混合气体等离子体光谱测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高压电试验技术领域，具体涉及一种SF6混合气体等离子体光谱测量 装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的快速发展，促进了电力工业向着大机组、远距离、超特高压及交直 流并用的方向发展，随着电网输送电压等级的提高，对电力设备的绝缘提出了更高的要求。 SF 6气体因具有较高的绝缘和灭弧能力，被广泛的应用在电力工业中。与此同时，SF6气体还 具有以下缺陷:一是液化温度较高，在高寒地区冬季寒冷季节使用易产生液化现象，对电力 设备的安全运行构成严重威胁;二是SF 6气体是极强的温室效应气体，其GWP值是等量0)2的 23900倍，1997通过的《京都议定书》将SF 6气体列为需全球管制使用的气体;三是对电力设 备中的电场不均匀度比较敏感；四是在高温电弧的持续作用下会发生分解。随着环境污染 和全球变暖等因素的影响，人们在致力于寻找SF 6气体的替代气体。但目前还尚未寻找到能 有效替代SF6气体的性能优良的单一绝缘气体，于是人们开始寻求使用SF 6混合气体作为绝 缘灭弧介质，不仅可以降低绝缘气体的液化温度，而且可以减少SF6气体的使用量。
[0003] 现阶段关于SF6混合气体的研究主要集中在其低电压等级、稳态击穿特性及绝缘 强度等宏观方面，关于从微观角度探讨SF 6混合气体放电机理的研究较少。通过获取各种SF6 混合气体的电子温度和电子密度等微观数据，可从微观层面上对SF6混合气体中各种粒子 的存在状态和运动规律展开研究，从而使sf 6混合气体能够在电力工业中获得较好地应用。
[0004] 而目前对离子存在状态和运动规律研究过程中应用较多的为发射光谱法，它是诊 断等离子微观信息的一种手段，通过采用非侵入式诊断技术进行检测，对等离子体参数无 干扰，并且实验仪器相对简单。根据电离原理，SF 6混合气体放电时，会形成剧烈的电弧等离 子体，如果能设计出一种关于SF6混合气体等离子体光谱测量装置，实现对SF 6混合气体等离 子的光谱测量，是对SF6混合气体放电等离子体的微观研究提供有效手段，从而指导SF 6混合 气体在电力工业上的应用。
【发明内容】
[0005] 针对现有SF6混合气体光谱诊断技术的空白，本发明提供一种SF6混合气体等离子 体光谱测量装置及方法。sf 6和另一种不与其发生反应的气体(如氮气、四氟化碳、二氧化碳 等)混合后，根据Dal ton分压定律可知，通过控制混合气体中SF6气体的分压从而调节SF6和 另一气体的混合比，即
式中：nA、nB为两种气体的摩尔数;pA、pB为两种气体的分压力，即两种气体分别承担的 压强，因此可以通过控制两种气体的压强比来控制混合气体中SF6气体的含量。
[0006] 本发明的技术方案如下： 一种SF6混合气体等离子体光谱测量装置，由SF6混合气体充放与回收装置、SF6混合气 体电弧等离子体产生装置和光谱检测装置三部分组成，其中SF6混合气体充放与回收装置 包括两个分别存放SF6气体和另一种气体的高压气瓶、混合气体储气罐、压缩机、过滤吸收 装置、真空栗和气体连接管路，其中两个高压气瓶分别与混合气体储气罐的两个进气口相 连，混合气体储气罐通过气体连接管路分别连接压缩机和真空栗，真空栗连接过滤吸收装 置;SF6混合气体电弧等离子体产生装置包括两个电极、密封气室、调压器、变压器、水电阻 和连接线路，两个电极分别从密封气室的上下端插入，并与水电阻、变压器和连接线路串联 构成回路，调压器与变压器并联连接，密封气室通过气体管路分别连接真空栗和压缩机;光 谱检测装置包括光纤光谱仪、上位机、光同步触发探头和光纤探头，光纤光谱仪和上位机通 过数据线连接，光同步触发探头和光纤探头分别与光纤光谱仪连接。
[0007] 上述装置中，所述两个高压气瓶和混合气体储气罐的连接管路上均设有气体流量 计，用于控制气体进入储气罐的量，可实现SF6气体与另一气体以任意比例混合。
[0008] 上述装置中，所述混合气体储气罐上设有保护装置，用于当储气罐中气体压力超 过设定值时控制压缩机自动断开。
[0009] 上述装置中，所述压缩机用于将混合气体储气罐中的混合气体充入密封气室中， 或者将密封气室中的混合气体回收至混合气体储气罐中。
[0010]上述装置中，所述真空栗用于将密封气室或者储气罐进行抽真空。
[0011] 上述装置中，所述密封气室一端设有调距旋钮，可调节该端插入电极在密封气室 内的高度，从而调节电极间距。
