專利名稱：六氟化硫氣體放電微量組分的紅外檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體紅外吸收光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及六氟化硫(SF6)氣體紅外吸收光 譜分析裝置及方法。
背景技術(shù)：
氣體絕緣組合電器(GIS)，以六氟化硫(SF6)氣體作為絕緣介質(zhì)，具有絕緣強(qiáng)度高、運(yùn)行 穩(wěn)定、占地面積少和維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中，尤其在大中城巿城網(wǎng)建設(shè)和改造 中得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。但是從近年來的運(yùn)行情況來看，國內(nèi)外的GIS在使用中都出現(xiàn)了 許多問題，其中以絕緣故障為主，絕緣故障最通常的特征是GIS中的絕緣介質(zhì)在完全擊穿 前發(fā)生局部放電(PD)。在放電的作用下，SF6氣體發(fā)生分解，主要分解產(chǎn)物是SOF2、 S02F2、 CF4、 S02、 SOF4、 S2Fu)等，因此，可用采氣袋等容器定期將GIS中的SF6氣體樣本帶到實(shí)驗(yàn) 室進(jìn)行氣體組分分析，從而判斷GIS的設(shè)備故障情況，避免大停電事故的發(fā)生，所以研究SF6
氣體放電分解微量檢測裝i及方法是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要手段之一。
現(xiàn)有的檢測六氟化硫(SF6)氣體放電分解組分的裝置及方法，是紅外吸收光譜分析法，該 方法是采用傅里葉變換紅外光譜儀對GIS中SFs氣體的氣樣進(jìn)行檢測分析，該光譜儀因具有 檢測快速，直接對氣樣進(jìn)行檢測且不消耗氣樣，并能同時(shí)完成多個(gè)組分的檢測等優(yōu)點(diǎn)，在電 力系統(tǒng)的試驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。但是，由于GIS中SF6氣體局部放電時(shí)，分解產(chǎn)物的濃度很 低，為^L/L量級，加上紅外光源一般較弱、紅外檢測器靈敏度較低，造成微量氣體組分的檢 測非常困難。現(xiàn)有傅立葉變換紅外檢測光譜儀的氣體池如天津天光光學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的 O.l米的短光程氣體池，如圖l所示，該短光程氣體池結(jié)構(gòu)簡單，主要由圓柱型玻璃外壁，兩 個(gè)窗片，進(jìn)氣玻璃閥，出氣玻璃閥組成，紅外光線直接經(jīng)兩個(gè)窗片透射氣體池，無其他增加 光程長措施，有效光程長只有0.1米，如圖2所示，利用此短光程氣體池對100pL/L的S02 標(biāo)準(zhǔn)氣體、22jiL/L的S02F2標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行檢測得到的光譜圖分辨率低，信噪比低，檢測限低， 精度低，只能粗糙的進(jìn)行定性分析，無法進(jìn)行定量分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有檢測六氟化硫(SFs)氣體放電組分的裝置及方法的不足之處，提出 一種六氟化硫氣體放電微量組分的紅外檢測裝置及方法，具有線性好，檢測限高，檢測快速,不消耗樣氣，同時(shí)檢測多個(gè)組分，信噪比高，精確度高等特點(diǎn)。
本發(fā)明機(jī)理為本發(fā)明裝置中的氣體池為長光程氣體池，基于懷特池結(jié)構(gòu)原理，利用三 個(gè)凹面反射鏡實(shí)現(xiàn)光線的往返反射來增加光程長，主要的元件為池內(nèi)的三鏡系統(tǒng)，三球面反 射鏡的曲率半徑相等，如圖6所示，MI、 M2為物鏡，M3為場鏡，由凹球面反射鏡的特殊光 路可知，球面鏡上任意點(diǎn)與曲率中心的連線都可以作為其主光軸，又因入射光線與反射光線 關(guān)于主光軸對稱，所以各鏡的入射點(diǎn)與像點(diǎn)關(guān)于其曲率中心對稱，三鏡系統(tǒng)中入射光線入射 到M1上，經(jīng)M1反射光線射于M3上，經(jīng)M3反射到M2上，M2反射到M3上，經(jīng)M3反
