一種電氣設備中8匕氣體品質的在線檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電氣設備中8匕氣體品質的在線檢測裝置。本實用新型檢測裝置包括直接進樣系統、光電子電離源、質量分析器、信號接收與檢測系統。本實用新型的優(yōu)點：本實用新型采用在線質譜檢測裝置對電氣設備中8匕氣體的污染物含量進行檢測，解決了現有檢測裝置無法測定電氣設備SF6氣體總污染物含量的問題，具有無需樣品前處理、檢測速度快、靈敏度高等特點，可滿足現場復雜的檢測要求。
【專利說明】—種電氣設備中SF6氣體品質的在線檢測裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于質譜檢測裝置，特別涉及一種電氣設備中SF6氣體品質在線檢測
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【背景技術】
[0002]六氟化硫(SF6)在常溫、常壓下是一種無色、無嗅、無毒和不可燃的惰性氣體，不溶于水和變壓器油，其絕緣水平約為空氣的3倍，滅弧性能是空氣的100倍，因此SF6氣體廣泛應用于氣體絕緣組合器、氣體絕緣斷路器、變壓器、互感器等電氣設備中。目前，SF6斷路器已基本代替IlOkV及以上電壓等級的油斷路器(雙壓式斷路器，SF6壓力為1.5MPa左右；單壓式斷路器，SF6壓力為0.3-0.5Mpa)。電氣設備能否安全可靠運行，電氣設備中SF6品質檢測是至關重要的。純凈的SF6是一種高絕緣性氣體，可以保證高壓電氣設備正常運行，但是，具有雜質的SF6性能就會大幅下降。但是，當設備長時間連續(xù)運行后內部存在電弧或者高溫情況下，SF6氣體本身或者其與設備內部的絕緣材料相互作用會產生一定種類和數量的雜質。比如，SF6氣體在電弧高溫作用下，很少量的SF6會分解為有毒的SOF2、SO2F2、SF4和S0F4等，電弧熄滅后，大部分又可還原，僅有極少部分在重新結合的過程中與游離的金屬原子及水發(fā)生化學反應，產生金屬氟化物以及HF有毒性和腐蝕性物質。
[0003]可水解氟化物檢測利用含硫、氧、氟化合物大多數可與水或堿發(fā)生化學反應測試SF6氣體中可水解和可堿解氟化物的總量，如SF2, S2F2, SF4, SOF4等，方法較為簡單。檢測管是用指示劑顏色來判斷SF6氣體中某種組分的裝置，比如目前應用比較多的HF，H2S以及SO2檢測管，該裝置定量困難。
[0004]目前，SF6的分析檢測裝置主要有色譜儀、紅外光譜儀(FTIR)、電化學分析儀等。法國工業(yè)電氣試驗中心曾經制備色譜對于SF6分解產物進行分離制備，然后分別用氣相色譜儀，紅外分光光度計定性鑒定出十余種雜質組分、得過的研究人員還通過紅外分光光度計與模擬開關電弧放電直接連接測量的放安撫進行了 SF6分解產物的紅外分析，還研制出檢測雜質總濃度的動態(tài)離子儀。紅外光譜儀可以大概判斷氣體中雜質含量的變化情況，但是雜質具體的組成和含量的大小，紅外光譜儀則無能為力，解決這一問題可以用氣相色譜儀和紅外光譜儀聯用，氣相色譜儀可以先把SF6中氣體雜質組分進行分離，通過快速傅里葉變換紅外光譜儀對雜質進行定性和定量，紅外光譜儀的缺點就是靈敏度較低。日本、法國、美國都曾經采用了色譜-質譜聯用儀成功實現了近20種雜質組分的定性分析。電化學傳感器也可以用來檢測HF，H2S以及SO2，但是傳感器壽命短，存在信號漂移和雜質間相互干擾問題。
[0005]上述檢測裝置均為離線監(jiān)測，設備停電、停運對于生產過程來講是一種損失。運行中的SF6絕緣電氣設備針對氣體現場只進行水分以及壓力檢測，內部狀態(tài)氣體成分診斷比較困難。


