專利名稱：Gis開關內氣體含量全息檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電氣設備中特征氣體組分檢測領域，尤其涉及一種GIS開關內氣體含量全息檢測裝置。
背景技術：
自20世紀70年代后，以六氟化硫(SF6)氣體作為絕緣介質的電氣設備得到廣泛應用。但是由于設計、材質、工藝和維護等方面的盲目性，使設備內部有可能存在局部的絕緣缺陷，在熱和電的作用下，SF6氣體和固體絕緣材料不斷分解，絕緣性能隨之不斷下降，甚至導致事故發(fā)生。所以，如何盡早發(fā)現(xiàn)電氣設備內部潛在的故障與危險，降低事故發(fā)生率一直是電力工作者的重點研究方向之一。研究發(fā)現(xiàn)，當SF6電氣設備內部發(fā)生故障時，故障區(qū)域會產(chǎn)生S02、S0F2、H2S、C0、HF 和CF4等特征組分，其中首先出現(xiàn)的是氟化氫(HF)氣體，故可以通過檢測HF氣體的含量來判斷電氣設備內部有無故障。GIS開關，即氣體絕緣開關設備(Gas Insulated Switchgear)，就是一種以六氟化硫(SF6)氣體作為絕緣介質的組合電氣設備?，F(xiàn)有技術中檢測GIS開關內部HF氣體的方法為用取樣袋在GIS開關的取樣口取得樣本氣體，再用相應的檢測儀表檢測樣本氣體中HF 的含量。但由于GIS開關體積龐大、內部溫差小，氣體流動性差，所以從距離電氣設備主體較遠的取樣口取出的少量樣本氣體代表性不強，用其檢測出的結果誤差較大，難以反映GIS 開關內部的真實情況，從而不能及時發(fā)現(xiàn)GIS開關內的潛伏性故障。另外，由于取樣周期過長(一般春秋各取樣一次)，更不可能及時檢測出GIS開關內的潛伏性故障。

實用新型內容有鑒于此，本實用新型實施例目的在于提供一種GIS開關內氣體含量全息檢測裝置，以解決現(xiàn)有的取樣袋方法因取樣口遠離設備主體導致的取得的樣本氣體代表性不強， 檢測結果誤差大的問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型實施例提供如下方案—種GIS開關內氣體含量全息檢測裝置，包括激光器和用于計算GIS開關內部氟化氫氣體的含量的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述激光器包括激光發(fā)射器和激光接收器；所述激光發(fā)射器和所述激光接收器通過法蘭固定于GIS開關的取樣口處，并通過光纜與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接。優(yōu)選地，所述GIS開關內氣體含量全息檢測裝置還包括激光器輔助單元，所述激光器輔助單元包括溫度控制模塊、電流控制模塊和信號發(fā)生器。優(yōu)選地，所述激光發(fā)射器為中心波長為M76nm的可調諧半導體激光器。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為與所述可調諧半導體激光器相適配的中央處理系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述激光發(fā)射器和所述激光接收器固定于同一個或分別固定于不同的取樣口處。從上述的技術方案可以看出，本實用新型實施例利用激光發(fā)射器將激光束射入 GIS開關內部，上述入射的激光束最后由激光接收器接收。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)利用發(fā)射和接收的激光束的光強就可以計算出GIS開關內部氟化氫氣體的含量，達到采樣目的；同時，由于激光束的光路貫穿了 GIS內部，所以該計算結果誤差很小，能夠反映出GIS開關內部的真實情況。另外，本實用新型操作簡單，且不受GIS開關內的壓力影響，可以一直處于工作狀態(tài)，可為及時檢測出GIS開關內部的潛伏性故障提供準確的原始數(shù)據(jù)。

圖1為本實用新型實施例提供的GIS開關內氣體含量全息檢測裝置的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的GIS開關內氣體含量全息檢測裝置的安裝示意圖；圖3為本實用新型實施例提供的計算激光束的特定入射角的示意圖；圖4為本實用新型實施例提供的GIS開關內氣體含量全息檢測裝置的另一結構示意圖；圖5為本實用新型實施例提供的計算激光束的特定入射角的示意圖。
具體實施方式
下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。本實用新型實施例公開了一種GIS開關內氣體含量全息檢測裝置，以解決現(xiàn)有的取樣袋方式因取樣口遠離設備主體而造成的檢測誤差大，不能及時GIS開關內的潛伏性故障的問題。圖1示出了上述GIS開關內氣體含量全息檢測裝置的一種結構，包括激光器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該激光器包括激光發(fā)射器1和激光接收器3 ；該激光發(fā)射器1和激光接收器3 通過法蘭固定于GIS開關的取樣口 4處，并通過光纜2與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接。上述各器件工作原理如下激光發(fā)射器1向上述GIS開關內部發(fā)射激光束；激光接收器3接收由上述激光發(fā)射器1發(fā)射的、來自上述GIS開關內部的激光束；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可根據(jù)上述激光發(fā)射器1發(fā)射的激光束的光強，以及上述激光接收器3接收到的激光束的光強，計算出上述GIS開關內部氟化氫氣體的含量。圖2示出了上述裝置的安裝方式用螺栓將固定有激光發(fā)射器1和激光接收器3 的法蘭盤和取樣口 4處的法蘭緊固在一起?？梢钥闯觯緦嵱眯滦蛯嵤├眉す獍l(fā)射器將激光束射入GIS開關內部，上述入射的激光束最后由激光接收器接收。