氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體成分監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種3匕氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3&氣體作為優(yōu)良的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，在高壓電力設(shè)備絕緣領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，閉式組合電器(GIS)等氣體絕緣電氣設(shè)備由于其體積小、環(huán)境依賴程度低、運(yùn)行安全可靠、配置靈活、檢修周期長(zhǎng)和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于高壓輸變電系統(tǒng)中，成為當(dāng)前高電壓設(shè)備絕緣的一個(gè)發(fā)展方向。GIS不僅在高壓、超高壓領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而且在特高壓領(lǐng)域變電站也被使用，在我國63— 500kV電力系統(tǒng)中，GIS的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。隨著電力系統(tǒng)向超高壓、高可靠性和緊湊性發(fā)展，以及GIS制造技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展，GIS在未來電力系統(tǒng)中的使用將越來越廣泛。
[0003]SF6電氣設(shè)備的穩(wěn)定性及可靠性完全取決于SF 6氣體的純度，如果SF 6氣體中混有雜質(zhì)，達(dá)不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，那么它的滅弧和絕緣特性就會(huì)大大下降，對(duì)SF6氣體的純度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以直接判斷SF6*緣電氣設(shè)備當(dāng)前的絕緣狀況，以及判斷運(yùn)行時(shí)間很長(zhǎng)的SF6絕緣電氣設(shè)備是否需要更換和維修。同時(shí)，為判斷SF6絕緣電氣設(shè)備已發(fā)生的故障類型、潛在的故障隱患，有必要對(duì)SF6氣體的分解產(chǎn)物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而綜合判斷SF 6絕緣電氣設(shè)備的絕緣狀況。因此，必須嚴(yán)格監(jiān)控SF6氣體的純度，保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。
[0004]傳統(tǒng)的SF6氣體監(jiān)測(cè)方法主要有紅外檢測(cè)法、紫外熒光法及電化學(xué)檢測(cè)法，中紅外檢測(cè)法簡(jiǎn)單但是精度不足；紫外熒光法精度高但是設(shè)備體積大、成本高；電化學(xué)檢測(cè)法需要對(duì)氣體采樣分析難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中SF6氣體不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種SF6氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種3?6氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置，包括:控制電路、光源電路、光電檢測(cè)電路和SF6電氣設(shè)備；
[0007]控制電路與光源電路相連，用于通過控制光源電路的溫度、電流和脈寬來調(diào)諧光源電路產(chǎn)生的量子級(jí)聯(lián)激光的波長(zhǎng)；
[0008]SF6電氣設(shè)備的兩側(cè)設(shè)有透明窗，光源電路產(chǎn)生的量子級(jí)聯(lián)激光依次通過3?6電氣設(shè)備兩側(cè)的透明窗后發(fā)射至光電檢測(cè)電路的接收端；
[0009]光電檢測(cè)電路與控制電路相連，并對(duì)接收的量子級(jí)聯(lián)激光進(jìn)行放大處理后傳輸至控制電路；控制電路對(duì)光電檢測(cè)電路發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行采樣，獲取激光吸收譜數(shù)據(jù)，并根據(jù)激光吸收譜確定SF6氣體和/或SF 6分解產(chǎn)物的濃度。
[0010]在上述技術(shù)方案中，控制電路包括:控制器、調(diào)制信號(hào)源、脈沖信號(hào)源、溫控電路和數(shù)據(jù)采集電路；控制器分別與調(diào)制信號(hào)源、脈沖信號(hào)源、溫控電路和數(shù)據(jù)采集電路相連；
[0011]調(diào)制信號(hào)源、脈沖信號(hào)源與光源電路相連，用于為光源電路提供電流脈沖；
[0012]溫控電路與光源電路相連，用于控制光源電路的溫度；
