氦离子检测器及被试断路器分解产物混合气体分离方法与流程

本发明涉及气体成分检测技术领域，具体涉及一种氦离子检测器及被试断路器分解产物混合气体分离方法。

背景技术：

根据国际大电网会议(cigre)统计结果，高压断路器的电寿命是影响断路器使用年限的主要因素之一，而弧触头与喷口是决定电寿命长短的关键部件。

随着我国西电东送“八交十一直”投运以及跨区域联网的工程不断建设运行，电力系统容量不断增长，短路容量不断增加，对断路器开断短路电流的能力提出了更高要求。其中，交流滤波器断路器需根据系统负荷波动进行频繁投切，投入容性负载的关合涌流对灭弧室弧触头、喷口有明显的烧蚀累积效应，对断路器的电气性能造成影响。线路断路器在多次开断短路电流，弧触头、喷口承受多次电弧烧蚀的累积效应后，是否满足继续运行的要求，也需要对其电气性能状态进行正确评估。

而断路器在开合电流过程中气体组分变化是准确评估灭弧室喷口剩余寿命提供关键依据之一，为跟踪sf6气体组分演化发展趋势，需要实时对断路器开合过程中的气体组分进行监测，但目前普遍采用的现场取样钢瓶法无法满足项目研究需求，存在检测效率低下问题，传统性sf6气体组分测试一般只能测量h2s，so2，co含量，无法检测多种组分气体，同时钢瓶吸附、长途运输、放置时间长使样气组分含量与现场组分含量表现出较大差异，导致对sf6电气设备的状态评价数据不真实、不全面、维度不多样，无法满足项目监测要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种氦离子检测器，以为准确评估灭弧室喷口剩余寿命提供参考依据。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种氦离子检测器，包括第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀、第四切换阀、第五切换阀、第一色谱柱、第二色谱柱、第三色谱柱、第四色谱柱、第五色谱柱、第一检测器、第二检测器、第一载气以及第二载气；其中，

所述第一载气的出气端分别和第一切换阀、第三切换阀以及第四切换阀的一进气端相连接；第一切换阀的另一进气端为被试断路器分解产物进样端，第一切换阀、第三切换阀以及第四切换阀依次连接，形成串接状态，以使得被试断路器分解产物能够进入第一切换阀、第三切换阀以及第四切换阀中；

所述第一切换阀的出气端和第一色谱柱的进气端相连接，第一色谱柱的出气端和第二切换阀的一进气端相连接，第二切换阀的另一进气端和第二载气的出气端相连接，第二切换阀的出气端和第二色谱柱的进气端相连接，第二色谱柱的出气端和第一检测器的进气端相连接；

所述第三切换阀的出气端和第三色谱柱的进气端相连接，第三色谱柱的出气端和第五切换阀的一进气端相连接，第五切换阀的另一进气端和第二切换阀的另一出气端相连接，以使得第二氦气能够进入至第五切换阀；第五切换阀的出气端和和第五色谱柱的进气端相连接，第五色谱柱的出气端和第一检测器的进气端相连接；

所述第四切换阀的出气端和第四色谱柱的进气端相连接，第四色谱柱的出气端和第五切换阀的再另一进气端相连接，第五切换阀的出气端和和第五色谱柱的进气端相连接，第五色谱柱的出气端和第一检测器的进气端相连接。

所述第一色谱柱和第四色谱柱均为4m硅胶色谱柱；所述第二色谱柱为3m硅胶色谱柱；所述第三色谱柱为15m毛细管柱；所述第五色谱柱为5a分子筛色谱柱。

所述的氦离子检测器还包括分析终端，所述第一检测器和第二检测器将其检测到的数据信息传输至分析终端中，由分析终端来分析出被试断路器分解产物的组分含量。

所述分析终端和第一检测器以及第二检测器之间通过无线路由器实现通讯连接。

相应地，本发明还提供了一种被试断路器分解产物混合气体分离方法，该方法采用上述的氦离子检测器进行，包括：

流程1：第一载气和第一切换阀连接，开始采集后，第一切换阀切换至进样状态，第一载气携带样品进入第一色谱柱，第一色谱柱与第二切换阀连接，第二载气携带第一色谱柱的气样分别进入第二切换阀，在样品气中sf6流入第二色谱柱之前，经过反吹将样气中sf6通过第二切换阀放空，sf6排尽后再将切换气路，剩余样品继续进入第一检测器，以分离出co2、cf4、c2f6、c3f8、h2s、sof2、so2f2；

流程2：第一载气和第四切换阀连接，开始采集后，第四切换阀切换至进样状态，第一载气携带样品进入第四色谱柱，第二载气携带第四色谱柱的气样分别进入第五切换阀，期间通过第五切换阀反吹将sf6放空，排尽后切回进样气路，剩余样品继续流入第五色谱柱5，进入第二检测器，以分离出h2、o2、n2、co；

流程3：第一载气和第三切换阀连接，开始采集后，第三切换阀切换至进样状态，第一载气携带样品进入第三色谱柱，第二载气携带第三色谱柱的气样分别进入第五切换阀，第三色谱柱经过第五切换阀5流出后进入第二检测器，以分离出so2、cs2；

其中，流程2和流程3采用串行检测手段，同时并行处理流程2。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

通过采用本氦离子检测器可以快速地实现被试断路器分解产物混合气体的分离，色谱柱用来将混合气体中多种分分解物分离开，之后依次进入后端检测器，响应出电信号，作为浓度测算依据，从而可以踪sf6气体组分演化发展趋势，为准确评估灭弧室喷口剩余寿命提供关键依据。