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)利用發(fā)射和接收的激光束的光強就可以計算出GIS開關內部氟化氫氣體的含量，達到采樣目的；同時，由于激光束的光路貫穿了GIS內部，所以該計算結果誤差很小，能夠反映出GIS開關內部的真實情況。另外，上述裝置操作簡單，且不受GIS開關內的壓力影響，可以一直處于工作狀態(tài)，可為及時檢測出GIS開關內部的潛伏性故障提供準確的原始數(shù)據(jù)。在本實用新型其他實施例中，上述實施例中的GIS開關內氣體含量全息檢測裝置還可包括激光器輔助單元，該激光器輔助單元包括溫度控制模塊、電流控制模塊和信號發(fā)生器，分別用于為激光器提供補償、控制和激勵。由于HF氣體在M76士 Inm波長范圍內吸收性能良好，且不受背景氣體Si^6的干擾，所以上述激光發(fā)射器1具體可選用中心波長為 2476nm的可調諧半導體激光器?；谏鲜黾す馄鬏o助單元和可調諧半導體激光器，激光束波長調諧方式可具體包括利用溫度控制模塊和電流控制模塊將可調諧半導體激光器輸出波長調諧到M76nm附近；信號發(fā)生器輸出一路頻率為50Hz的鋸齒波信號，將該信號疊加在可調諧激光器的驅動電流上，使可調諧半導體激光器在M76士 Inm范圍內進行波長掃描，從而發(fā)射出波長在 M76士 Inm范圍內的激光束。在本實用新型其他實施例中，上述所有實施例中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具體可為與所述可調諧半導體激光器相適配的中央處理系統(tǒng)。在本實用新型其他實施例中，仍請參見圖1，上述所有實施例中的激光發(fā)射器1和激光接收器3可通過法蘭固定在同一個取樣口 4處。激光發(fā)射器1發(fā)射的激光束經(jīng)過GIS 開關內部的反射面5單次反射后射出，然后由激光接收器3接收。由于裝置安裝完成后，激光發(fā)射器1和激光接收器3相對位置也固定不可變，所以為保證激光接收器3能接收到單次反射后的激光束，激光發(fā)射器1在發(fā)射該激光束時要保證該激光束的入射角為一個特定的角度a。該特定入射角a的角度計算方法如下參照圖3，設H為激光發(fā)射器1和激光接收器3的中心距離，L為H的中點到發(fā)射面的垂直距離，顯然，在裝置安裝完成后，H、L固定不變，并為已知量。根據(jù)光的反射定律 (反射光線與入射光線、法線在同一平面上；反射光線和入射光線分居在法線的兩側；反射角等于入射角)可得，上述特定入射角a的角度Z a = acrtan(0. 5H/L)。此外，在本實用新型的其他實施例中，激光發(fā)射器1和激光接收器3還可固定在不同的取樣口處。這樣，激光發(fā)射器1發(fā)射的激光束可在經(jīng)過GIS開關內壁N(N為奇數(shù)) 次反射后射出，由激光接收器3接收。相應的，上述特定入射角a的角度Z a = acrtan[H/ ((N+1)L)]。例如N = 3，即經(jīng)過三次反射時，參照圖4和圖5，相應入射角a的角度Z a = acrtan(0. 25H/L)。在本實用新型中，具體是根據(jù)朗伯-比爾定律計算上述GIS開關內部的氟化氫氣體的含量。朗伯-比爾定律1 = Ici exp[-a ( λ ) CL]，式中I。為波長為λ的激光在不含待測氣體時的光強，C為吸收氣體的濃度，α (λ)為單位長度單位濃度氣體的吸收系數(shù)。由此可得，氟化氫氣體的濃度C = In (IQ/I)/a (A)L,其中，I。為發(fā)射的激光束的光強；I為接收到的激光束的光強；λ激光束的波長，即M76nm ；L為激光束所經(jīng)過的光路的總長度，α (λ)為單位長度單位濃度氟化氫氣體的吸收系數(shù)。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求1.一種GIS開關內氣體含量全息檢測裝置，其特征在于，包括激光器和用于計算GIS開關內部氟化氫氣體的含量的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述激光器包括激光發(fā)射器和激光接收器；所述激光發(fā)射器和所述激光接收器通過法蘭固定于GIS開關的取樣口處，并通過光纜與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括激光器輔助單元，所述激光器輔助單元包括溫度控制模塊、電流控制模塊和信號發(fā)生器。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光發(fā)射器為中心波長為M76nm的可調諧半導體激光器。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為與所述可調諧半導體激光器相適配的中央處理系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光發(fā)射器和所述激光接收器固定于同一個或分別固定于不同的取樣口處。
專利摘要本實用新型實施例公開了一種GIS開關內氣體含量全息檢測裝置，包括激光器和用于計算GIS開關內部氟化氫氣體的含量的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述激光器包括激光發(fā)射器和激光接收器；所述激光發(fā)射器和所述激光接收器通過法蘭固定于GIS開關的取樣口處，并通過光纜與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接。本實用新型實施例中，由于激光束貫穿了GIS開關內部，所以檢測結果誤差很小，能夠反映出GIS開關內部的真實情況。
文檔編號G01N21/17GK202256139SQ20112038153
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權日2011年10月9日
發(fā)明者侯興哲, 姚強, 張繼菊, 胡曉銳, 苗玉龍, 邱妮 申請人:重慶市電力公司電力科學研究院