射再回到M1上的出射點(diǎn)。Ml、 M2兩物鏡的曲率中心C4,C乂置于M3場鏡的前反射面上， M3的曲率中心O于M1和M2的中間處，這樣便形成了一個(gè)共軛系統(tǒng)，M1上的點(diǎn)對應(yīng)M2 上的點(diǎn)，M3上的像點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)Ml或M2反射后在原像點(diǎn)附近形成一個(gè)像點(diǎn)，同排相鄰像 點(diǎn)之間的間距為物鏡曲率中心距離的2倍，通過調(diào)節(jié)兩球面物鏡曲率中心距離和球面場鏡的 尺寸大小可以確定總的反射次數(shù)，在此也需考慮紅外光斑本身的大小，入射光線的入射方式 決定了場鏡M3上的像點(diǎn)分布圖，反射次數(shù)可以通過球面場鏡M3上的像點(diǎn)來判定，例如物 鏡上像點(diǎn)為n個(gè)，則
N=2*n+2 ( 1 )
式中N為反射次數(shù)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案是 一種六氟化硫氣體放電微量組分的紅外檢測裝置，主要由 感應(yīng)調(diào)壓器、無電暈實(shí)驗(yàn)變壓器、無局部放電保護(hù)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器、GIS模擬元件、 無感電阻、傅里葉變換紅外光譜儀、寬頻高速超大容量數(shù)字存儲示波器構(gòu)成。GIS模擬元件 為申請?zhí)枮?00710078493.0 "六氟化硫放電分解氣體組分分析系統(tǒng)及其使用方法"專利，公 開的六氟化硫放電分解裝置。本發(fā)明的特征是傅里葉變換紅外光譜儀中的氣體池為能有效 檢測微量組分的長光程氣體池，本發(fā)明長光程氣體池主要包括樣品池、硼硅玻璃外殼、球面 物鏡、不銹鋼管、窗片、球面場鏡、金屬外殼基底、反射鏡、反射鏡微調(diào)按鈕、真空表、出 氣不銹鋼閥門、進(jìn)氣不銹鋼閥門、氣體池頂部金屬外殼。在金屬外殼基底下端面內(nèi)側(cè)的左、 右，分別固接有反射鏡微調(diào)按扭和反射鏡，反射鏡微調(diào)按扭用以調(diào)節(jié)反射鏡的角度。在金屬 外殼基底左、右兩側(cè)面上并分別對應(yīng)于兩反射鏡鏡面中心處，分別設(shè)置有通光孔，以便紅外 光譜儀發(fā)射出的紅外線，通過一個(gè)通光孔直射在金屬外殼基底內(nèi)側(cè)的一個(gè)反射鏡上，該反射 鏡將直射來的紅外光線通過窗片射入樣品池內(nèi)，紅外光線在樣品池內(nèi)發(fā)生多次的反射，最終 反射光線入射到金屬外殼基底內(nèi)側(cè)的另一反射鏡，通過另一通光孔出射。在金屬外殼基底的 上端面外側(cè)的左、右，并分別對應(yīng)于兩個(gè)反射鏡的正上方，分別裝設(shè)有窗片，兩個(gè)窗片的材料為溴化鉀(kBr)或氟化鈣(CaF)等，在中紅外波段不吸收紅外光線，使紅外光線可以無 損粍的進(jìn)出樣品池并對樣品池起密封作用。硼硅玻璃外殼的下端通過密封圈和螺母與金屬外 殼基底固接，硼硅玻璃外殼的上端通過密封圏和螺母與氣體池頂部金屬外殼固接，因此金屬 外殼基底的上端面，窗片，硼硅坡璃外殼，氣體池頂部金屬外殼就構(gòu)成了一個(gè)封閉的樣品池， 從而保證氣體樣品在樣品池內(nèi)不受外界的干擾，且通過硼硅坡璃外殼可以方便的觀察樣品池 內(nèi)紅外光線的光路。在金屬外殼基底上端面外側(cè)的左、右窗片之間的中間位置，固接有球面 場鏡(M3),在氣體池頂部金屬外殼內(nèi)側(cè)的左、右并分別與兩個(gè)窗片對應(yīng)處，分別固接有球 面物鏡(Ml和M2)，兩球面物鏡(Ml和M2)的曲率中心均位于對側(cè)球面場鏡(M3)的反 射面上，球面場鏡(M3)的曲率中心位于兩球面物鏡(Ml和M2)之間。樣品池上端的兩 個(gè)球面物鏡(Ml和M2)和樣品池下端的球面場鏡的曲率中心在一個(gè)平面上，且三個(gè)球面反 射鏡的曲率半徑相等，在樣品池內(nèi)構(gòu)成了一個(gè)紅外光線多次反射的共軛系統(tǒng)，增長了紅外線 的光程。在氣體池頂部金屬外殼的外側(cè)左、右，分別固接有不銹鋼管，兩不銹鋼管的一端均 與樣品池相通，另一端分別固接有進(jìn)氣不銹鋼閥門、出氣不銹鋼閥門及真空表，兩不銹鋼管 分別用于通過閥門引入和引出樣氣，進(jìn)氣不銹鋼閥門控制進(jìn)氣，出氣不銹鋼閥門控制出氣， 真空表用于實(shí)時(shí)觀察樣品池內(nèi)的氣壓。