附图说明

图1为本发明实施例提供的氦离子检测器组成示意图；

图中：1、第一切换阀；2、第二切换阀；3、第三切换阀；4、第四切换阀；5、第五切换阀；6、第一色谱柱；7、第二色谱柱；8、第四色谱柱；9、第五色谱柱；10、第一检测器；11、第二检测器；12、第一载气；13、第二载气；14、第三色谱柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

本氦离子检测器是基于气相色谱检测技术，气相色谱是一种物理的分离方法。利用被测物质各组分在不同两相间分配系数(溶解度)的微小差异，当两相作相对运动时，这些物质在两相间进行反复多次的分配，使原来只有微小的性质差异产生很大的效果，而使不同组分得到分离。

参阅图1所示，本实施例提供的氦离子检测器包括第一切换阀1、第二切换阀2、第三切换阀3、第四切换阀4、第五切换阀5、第一色谱柱6、第二色谱柱7、第三色谱柱14、第四色谱柱8、第五色谱柱9、第一检测器10、第二检测器11、第一载气12以及第二载气13。

其中，该第一载气12的出气端分别和第一切换阀1、第三切换阀3以及第四切换阀4的一进气端相连接；第一切换阀1的另一进气端为被试断路器分解产物进样端，第一切换阀1、第三切换阀3以及第四切换阀4依次连接，形成串接状态，以使得被试断路器分解产物能够进入第一切换阀1、第三切换阀3以及第四切换阀4中。

该第一切换阀1的出气端和第一色谱柱6的进气端相连接，第一色谱柱6的出气端和第二切换阀2的一进气端相连接，第二切换阀2的另一进气端和第二载气13的出气端相连接，第二切换阀2的出气端和第二色谱柱7的进气端相连接，第二色谱柱7的出气端和第一检测器10的进气端相连接。

该第三切换阀3的出气端和第三色谱柱14的进气端相连接，第三色谱柱14的出气端和第五切换阀5的一进气端相连接，第五切换阀5的另一进气端和第二切换阀2的另一出气端相连接，以使得第二氦气13能够进入至第五切换阀5；第五切换阀5的出气端和和第五色谱柱9的进气端相连接，第五色谱柱9的出气端和第一检测器10的进气端相连接。

该第四切换阀4的出气端和第四色谱柱8的进气端相连接，第四色谱柱8的出气端和第五切换阀5的再另一进气端相连接，第五切换阀5的出气端和和第五色谱柱9的进气端相连接，第五色谱柱9的出气端和第一检测器10的进气端相连接。

相应地，本实施例还提供了一种被试断路器分解产物混合气体分离方法，该方法采用上述的氦离子检测器进行，包括如下流程步骤：

流程1：第一载气12和第一切换阀1连接，开始采集后，第一切换阀1切换至进样状态，第一载气12携带样品进入第一色谱柱6，第一色谱柱6与第二切换阀2连接，第二载气13携带第一色谱柱6的气样分别进入第二切换阀2，在样品气中sf6流入第二色谱柱7之前，经过反吹将样气中sf6通过第二切换阀2放空，sf6排尽后再将切换气路，剩余样品继续进入第一检测器10，以分离出co2、cf4、c2f6、c3f8、h2s、sof2、so2f2；

流程2：第一载气12和第四切换阀4连接，开始采集后，第四切换阀4切换至进样状态，第一载气12携带样品进入第四色谱柱8，第二载气13携带第四色谱柱8的气样分别进入第五切换阀5，期间通过第五切换阀5反吹将sf6放空，排尽后切回进样气路，剩余样品继续流入第五色谱柱9，进入第二检测器11，以分离出h2、o2、n2、co；

流程3：第一载气12和第三切换阀3连接，开始采集后，第三切换阀3切换至进样状态，第一载气12携带样品进入第三色谱柱14，第二载气13携带第三色谱柱8的气样分别进入第五切换阀5，第三色谱柱14经过第五切换阀5流出后进入第二检测器11，以分离出so2、cs2；

其中，流程2和流程3采用串行检测手段，同时并行处理流程2，可以有效缩短单次进样检测的时间。

由此可知，通过采用本氦离子检测器可一次进样检测o2、n2、co、co2、no2、cf4、c2f6、c3f8、h2s、so2、sof2、so2f2、s2f10o、sf6达14种组分，跟踪sf6气体组分演化发展趋势，揭示灭弧室在累积烧蚀过程中sf6气体组分变化发展规律。同时，cf4、co、co2气体的检测也可以作为sf6开关灭弧室状态评估分析和潜伏性故障判断的重要方法之一。

色谱柱用来将混合气体中多种分分解物分离开，之后依次进入后端检测器，响应出电信号，作为浓度测算依据，从而可以踪sf6气体组分演化发展趋势，为准确评估灭弧室喷口剩余寿命提供关键依据。

具体地，上述的第一色谱柱6和第四色谱柱8均为4m硅胶色谱柱，该第二色谱柱7为3m硅胶色谱柱；该第三色谱柱14为15m毛细管柱；该第五色谱柱9为5a分子筛色谱柱。通过巧妙设置不同型号规格的色谱柱，以快速、高效地对混合气体中多种分分解物分离开。

优选地，上述的氦离子检测器还包括分析终端15，该第一检测器10和第二检测器11将其检测到的数据信息传输至分析终端15中，由分析终端15来分析出被试断路器分解产物的组分含量，从而可以实现远程分析，无需采用现场取样钢瓶法，在提高分离效率的同时可以提高检测结果的准确性。具体地，上述的分析终端15和第一检测器10以及第二检测器11之间通过无线路由器实现通讯连接。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。