混合氣體等離子體光譜測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高壓電試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SF6混合氣體等離子體光譜測量 裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，促進了電力工業(yè)向著大機組、遠距離、超特高壓及交直 流并用的方向發(fā)展，隨著電網(wǎng)輸送電壓等級的提高，對電力設備的絕緣提出了更高的要求。 SF 6氣體因具有較高的絕緣和滅弧能力，被廣泛的應用在電力工業(yè)中。與此同時，SF6氣體還 具有以下缺陷:一是液化溫度較高，在高寒地區(qū)冬季寒冷季節(jié)使用易產(chǎn)生液化現(xiàn)象，對電力 設備的安全運行構(gòu)成嚴重威脅;二是SF 6氣體是極強的溫室效應氣體，其GWP值是等量0)2的 23900倍，1997通過的《京都議定書》將SF 6氣體列為需全球管制使用的氣體;三是對電力設 備中的電場不均勻度比較敏感；四是在高溫電弧的持續(xù)作用下會發(fā)生分解。隨著環(huán)境污染 和全球變暖等因素的影響，人們在致力于尋找SF 6氣體的替代氣體。但目前還尚未尋找到能 有效替代SF6氣體的性能優(yōu)良的單一絕緣氣體，于是人們開始尋求使用SF 6混合氣體作為絕 緣滅弧介質(zhì)，不僅可以降低絕緣氣體的液化溫度，而且可以減少SF6氣體的使用量。
[0003] 現(xiàn)階段關(guān)于SF6混合氣體的研究主要集中在其低電壓等級、穩(wěn)態(tài)擊穿特性及絕緣 強度等宏觀方面，關(guān)于從微觀角度探討SF 6混合氣體放電機理的研究較少。通過獲取各種SF6 混合氣體的電子溫度和電子密度等微觀數(shù)據(jù)，可從微觀層面上對SF6混合氣體中各種粒子 的存在狀態(tài)和運動規(guī)律展開研究，從而使sf 6混合氣體能夠在電力工業(yè)中獲得較好地應用。
[0004] 而目前對離子存在狀態(tài)和運動規(guī)律研究過程中應用較多的為發(fā)射光譜法，它是診 斷等離子微觀信息的一種手段，通過采用非侵入式診斷技術(shù)進行檢測，對等離子體參數(shù)無 干擾，并且實驗儀器相對簡單。根據(jù)電離原理，SF 6混合氣體放電時，會形成劇烈的電弧等離 子體，如果能設計出一種關(guān)于SF6混合氣體等離子體光譜測量裝置，實現(xiàn)對SF 6混合氣體等離 子的光譜測量，是對SF6混合氣體放電等離子體的微觀研究提供有效手段，從而指導SF 6混合 氣體在電力工業(yè)上的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有SF6混合氣體光譜診斷技術(shù)的空白，本發(fā)明提供一種SF6混合氣體等離子 體光譜測量裝置及方法。sf 6和另一種不與其發(fā)生反應的氣體(如氮氣、四氟化碳、二氧化碳 等)混合后，根據(jù)Dal ton分壓定律可知，通過控制混合氣體中SF6氣體的分壓從而調(diào)節(jié)SF6和 另一氣體的混合比，即