[0012] 上述装置中，所述密封气室与压缩机相连接的管路上在靠近密封气室下端处设有 压力表，用于监控进入密封气室的气体压力情况。
[0013] 上述装置中，所述密封气室侧壁上设有石英视窗，光同步触发探头和光纤探头分 别通过石英视窗对准两个电极之间的中心处。
[0014] -种SF6混合气体等离子体光谱测量方法是采用上述装置，按照以下工艺步骤进 行： (1) 开启真空栗将混合气体储气罐抽真空，关闭真空栗并开启另一种气体的高压气瓶 对混合气体储气罐进行气体置换，反复抽真空、换气2次后对气体储气罐抽真空； (2) 按先后顺序分别打开SF6气体和另一种气体的高压气瓶向混合气体储气罐中按照 比例混合SF6气体和另一种气体，静置24小时，使气体充分混合； (3) 开启真空栗将密封气室抽真空，通过压缩机将混合气体储气罐中的混合气体充入 密封气室中，直至达到设定压强值； (4) 调节电极在密封气室中的间距，接通回路电源，并匀速升高调压器的电压，当输出 电压达到电极间隙的击穿电压后，电极间绝缘击穿形成电弧等离子体； (5) 光同步触发探头探测到弧光之后，启动光谱检测装置采集电弧等离子体的光谱信 息。
[0015] 上述方法中，所述另一种气体为液化点在-50°c以下的气体，包括氮气、二氧化碳、 四氟化碳、惰性气体。
[0016] 本发明的有益效果:本发明的SF6混合气体等离子体光谱测量方法与现有技术相 比较有以下优势： 1)弥补SF6混合气体电弧等离子体光谱测量的空白，高效的完成不同试验条件下混合 气体电弧等离子体的光谱检测。
[0017] 2)混合气体储气罐可认为零泄漏，不同气体由不同的进气口进入，极大的保证了 混合气体的纯度。
[0018] 3)气体的混合通过气体流量计控制，混合方式方便高效，可十分精确的控制混合 气体的混合比。
[0019] 4)SF6与另一气体的混合在混合气体储气罐中，可使混合气体快速充分混合，极大 的降低气体分层现象。
[0020] 5)可完成混合气体的回收循环利用，提高资源利用和节约实验成本，可基本实现 SF6向大气中的零排放。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的SF6混合气体等离子体光谱测量装置的结构示意图， 其中1、SF6气瓶，2、另一种气体气瓶，3、混合气体储气罐，4、过滤器，5、压缩机，6、冷凝 器，7、真空栗，8、过滤吸收装置，9、密封气室，10、电极，11、石英视窗，12、调距旋钮，13、光同 步触发探头，14、光纤探头，15、上位机，16、光纤光谱仪，h、调压器，T 2、变压器，心、保护电 阻，KrKu、管路气阀，A〇、关断阀门，GjPG2、流量计，G 3、电接点压力表，G4和G8、真空表，G5、真 空计，G6和G7、气压表。
[0022] 图2为本发明实施例1的SF6混合气体等离子体光谱测量方法的工艺流程图。
【具体实施方式】 [0023] 实施例1 一种SF6混合气体等离子体光谱测量装置，由SF6混合气体充放与回收装置、SF6混合气 体电弧等离子体产生装置和光谱检测装置三部分组成，如图1所示。SF6混合气体充放与回 收装置包括两个分别存放SF6气体和另一种气体的高压气瓶1和2、设有电接点压力表G3的混 合气体储气罐3、过滤器4、压缩机5、冷凝器6、过滤吸收装置8、真空栗7和气体连接管路，其 中两个高压气瓶1和2分别与混合气体储气罐3的两个进气口相连，并且连接管路上均设有 气体流量计Gi、G 2和气阀Κι、K2，可实现SF6气体与另一气体以任意比例混合;混合气体储气罐 3的两个出气口处分别设有气阀K 3和K4,其中气阀K3所在的管路用于将混合气体储气罐中的 混合气体充入密封气室中，该过程通过气阀Κ 3、压缩机、冷凝器、Κ7、Κ9~Κη以及关断阀门Α〇实 现;气阀Κ 4所在管路设有两条分支管路，其中一条分支管路通过气阀K4、KdPK7控制混合气 体储气罐与真空栗的直接连通，用于混合气体储气罐的抽真空，另一条分支管路依次连接 冷凝器、压缩机和过滤器，并通过气阀K 8~Kn和关断阀门A〇实现混合气体储气罐3与密封气 室9的连通，用于将密封气室中的混合气体回收至混合气体储气罐中；真空栗7的进气口处 设有真空表G4,出气口连接过滤吸收装置8,真空表G4和设有气阀K 6的真空计65相连接，&用 于检测密封气室和混合气体储气罐中的最终真空度(范围〇-l〇〇〇Pa)，气压表G 6设于气阀Κ9 上方，用于检测密封气室加压充气时的压强值； SF6混合气体电弧等离子体产生装置包括两个电极10、密封气室9、调压器Τ1、变压器 T2、水电阻心和连接线路，两个电极10分别从密封气室9的上下端插入，并与