[0013]數(shù)據(jù)采集電路與光電檢測(cè)電路相連，用于接收光電檢測(cè)電路進(jìn)行放大處理后的信號(hào)。
[0014]在上述技術(shù)方案中，光源電路包括:量子級(jí)聯(lián)激光器、電流脈沖驅(qū)動(dòng)電路和溫度電路；
[0015]電流脈沖驅(qū)動(dòng)電路與調(diào)制信號(hào)源和脈沖信號(hào)源相連；溫度電路與溫控電路相連。
[0016]在上述技術(shù)方案中，光電檢測(cè)電路包括:檢測(cè)電路和放大器；
[0017]檢測(cè)電路用于接收光源電路產(chǎn)生的量子級(jí)聯(lián)激光，放大器用于將量子級(jí)聯(lián)激光進(jìn)行放大，并傳輸至數(shù)據(jù)采集電路。
[0018]在上述技術(shù)方案中，控制電路還包括通信電路；通信電路用于將采集到的吸收光譜數(shù)據(jù)上報(bào)至上位機(jī)或主站。
[0019]在上述技術(shù)方案中，光源電路產(chǎn)生的量子級(jí)聯(lián)激光的波長(zhǎng)與SF6氣體和/或SF6*解產(chǎn)物的檢測(cè)波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。
[0020]基于同樣的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于上述任一裝置的SF6氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，包括:
[0021]確定待測(cè)氣體位于相對(duì)應(yīng)的待定頻率的吸收譜線，待測(cè)氣體為SF6電氣設(shè)備中的氣體，包括SF6氣體和/或SF 6分解產(chǎn)物；
[0022]通過調(diào)制光源電路的溫度、電流和脈寬使光源電路產(chǎn)生的量子級(jí)聯(lián)激光的波長(zhǎng)掃描過吸收譜線，調(diào)諧光源電路產(chǎn)生的量子級(jí)聯(lián)激光的波長(zhǎng)與待測(cè)氣體的檢測(cè)波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)；
[0023]量子級(jí)聯(lián)激光通過SF6i氣設(shè)備后產(chǎn)生激光吸收譜，對(duì)激光吸收譜進(jìn)行采樣后確定單線吸收光譜；
[0024]將單線吸收光譜與標(biāo)準(zhǔn)激光吸收譜進(jìn)行比對(duì)，確定檢測(cè)氣體中包含的氣體成分及其濃度。
[0025]在上述技術(shù)方案中，確定檢測(cè)氣體中的氣體成分的濃度，包括:
[0026]根據(jù)以下公式確定檢測(cè)氣體中的氣體成分的濃度:
[0027]Iin= I OU1.exp (- a mCL)；
[0028]其中，IinS輸入光強(qiáng)度，I ■為輸出光強(qiáng)度，a 摩爾分子吸收系數(shù)，L為光源到光電檢測(cè)器的距離長(zhǎng)度，C為待測(cè)氣體的濃度。
[0029]在上述技術(shù)方案中，根據(jù)氣體分子紅外吸收譜線數(shù)據(jù)庫HITRAN中的吸收光譜數(shù)據(jù)確定標(biāo)準(zhǔn)激光吸收譜。
[0030]在上述技術(shù)方案中，當(dāng)待測(cè)氣體為SFf^，檢測(cè)波長(zhǎng)為10.5±0.1 μπι ;
[0031]當(dāng)SF6分解產(chǎn)物為SO 2時(shí)，檢測(cè)波長(zhǎng)為7.43 ±0.01 μ m。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種SF6氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置，充分利用量子級(jí)聯(lián)激光技術(shù)的先進(jìn)成果，以實(shí)現(xiàn)對(duì)3匕氣體成分的高精度在線測(cè)量。SF6電氣設(shè)備的兩側(cè)設(shè)有透明窗，采用激光吸收譜檢測(cè)技術(shù)對(duì)SF6i氣設(shè)備中的氣體成分進(jìn)行非接觸式的在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)3匕氣體成分；控制電路可對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器光源進(jìn)行連續(xù)調(diào)諧，還可以在線監(jiān)測(cè)SF6分解產(chǎn)物，同時(shí)保證了在線監(jiān)測(cè)效果的穩(wěn)定性。本發(fā)明實(shí)施例克服了使用壽命短、體積龐大、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，具有精度高、實(shí)時(shí)性好、成本適中等優(yōu)點(diǎn)，具備較高的應(yīng)用價(jià)值。
[0033]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
