六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置及方法

本发明属于六氟化硫分解产物，特别是一种六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置及方法。

背景技术：

1、六氟化硫是电力系统中高压绝缘设备的首选绝缘介质，由于其出色的绝缘性能和灭弧性能被广泛应用于高压气体绝缘开关设备(gis)。gis设备长期运行内难免会产生缺陷，进而引起异常放电现象，如金属颗粒放电，尖端放电等。若不能及时检测放电故障，很可能发生设备击穿进而导致大规模停电，严重威胁社会秩序与人民生命健康安全。亟需一种gis全生命周期的健康监测与故障诊断方法，纯六氟化硫在电弧作用下易电离分解这一特性为诊断提供重要依据。分解产物与设备中的氧和水分发生反应，生成二氧化硫，硫化氢和一氧化碳等物质，通过检测分解产物浓度结合相关智能算法可确定故障类型与评估故障程度。

2、目前，gis设备检测手段大多为离线色谱分析，无法实现全生命周期实时检测，不利于准确查找设备缺陷。色谱仪成本较高功耗较大，检测辅助设备复杂可靠性低，检测过程较为繁琐，不利于批量化检测与设备现场部署。长期离线取气与色谱分析，造成设备气压降低影响gis设备的正常运行，同时检测过程中排放的分解产物严重影响操作人员的生命健康，违背绿色低碳可持续发展新理念。

3、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置及方法,实现全生命周期、大批量、微型化、低功耗以及环境友好型检测。

2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置包括，

3、gis气室；

4、第一手动阀，其连接所述gis气室以手动通断其通断；

5、单孔式闭合回路，其配置成常压取气、被测气体检测以及循环回充，单孔式闭合回路包括，

6、第一电磁阀，其一端连接所述第一手动阀；

7、电子压力控制器，其一端连接所述第一电磁阀另一端；

8、互补传感阵列检测室，其连接所述电子压力控制器的另一端，所述互补传感阵列检测室包括，

9、互补传感器阵列单元，其包括多个分别检测六氟化硫分解产物各单气的传感器；

10、处理单元，其连接所述互补传感器阵列单元以解耦互补传感器阵列单元交叉干扰并识别分解产物各单气的浓度；

11、压力表p1，其设于所述互补传感阵列检测室和所述电子压力控制器之间以测量第一压力数据；

12、第二电磁阀，其一端连接所述互补传感阵列检测室的另一端；

13、增压泵，其一端连接所述第二电磁阀的另一端；

14、单向阀，其一端连接所述增压泵的另一端；

15、第三电磁阀，其一端连接所述单向阀的另一端，另一端连接于第一手动阀和第一电磁阀的一端之间；

16、压力表p2，其设于所述单向阀和所述第三电磁阀之间以测量第二压力数据；

17、真空辅助回路，其包括，

18、第二手动阀，其一端连接于第一手动阀和第一电磁阀的一端之间；

19、真空泵，其连接所述第二手动阀的另一端；

20、校准辅助旁路，其包括，

21、第四电磁阀，其一端连接于电子压力控制器和所述第一电磁阀之间；

22、六氟化硫标气瓶，其连接所述第四电磁阀另一端。

23、所述的六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置中，互补传感器阵列单元包括三个分别检测二氧化硫、硫化氢和一氧化碳的mems薄膜兼容与贵金属掺杂金属氧化物气体传感器。

24、所述的六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置中，互补传感器阵列单元包括四个分别检测二氧化硫、硫化氢、一氧化碳和微水的金属氧化物气体传感器。

25、所述的六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置中，所述金属氧化物气体传感器基于mems薄膜兼容与贵金属掺杂。

26、所述的六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置中，所述贵金属掺杂设计依据是基于密度泛函计算各分解产物中电子性质组成互补特性，各分解产物唯一对应最优传感器阵列单元。

27、所述的六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置中，

28、构建各阵列单元对随机目标混气响应的数据集，计算互补阵列各单元响应与气体组分浓度肯德尔相关系数，并结合机器学习极度随机树模型进行气体种类识别训练，以训练模型的特征得分评估所选阵列。