式中：nA、nB為兩種氣體的摩爾數(shù);pA、pB為兩種氣體的分壓力，即兩種氣體分別承擔的 壓強，因此可以通過控制兩種氣體的壓強比來控制混合氣體中SF6氣體的含量。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種SF6混合氣體等離子體光譜測量裝置，由SF6混合氣體充放與回收裝置、SF6混合氣 體電弧等離子體產(chǎn)生裝置和光譜檢測裝置三部分組成，其中SF6混合氣體充放與回收裝置 包括兩個分別存放SF6氣體和另一種氣體的高壓氣瓶、混合氣體儲氣罐、壓縮機、過濾吸收 裝置、真空栗和氣體連接管路，其中兩個高壓氣瓶分別與混合氣體儲氣罐的兩個進氣口相 連，混合氣體儲氣罐通過氣體連接管路分別連接壓縮機和真空栗，真空栗連接過濾吸收裝 置;SF6混合氣體電弧等離子體產(chǎn)生裝置包括兩個電極、密封氣室、調(diào)壓器、變壓器、水電阻 和連接線路，兩個電極分別從密封氣室的上下端插入，并與水電阻、變壓器和連接線路串聯(lián) 構(gòu)成回路，調(diào)壓器與變壓器并聯(lián)連接，密封氣室通過氣體管路分別連接真空栗和壓縮機;光 譜檢測裝置包括光纖光譜儀、上位機、光同步觸發(fā)探頭和光纖探頭，光纖光譜儀和上位機通 過數(shù)據(jù)線連接，光同步觸發(fā)探頭和光纖探頭分別與光纖光譜儀連接。
[0007] 上述裝置中，所述兩個高壓氣瓶和混合氣體儲氣罐的連接管路上均設有氣體流量 計，用于控制氣體進入儲氣罐的量，可實現(xiàn)SF6氣體與另一氣體以任意比例混合。
[0008] 上述裝置中，所述混合氣體儲氣罐上設有保護裝置，用于當儲氣罐中氣體壓力超 過設定值時控制壓縮機自動斷開。
[0009] 上述裝置中，所述壓縮機用于將混合氣體儲氣罐中的混合氣體充入密封氣室中， 或者將密封氣室中的混合氣體回收至混合氣體儲氣罐中。
[0010]上述裝置中，所述真空栗用于將密封氣室或者儲氣罐進行抽真空。
[0011] 上述裝置中，所述密封氣室一端設有調(diào)距旋鈕，可調(diào)節(jié)該端插入電極在密封氣室 內(nèi)的高度，從而調(diào)節(jié)電極間距。
[0012] 上述裝置中，所述密封氣室與壓縮機相連接的管路上在靠近密封氣室下端處設有 壓力表，用于監(jiān)控進入密封氣室的氣體壓力情況。
[0013] 上述裝置中，所述密封氣室側(cè)壁上設有石英視窗，光同步觸發(fā)探頭和光纖探頭分 別通過石英視窗對準兩個電極之間的中心處。
[0014] -種SF6混合氣體等離子體光譜測量方法是采用上述裝置，按照以下工藝步驟進 行： (1) 開啟真空栗將混合氣體儲氣罐抽真空，關(guān)閉真空栗并開啟另一種氣體的高壓氣瓶 對混合氣體儲氣罐進行氣體置換，反復抽真空、換氣2次后對氣體儲氣罐抽真空； (2) 按先后順序分別打開SF6氣體和另一種氣體的高壓氣瓶向混合氣體儲氣罐中按照 比例混合SF6氣體和另一種氣體，靜置24小時，使氣體充分混合； (3) 開啟真空栗將密封氣室抽真空，通過壓縮機將混合氣體儲氣罐中的混合氣體充入 密封氣室中，直至達到設定壓強值； (4) 調(diào)節(jié)電極在密封氣室中的間距，接通回路電源，并勻速升高調(diào)壓器的電壓，當輸出 電壓達到電極間隙的擊穿電壓后，電極間絕緣擊穿形成電弧等離子體； (5) 光同步觸發(fā)探頭探測到弧光之后，啟動光譜檢測裝置采集電弧等離子體的光譜信 息。
[0015] 上述方法中，所述另一種氣體為液化點在-50°c以下的氣體，包括氮氣、二氧化碳、 四氟化碳、惰性氣體。
[0016] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的SF6混合氣體等離子體光譜測量方法與現(xiàn)有技術(shù)相 比較有以下優(yōu)勢： 1)彌補SF6混合氣體電弧等離子體光譜測量的空白，高效的完成不同試驗條件下混合 氣體電弧等離子體的光譜檢測。
