为温度、流量参数项。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。