29、所述的六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置中，

30、所述评估方法包括以下步骤：

31、步骤1)将各阵列单元在同一时间与空间内对随机浓度目标混气连续采集24小时响应，将异常数据清洗后得到响应数据集；

32、步骤2)基于响应数据集分别计算各阵列单元与目标气体一氧化碳、硫化氢以及二氧化硫的肯德尔相关系数，对唯一气体有最大的肯德尔系数，则可评估阵列单元具有互补特性；

33、步骤3)设置数据集内目标气体种类标识y，其中y值取值0～7分别对应三种目标气体种类的八种组合，结合步骤2)的评估结果，基于极度随机树模型开展目标气体种类分类训练，各节点分离基于阵列单元的响应阈值，通过计算各阵列单元出现在决策树的次数以及分类不纯度的减少量定义归一化的特征得分，特征得分越高对应阵列单元较高的有效性，综合评估结果构建最优传感器阵列单元。

34、所述的六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置中，所述处理单元包括嵌入式系统搭载轻量级卷积神经网络，该网络继承交错组卷积神经网络，结合多任务联合损失解耦气体浓度与种类。

35、所述的六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置中，所述增压泵为隔膜泵以同时实现被测气体回充与循环检测真空准备。

36、所述的六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置的检测方法包括以下步骤，

37、步骤1)，关闭第一手动阀、第二手动阀、第一至第四电磁阀，开启第二手动阀与第一电磁阀，电子压力控制器常开，开启真空泵，压力表p1达到第一设定值时，关闭第一电磁阀，打开第三电磁阀，压力表p2达到第二设定值，关闭第三电磁阀，关闭第二手动阀和真空泵；

38、步骤2)，开启第一手动阀和第一电磁阀，电子压力控制器出口设为常压，当压力表p1示数稳定后，互补传感阵列检测室常压下检测；

39、步骤3)，检测分析完成后，关闭第一电磁阀，开启第二电磁阀与第三电磁阀，读取压力表p2示数，开启增压泵，互补阵列检测室气体增压充入gis气室；

40、步骤4)，压力表p1达到第三设定值，关闭增压泵，关闭第一手动阀、第二手动阀、第一至第四电磁阀；

41、步骤5)，装置连续检测时，判断压力表p1是否达到第三设定值，达到第三设定值后，重复循环步骤2)～4)。

42、所述的检测方法中，所述第三设定值大于第一设定值。

43、所述的检测方法中，所述第一设定值为10mbar，所述第三设定值为100mbar。

44、所述的六氟化硫分解产物互补传感阵列检测装置的自校准方法包括以下步骤，

45、步骤1)装置首次运行时，压力表p1达到第一设定值且压力表p2达到第二设定值，关闭第一手动阀、第二手动阀、第一至第四电磁阀与器件；

46、步骤2)开启第四电磁阀，六氟化硫标气瓶内气体进入单孔式闭合回路，电子压力控制器出口设为常压，待压力表p1示数稳定，互补传感阵列检测室常压下校准漂移；

47、步骤3)完成校准后，关闭第四电磁阀，开启第二电磁阀、第三电磁阀和第一手动阀，记录压力表p2示数，开启增压泵，互补阵列检测室内气体增压进入gis气室；

48、步骤4)压力表p1满足第三设定值时，关闭增压泵和所有阀；

49、步骤5)若压力表p2示数低于gis气室正常工作值，循环自校准步骤2)～4)直至达到gis气室正常工作值；

50、所述的自校准方法中，所述循环自校准包括阵检测信号零点漂移校准与gis气室压力自补偿。

51、所述的自校准方法中，所述第三设定值为第一设定值的十倍。

52、和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的互补传感阵列具有检测速度快，操作简单，微型化，低功耗与高可靠性优点。循环检测回充代替传统离线取样检测装置，可实现设备全生命周期监测，提高了检测效率，极大减少了六氟化硫及其分解产物的排放，响应绿色低碳可持续发展的新理念。自校准解决金属氧化传感器长期稳定性差的问题，自较准过程中的纯六氟化硫同时补偿gis设备压力，实现整个检测周期内零排放以及传感信号较准与压力补偿协同配合。