[0017] 2)混合氣體儲氣罐可認為零泄漏，不同氣體由不同的進氣口進入，極大的保證了 混合氣體的純度。
[0018] 3)氣體的混合通過氣體流量計控制，混合方式方便高效，可十分精確的控制混合 氣體的混合比。
[0019] 4)SF6與另一氣體的混合在混合氣體儲氣罐中，可使混合氣體快速充分混合，極大 的降低氣體分層現(xiàn)象。
[0020] 5)可完成混合氣體的回收循環(huán)利用，提高資源利用和節(jié)約實驗成本，可基本實現(xiàn) SF6向大氣中的零排放。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的SF6混合氣體等離子體光譜測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖， 其中1、SF6氣瓶，2、另一種氣體氣瓶，3、混合氣體儲氣罐，4、過濾器，5、壓縮機，6、冷凝 器，7、真空栗，8、過濾吸收裝置，9、密封氣室，10、電極，11、石英視窗，12、調(diào)距旋鈕，13、光同 步觸發(fā)探頭，14、光纖探頭，15、上位機，16、光纖光譜儀，h、調(diào)壓器，T 2、變壓器，心、保護電 阻，KrKu、管路氣閥，A〇、關(guān)斷閥門，GjPG2、流量計，G 3、電接點壓力表，G4和G8、真空表，G5、真 空計，G6和G7、氣壓表。
[0022] 圖2為本發(fā)明實施例1的SF6混合氣體等離子體光譜測量方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】 [0023] 實施例1 一種SF6混合氣體等離子體光譜測量裝置，由SF6混合氣體充放與回收裝置、SF6混合氣 體電弧等離子體產(chǎn)生裝置和光譜檢測裝置三部分組成，如圖1所示。SF6混合氣體充放與回 收裝置包括兩個分別存放SF6氣體和另一種氣體的高壓氣瓶1和2、設有電接點壓力表G3的混 合氣體儲氣罐3、過濾器4、壓縮機5、冷凝器6、過濾吸收裝置8、真空栗7和氣體連接管路，其 中兩個高壓氣瓶1和2分別與混合氣體儲氣罐3的兩個進氣口相連，并且連接管路上均設有 氣體流量計Gi、G 2和氣閥Κι、K2，可實現(xiàn)SF6氣體與另一氣體以任意比例混合;混合氣體儲氣罐 3的兩個出氣口處分別設有氣閥K 3和K4,其中氣閥K3所在的管路用于將混合氣體儲氣罐中的 混合氣體充入密封氣室中，該過程通過氣閥Κ 3、壓縮機、冷凝器、Κ7、Κ9~Κη以及關(guān)斷閥門Α〇實 現(xiàn);氣閥Κ 4所在管路設有兩條分支管路，其中一條分支管路通過氣閥K4、KdPK7控制混合氣 體儲氣罐與真空栗的直接連通，用于混合氣體儲氣罐的抽真空，另一條分支管路依次連接 冷凝器、壓縮機和過濾器，并通過氣閥K 8~Kn和關(guān)斷閥門A〇實現(xiàn)混合氣體儲氣罐3與密封氣 室9的連通，用于將密封氣室中的混合氣體回收至混合氣體儲氣罐中；真空栗7的進氣口處 設有真空表G4,出氣口連接過濾吸收裝置8,真空表G4和設有氣閥K 6的真空計65相連接，&用 于檢測密封氣室和混合氣體儲氣罐中的最終真空度(范圍〇-l〇〇〇Pa)，氣壓表G 6設于氣閥Κ9 上方，用于檢測密封氣室加壓充氣時的壓強值； SF6混合氣體電弧等離子體產(chǎn)生裝置包括兩個電極10、密封氣室9、調(diào)壓器Τ1、變壓器 T2、水電阻心和連接線路，兩個電極10分別從密封氣室9的上下端插入，并與