非共振光聲光譜檢測分析裝置制造方法及圖紙

一種非共振光聲光譜檢測分析裝置，由光聲光譜檢測模塊（8）組成。光聲光譜檢測模塊（8）包括光源模塊（2-1）、光聲信號產生模塊（2-2）、光功率測量模塊（2-3）和故障診斷分析模塊（2-4）；光源模塊（2-1）中紅外非相干光源產生的光信號經橢球面反光鏡聚焦后形成聚焦光束，然后經光學斬波器的斬波刀片和濾光片調制成特定頻率和波長的光入射到光聲信號產生模塊（2-2），待測氣體經照射產生的光聲信號經故障診斷分析模塊（2-4）計算各氣體濃度并進行故障診斷和報警。本發明專利技術可定量檢測SF6、CF4、SO2F2、SOF2、SO2、SF4、H2O等氣體，適于現場在線監測。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種SF6分解氣體檢測及內部故障分析診斷裝置。
技術介紹
以六氟化硫氣體(SF6)為絕緣和滅弧介質的電氣設備，如GIS (氣體絕緣開關設備，Gas-Insulated Switchgear)、斷路器、變壓器、開關柜等，以其可靠性高、維護量小、占地面積小等優點迅速發展，并廣泛應用于電力系統的高壓和超高壓領域，逐漸成為現代變電站的首選設備之一。然而，近年來3匕氣體絕緣電氣設備在運行中卻出現了一些問題和事故。根據幾十年的運行情況和故障統計，以SF6為絕緣氣體的電氣設備中，絕緣故障發生的、比例最高(60%以上)。SF6在常溫常壓下是化學性質極穩定的合成氣體，其分子結構為單硫多氟對稱結構，具有很強的電負性，絕緣和滅弧性能均十分優異。但當SF6氣體絕緣電氣設備出現放電或過熱故障甚至在正常開斷時，SF6會分解成低氟硫化物，這些低氟硫化物會與氣體雜質、水分、電極和絕緣材料等進一步反應生成強毒性和強腐蝕性的氣體和固體化合物，主要的氣體分解物有氟化亞硫酰(SOF2)、氟化硫酰(SO2F2)、四氟化碳(CF4)、十氟化二硫(S2F1CI)、二氧化硫(SO2)等。這些氣體分解物的種類、含量與故障的類型、嚴重程度等呈定量的對比關系，尤其是當電氣設備發生潛伏性故障時，此時設備仍可運行，但SF6氣體已發生了分解。因此，在線監測SF6氣體絕緣電氣設備的氣體分解物，可對潛在故障提前預警，快速準確地診斷設備故障并進行故障隔離，避免或延緩事故發生。專利CN2747583Y “六氟化硫電氣設備故障檢測儀的檢測機構”通過一個四通接頭連接壓力傳感器、SO2電化學氣體傳感器和H2S電化學氣體傳感器，檢測SO2和H2S的含量并對設備內部故障進行診斷。但是該專利只能檢測SO2和H2S氣體，檢測多種氣體組分時會受到結構的限制。專利CN101464671A “一種六氟化硫氣體及其分解物監測監控的裝置及方法”通過放電電流測量六氟化硫氣體濃度，并通過so2、h2s、o2電化學氣體傳感器測量衍生氣體濃度。當氣體濃度超過系統預先設定的警示范圍時，裝置自動報警并對換氣風機、降溫風機等實行聯動控制。上述專利主要是通過常見的電化學氣體傳感器檢測S02、HF、H2S等氣體分解物，對重要的分解氣體組分S02F2、SOF2和CF4等則無能為力。并且，電化學傳感器法存在氣體組分間的干擾問題，不僅選擇性差，而且存在零點易漂移、壽命短等主要缺陷，不適用于SF6氣體絕緣電氣設備的在線監測。專利CN101644670A “六氟化硫氣體放電微量組分的紅外檢測裝置及方法”利用傅立葉紅外光譜的方法對GIS在局部放電下的SF6分解氣體進行檢測。該裝置通過實驗變壓器在局部放電實驗裝置上模擬局部放電使SF6產生分解，將氣體采集至氣體袋等容器中并通入長光程氣體池，然后采用紅外光譜儀進行紅外光譜吸收檢測。該裝置雖然可檢測S02F2、SOF2, SO2, HF、S2F10等多種氣體組分，傅立葉紅外法自身具有檢測精度差、靈敏度低、檢測時間長等缺點，適于實驗室中的定性分析，不適于對SF6氣體絕緣電氣設備的現場在線監測。專利CN10151496A “基于光聲光譜技術的SF6檢測系統”在斷路器所在位置附近設置若干根泄漏氣體采樣管，采集泄漏的SF6氣體至光聲腔體內，然后利用CO2激光器產生激光光束通過光聲發生器的濾光片并入射到光聲腔體，通過檢測斷路器外部SF6氣體濃度來在線監測SF6氣體泄漏。