【發(fā)明內容】

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[0006]本實用新型為了克服現有檢測裝置無法測定電氣系統SF6中總污染物含量的缺陷提供一種檢測速度快、靈敏度高的電氣設備中SF6氣體品質的在線檢測裝置。
[0007]本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下:
[0008]一種電氣設備中SF6氣體品質的在線檢測裝置，采用在線質譜裝置，由直接進樣系統1、光電子電離源2、質量分析器3和信號接收與檢測系統4構成。
[0009]1.各部件的結構
[0010]所述的直接進樣系統1，由流量控制器、緩沖腔體、尾接管和毛細管組成。樣品氣體經過流量控制器進入緩沖腔體轉換為低壓低流速氣體，再通過毛細管直接進入光電子電離源2，其余樣品氣體由尾接管流出直接進樣系統I。使用的毛細管為熔融石英毛細管，內徑50 μ m,長度 100cm。
[0011]所述的光電子電離源2，由光源，金屬溢出電極，光電子加速電場和狹縫四個部分組成。利用光電效應，光照射到金屬溢出電極上表面，溢出的光電子通過光電子加速電場控制其能量，當電子能量高于20eV可以電離化合物；
[0012]所述的質量分析器3，是在線質譜檢測裝置的主要組成部分，采用飛行時間質量檢測器，由分析器加速電場，、無場飛行區(qū)，、反射器和離子探測器組成；利用相同的距離內，不同質荷比的離子飛行時間不同而區(qū)分開來；
[0013]所述的信號接收與檢測系統，當不同質荷比的離子通過質量分析器進行分離以后，通過信號接收與檢測系統進行探測，使用的是微通道板放大器，利用兩片微通道板，離子的信號可以被放大106倍，被放大的電流信號轉化成電壓，利用數據采集卡得到信號強度，信號接收與檢測系統記錄不同時間的電壓信號，得到不同質荷比與強度的質譜圖；
[0014]2)各部件的連接關系
[0015]直接進樣系統I與光電子電離源2通過直接進樣系統I的毛細管連接、光電子電離源2與質量分析器3通過光電子電離源2的狹縫連接、質量分析器3通過數據傳輸線和信號接收與檢測系統4連接。
[0016]檢測分析在遷移管內完成，具體過程為:
[0017]I)根據SF6常規(guī)的雜質，先將已知濃度的SF6雜質標準氣體進行不同濃度的稀釋，通過在線質譜的測定得到雜質的定量標準曲線。經過稀釋后的SF6雜質標準氣體通過直接進樣系統I的毛細管進入在線質譜的光電子電離源2進行電離，在線質譜的質量分析器4把電離后的離子根據質荷比的不同進行分離，測量得到不同質荷比化合物的峰強度，不同濃度的SF6雜質標準氣體根據濃度和測定的峰強度，做出濃度-峰強度定量曲線，利用直線擬合的辦法得到定量標準曲線；
[0018]2)將待分析的SF6氣體，按照步驟I)進行分析，測量離子的峰強度；
[0019]3)將步驟2)測定的待測樣品和標準樣品的峰強度進行比較，將測定的樣品強度帶入定量標準曲線的方程，可以直接得到待測樣品中雜質的濃度。
[0020]上述電子電離源2是利用真空紫外光照射于金屬表面，金屬表面溢出光電子，利用光電子加速電場調制光電子能量從而電離樣品。
[0021]上述的光電子電離源2的光源是利用激光、真空紫外燈，或者放電所得。
[0022]與現有技術比較本實用新型的優(yōu)點:
[0023]本實用新型在線質譜技術分辨率高，靈敏度好，可以實現快速分析，是SF6分解氣體在線檢測的優(yōu)秀的潛在技術之一。光電效應產生的光電子通過電場調制后得到光電子電離源(PEI)可以實現樣品電離，相對于傳統EI電離源的熱電子發(fā)射，PEI的冷電子發(fā)射允許該電離源在較高的氣壓下運行，從而可以通過增大進樣量來提高質譜儀的靈敏度。并且，冷電子發(fā)射能測氧化性化合物，克服了傳統EI電離源的缺點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型一種電氣設備中SF6氣體品質的在線檢測裝置結構示意圖。
[0025]圖中，直接進樣系統1、光電子電離源2、質量分析器3、信號接收與檢測系統4。
[0026]圖2是本發(fā)明SF6氣體放電產物離子峰圖。
[0027]圖3是本發(fā)明SF6氣體放電過程產物離子峰連續(xù)監(jiān)測譜圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實施對本實用新型作進一步描述。
[0029]本實用新型一種電氣設備中SF6氣體品質的在線檢測裝置結構如圖1所示，本實用新型采用在線質譜裝置，由直接進樣系統1、光電子電離源2、質量分析器3和信號接收與檢測系統4構成。
[0030]1.各部件的結構
[0031]所述的直接進樣系統1，由流量控制器、緩沖腔體、尾接管和毛細管組成。樣品氣體經過流量控制器進入緩沖腔體轉換為低壓低流速氣體，再通過毛細管直接進入光電子電離源2，其余樣品氣體由尾接管流出直接進樣系統I。使用的毛細管為熔融石英毛細管，內徑50 μ m,長度 100cm。
[0032]所述的光電子電離源2，由光源，金屬溢出電極，光電子加速電場和狹縫四個部分組成。利用光電效應，光照射到金屬溢出電極上表面，溢出的光電子通過光電子加速電場控制其能量，當電子能量高于20eV可以電離化合物；
[0033]所述的質量分析器3，是在線質譜檢測裝置的主要組成部分，采用飛行時間質量檢測器，由分析器加速電場，、無場飛行區(qū)，、反射器和離子探測器組成；利用相同的距離內，不同質荷比的離子飛行時間不同而區(qū)分開來；
[0034]所述的信號接收與檢測系統，當不同質荷比的離子通過質量分析器進行分離以后，通過信號接收與檢測系統進行探測，使用的是微通道板放大器，利用兩片微通道板，離子的信號可以被放大106倍，被放大的電流信號轉化成電壓，利用數據采集卡得到信號強度，信號接收與檢測系統記錄不同時間的電壓信號，得到不同質荷比與強度的質譜圖；
[0035]2.各部件的連接關系
[0036]直接進樣系統I與光電子電離源2通過直接進樣系統I的毛細管連接、光電子電離源2與質量分析器3通過光電子電離源2的狹縫連接、質量分析器3通過數據傳輸線和信號接收與檢測系統4連接。
[0037]檢測分析在遷移管內完成，具體過程為:
[0038]1.根據SF6常規(guī)的雜質，先將已知濃度的SF6雜質標準氣體進行不同濃度的稀釋，通過在線質譜的測定得到雜質的定量標準曲線。經過稀釋后的SF6雜質標準氣體通過直接進樣系統I的毛細管進入在線質譜的光電子電離源2進行電離，在線質譜的質量分析器4把電離后的離子根據質荷比的不同進行分離，測量得到不同質荷比化合物的峰強度，不同濃度的SF6雜質標準氣體根據濃度和測定的峰強度，做出濃度-峰強度定量曲線，利用直線擬合的辦法得到定量標準曲線；
[0039]2.將待分析的SF6氣體，按照步驟I進行分析，測量離子的峰強度；
[0040]3.將步驟2測定的待測樣品和標準樣品的峰強度進行比較，將測定的樣品強度帶入定量標準曲線的方程，可以直接得到待測樣品中雜質的濃度。
[0041]上述電子電離源2是利用真空紫外光照射于金屬表面，金屬表面溢出光電子，利用光電子加速電場調制光電子能量從而電離樣品。
[0042]上述的光電子電離源2的光源是利用激光、真空紫外燈，或者放電所得。
[0043]本實用新型實施時:
[0044]光電子電離源2由光源，金屬溢出電極，光電子加速電場和狹縫四個部分組成。光源使用商品化的低壓放電氪燈，通過O型圈進行壓緊固定，并由-1500V左右的直流高壓電源模塊供電，產生主光子能量為10.6eV的光子，光通量約為IXlO11光子/秒。在單光子電離模式下光電子電離源內部氣壓為17Pa左右,在光電子電離模式下內部氣壓為0.2pa。樣品在光電子電離源2中電離產生的離子在光電子加速電場作用下垂直加速，經過傳輸進入帶有反射器的質量分析器3中。本發(fā)明中所使用光電子電離源2的總功耗低于1.5W，燈功耗為0.3W，遠低于傳統EI電離源20-50W的功耗。低功耗性能能夠滿足微型移動式質譜儀對電離源的功率要求。
[0045]SF6氣體放電產物的在線質譜快速檢測:將SF6氣體和空氣的混合氣體(體積比為4:1)通入外接模擬放電裝置中，在5000V直流高壓的條件下進行平面放電，得到的放電產物氣體樣品通過直接進樣系統I的毛細管引入在線質譜進行檢測。其中毛細管采用可加熱的熔融石英毛細管(內徑:50μπι，長度:100cm)，并采用硅膠墊壓緊的方式與在線質譜腔體進行密封。
[0046]調節(jié)光電子電離源2的光電子能量為29eV，得到的SF6氣體放電產物離子峰圖如圖2所示。SF6氣體放電產物離子峰種類與質合比(m/z)的對應關系為:SF+(m/z，51)、OF2+ (m/z，54)、SF2+ (m/z，70)、SO2F+ (m/z, 83)、SiF3+ (m/z, 85)、SOF2+ (m/z, 86)、SF3+ (m/z，89)、SO2F2+或者 S2F2+(m/z，102)、SOF3+(m/z，105)、SF4+(m/z，108)、SF5+(m/z，127)。采用具有光電子電離源2的在線質譜，在低能光電子電離模式下，減少了碎片離子的產生，可以實現SF6氣體放電產物的快速檢測。
[0047]對SF6氣體放電產物進行連續(xù)分析，得到的放電過程產物離子峰連續(xù)監(jiān)測譜圖如圖3所示:在連續(xù)放電過程中，SF6氣體放電產物離子峰信號強度隨放電時間的增長而增加；放電停止后，信號強度恒定；放電中斷一段時間后繼續(xù)放電，信號強度在原有的基礎上隨放電時間繼續(xù)增加。表明使用在線質譜的連續(xù)監(jiān)測功能，通過對SF6氣體放電產物的連續(xù)分析，根據其信號強度的變化，可以對電氣設備中SF6氣體品質進行在線監(jiān)測。
【權利要求】
1.一種電氣設備中SF6氣體品質的在線檢測裝置，其特征在于，采用在線質譜裝置，由直接進樣系統(I)、光電子電離源(2)、質量分析器(3)和信號接收與檢測系統(4)構成； 1)各部件的結構 所述的直接進樣系統(I)，由流量控制器、緩沖腔體、尾接管和毛細管組成； 所述的光電子電離源(2)，由光源，金屬溢出電極，光電子加速電場和狹縫四個部分組成； 所述的質量分析器(3)，是在線質譜檢測裝置的主要組成部分，由分析器加速電場、無場飛行區(qū)、反射器和離子探測器組成； 2)各部件的連接關系 直接進樣系統(I)與光電子電離源(2)通過直接進樣系統(I)的毛細管連接、光電子電離源(2)與質量分析器(3)通過光電子電離源(2)的狹縫連接、質量分析器(3)通過數據傳輸線和信號接收與檢測系統(4)連接。
【文檔編號】G01N27/64GK204028040SQ201420325880
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權日:2014年6月18日
【發(fā)明者】唐彬, 趙無垛, 朱立平, 侯可勇, 黃云光, 李海洋, 李文武 申請人:廣西電網公司電力科學研究院, 中國科學院大連化學物理研究所