[0034]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0035]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0036]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中3匕氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置的第一結(jié)構(gòu)圖；
[0037]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中3匕氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置的第二結(jié)構(gòu)圖；
[0038]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中3匕氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置的第三結(jié)構(gòu)圖；
[0039]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中SF6氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0041]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供了一種3匕氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置，參見圖1所示，該裝置包括:控制電路10、光源電路20、光電檢測(cè)電路30和SFf^氣設(shè)備40。
[0042]具體的，控制電路10與光源電路20相連，用于通過控制光源電路20的溫度、電流和脈寬來調(diào)諧光源電路20產(chǎn)生的量子級(jí)聯(lián)激光的波長(zhǎng)。其中，光源電路20產(chǎn)生的量子級(jí)聯(lián)激光的波長(zhǎng)與SF6氣體和/或SF 6分解產(chǎn)物的檢測(cè)波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。
[0043]如圖1所示，SFf^氣設(shè)備40的兩側(cè)設(shè)有透明窗(對(duì)應(yīng)圖1中SF 6電氣設(shè)備40左右兩側(cè)的兩個(gè)橢圓)，光源電路20產(chǎn)生的量子級(jí)聯(lián)激光依次通過SF6i氣設(shè)備40兩側(cè)的透明窗后發(fā)射至光電檢測(cè)電路30的接收端。
[0044]光電檢測(cè)電路30與控制電路10相連，并對(duì)接收的量子級(jí)聯(lián)激光進(jìn)行放大處理后傳輸至控制電路10 ;控制電路10對(duì)光電檢測(cè)電路30發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行采樣，獲取激光吸收譜數(shù)據(jù)，并根據(jù)激光吸收譜確定SF6氣體和/或SF 6分解產(chǎn)物的濃度。
[0045]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種SF6氣體成分在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置，SF6電氣設(shè)備的兩側(cè)設(shè)有透明窗，采用激光吸收譜檢測(cè)技術(shù)對(duì)SF6電氣設(shè)備中的氣體成分進(jìn)行非接觸式的在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)3匕氣體成分；控制電路可對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器光源進(jìn)行連續(xù)調(diào)諧，還可以在線監(jiān)測(cè)SF6分解產(chǎn)物，同時(shí)保證了在線監(jiān)測(cè)效果的穩(wěn)定性。
[0046]優(yōu)選的，參見圖2所示，控制電路10包括:控制器、調(diào)制信號(hào)源、脈沖信號(hào)源、溫控電路和數(shù)據(jù)采集電路；控制器分別與調(diào)制信號(hào)源、脈沖信號(hào)源、溫控電路和數(shù)據(jù)采集電路相連。
[0047]調(diào)制信號(hào)源、脈沖信號(hào)源與光源電路20相連，用于為光源電路20提供電流脈沖。溫控電路與光源電路20相連，用于控制光源電路20的溫度。數(shù)據(jù)采集電路與光電檢測(cè)電路30相連，用于接收光電檢測(cè)電路30進(jìn)行放大處理后的信號(hào)。
[0048]優(yōu)選的，參見圖2所示，光源電路20包括:量子級(jí)聯(lián)激光器、電流脈沖驅(qū)動(dòng)電路和溫度電路；具體的，電流脈沖驅(qū)動(dòng)電路與調(diào)制信號(hào)源和脈沖信號(hào)源相連；溫度電路與溫控電路相連。
[0049]優(yōu)選的，光電檢測(cè)電路30包括:檢測(cè)電路和放大器；檢測(cè)電路用于接收光源電路20產(chǎn)生的量子級(jí)聯(lián)激光，放大器用于將量子級(jí)聯(lián)激光進(jìn)行放大，并傳輸至數(shù)據(jù)采集電路。
[0050]具體的，本發(fā)明實(shí)施例提供的SF