該專利提及的泄漏氣體采樣管未與SF6斷路器直接連接，受結構限制無法檢測SF6電氣設備內部的分解氣體。并且CO2激光器的激光波長范圍在9 V- nTll V- m,不能覆蓋SF6分解氣體的全部波長范圍，且不連續可調，還會引起吸收的交叉干涉，因此受檢測手段的限制也無法全面地檢測和分辨SF6的分解氣體。專利CN101982759A “局放下六氟化硫分解組分的紅外光聲光譜檢測裝置及方法”采用紅外光聲光譜的方法，將特定波段內的光入射到共振型光聲池中產生光聲信號，用以檢測局部放電下3 6、0 4、50#2、5(^、502和冊氣體的濃度。然而，由于紅外非相干光源是面光源，輸出功率和福射強度低，且光源信號發散大，此時穿入至光聲池的光信號功率很低，導致產生的光聲信號強度很弱，易受周圍噪聲的干擾，不易分離出所需信號，其檢測精度較低。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術的不足，提供一種可用于定量、精確、少維護或免維護、結構簡單的在線監測六氟化硫(SF6)氣體絕緣電氣設備的SF6氣體分解物檢測裝置。本專利技術根據六氟化硫氣體絕緣電氣設備在放電故障局部放電、電弧放電、火花放電等和局部過熱故障時SF6氣體分解的原理，采用橢球面反光鏡將紅外非相干光源輻射的紅外光信號變為聚焦光束，可有效將面光源產生的發散光聚焦，從而增強了入射光的功率密度，最后利用非共振光聲光譜的方法，在一定的波長范圍內實現連續調制，檢測SF6特征分解氣體的組分和含量，并依此分析和判斷電氣設備的內部異常情況。本專利技術具有用氣量少、檢測精度高、檢測時間間隔短、零點不漂移、多組份同時檢測、維護量小等優點，適用于電氣設備內部故障的在線連續監測。本專利技術采用非共振紅外光聲光譜技術，將紅外光源經橢球面反光鏡聚焦到非共振光聲池中，產生的光聲信號經由微音器及信號處理組件檢測，從而獲取光聲池內SF6及其分解氣體的成分及含量等信息。光聲光譜是基于光聲效應的技術，其機理是氣體分子吸收周期性調制的光能后受到激發，隨即以釋放熱能的方式退激，釋放出的熱能使氣體產生壓力波，壓力波的強度與氣體分子的濃度成比例關系，通過檢測壓力波的強度便可得到氣體組分的濃度。不同的氣體組分吸收不同波長的光能，通過改變入射光波的波長來選擇氣體的不同組分。非共振光聲光譜的原理是當入射光的調制頻率遠低于光聲池最低階簡正模式的共振頻率時，光聲池工作于非共振模式，此時聲波的波長遠大于光聲池的腔體尺寸，無法建立行波場和駐波場，光聲池內各處聲壓基本相等并隨著入射光的調制頻率的變化而變化。本專利技術的特征在于針對紅外光源易發散的缺陷，采用橢球面反光鏡將光輻射聚焦到光聲池內，增強了腔內光功率；而采用的非共振光聲池具有體積小、檢測靈敏度高等優點，并且其結構簡單、使用方便的特點易于儀器小型化設計。針對SF6及其分解氣體的紅外吸收峰存在交叉重疊的問題，采用光聲光譜法同時在線監測sf6、CF4, SO2F2, SOF2, SO2, SF4,H2O等多種氣體的含量，并依此分析SF6分解氣體組分、濃度與設備內部故障的定量對比關系，診斷SF6氣體絕緣電氣設備的內部故障并發出報警信號。本專利技術對氣體紅外吸收峰的選擇要求低，可有效排除多種氣體的交叉干擾，檢測精度高、分辨率高。本專利技術檢測分析裝置主要用于檢測待檢測模塊故障后的SF6分解氣體。待檢測模塊可為SF6氣體絕緣電氣設備或實驗室內的絕緣故障模擬系統。待檢測模塊的氣室接口通過氣體管與流量計和光聲光譜檢測模塊連接，流量計用于測量通入氣體。本專利技術檢測分析裝置主要由光聲光譜檢測模塊組成。所述的光聲光譜檢測模塊的特征在于能夠覆蓋SF6及其分解氣體的紅外吸收峰，并可以通過濾光器件排除各氣體存在的交叉重疊，也有效排除其他氣體的交叉干擾，分辨率高。所述的光聲光譜檢測模塊主要包括光源模塊、光聲信號產生模塊、光功率測量模塊本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓冬，張國強，林濤，邱宗甲，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：