一種六氟化硫氣體放電微量組分紅外檢測方法，利用本發(fā)明裝置，對GIS中的SF6氣體 放電分解微量組分進(jìn)行紅外檢測的具體步驟如下(1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1) 裝入長光程氣體池在傅里葉變換紅外光譜儀中的樣品槽內(nèi)，先安放好與長光程氣體池匹配的三腳架，再將 本發(fā)明裝置的長光程氣體池安置在三腳架上，并用螺釘固定。2) 接入真空泵第(l)一l)步完成后，接入真空泵及其電源，將真空泵的出氣管道置于室外，用轉(zhuǎn)接頭將 本發(fā)明裝置的出氣不銹鋼閥門與真空泵的進(jìn)氣接口連接。3) 抽真空第(1)一2)步完成后，關(guān)閉本發(fā)明裝置的進(jìn)氣不銹鋼閥門，用第(l)一l)步接入的真空泵對 長光程氣體池的樣品池抽真空后，關(guān)閉出氣不銹鋼閥門，防止真空泵油倒流入樣品池內(nèi)；靜 置11一13小時(shí)再觀察真空表示數(shù)是否變化，檢驗(yàn)其密封性能，并記錄真空氣壓，以便反推分解組分的濃度。4) 通入待測氣體第(1)一3)步完成并通過密封性能檢驗(yàn)后，打開進(jìn)氣不銹鋼閥門，利用采氣袋或鋼瓶將從 GIS模擬元件采集的SF(s氣體局部放電分解組分通入樣品池內(nèi)，至預(yù)設(shè)氣壓為止。5) 確定最佳檢測氣壓第(l)一4)步完成后，樣品池內(nèi)的氣壓從5kPa依次增加至100kPa，每次增加lkPa，分別 在各個(gè)氣壓條件下進(jìn)行紅外吸收光譜檢測實(shí)驗(yàn)，利用各氣壓下檢測得的紅外吸收光譜圖的信 噪比，分辨率，基線漂移等參數(shù)來確定最佳檢測氣壓。6) 選擇最佳儀器分辨率第(1)一5)步完成后，由于紅外吸收光譜儀自身的分辨率對紅外吸收光譜圖的質(zhì)量有重大 的影響，檢測氣體組分時(shí)紅外吸收光譜儀自身的分辨率不同于檢測固體和液體組分，所以在 檢測氣壓及其他條件一定時(shí)，調(diào)節(jié)儀器分辨率，根據(jù)光譜圖的信噪比，分辨率，基線漂移等 參數(shù)來確定最佳儀器分辨率。(2) 組分分析第(l)步完成后，利用傅里葉變換紅外光譜儀對樣品池內(nèi)的氣體樣品進(jìn)行紅外吸收光譜檢 測，得到紅外吸收光譜圖，利用檢測得到的紅外吸收光譜圖能分析SFe氣體的放電分解情況， 并將所得光譜圖存入相應(yīng)的譜圖庫。(3) 排氣第(2)步完成后，由于SF6的分解組分有腐蝕性和劇毒，所以檢測后氣體不能長時(shí)間的存 放在樣品池內(nèi)，也不能直接排放在室內(nèi)外，因此檢測結(jié)東后利用真空泵通過出氣不銹鋼閎門 將檢測后的氣體抽于室外處理，以保證設(shè)備和人員安全。(4) 存放氣體池第(3)步完成后，由于本發(fā)明裝置中的窗片為KBr或CaF材料做成，該材料具有強(qiáng)吸水性， 易受潮，為此，實(shí)驗(yàn)完畢后將長光程氣體池從傅里葉變換紅外光譜儀中取出，置于真空袋中 存放、備用。本發(fā)明釆用上述技術(shù)方案后，主要有以下檢測特點(diǎn)7組分有SFe、 S02F2、 SOF2、 S02、 SOF4、 SF4、 HF、 SzFk)等。2. 與現(xiàn)有短光程氣體池檢測效果相比，本發(fā)明可以有效檢測出零點(diǎn)幾^L/L級的S02F2、 SOF2、 S02等各種SF6放電分解氣體產(chǎn)物，能夠十分準(zhǔn)確的進(jìn)行組分定性分析。3. 圖7、 8為設(shè)計(jì)的長光程氣體池檢測到的lOOpL/L S02標(biāo)準(zhǔn)氣體、22pL/L S02F2標(biāo)準(zhǔn)氣體 的標(biāo)準(zhǔn)譜圖，圖9、 10為SOF2單一氣體和S02F2、 SOF2混合氣體的標(biāo)準(zhǔn)圖譜，四圖與現(xiàn)有 短光程氣體池檢測光譜2比較不難發(fā)現(xiàn)，長光程氣體池檢測精度高，紅外吸收光譜圖分 辨率高，對稱性好，信噪比高，精度高，完全可以實(shí)現(xiàn)SF6放電分解微量組分的定量研究。本發(fā)明可廣泛用于GIS設(shè)備在線運(yùn)行的局部放電檢測，為科研、教學(xué)、研究院，設(shè)備制 造廠家及電力系統(tǒng)中對GIS設(shè)備PD在線狀態(tài)檢測的理論分析和應(yīng)用研究提供可靠數(shù)據(jù)。


圖1為現(xiàn)有短光程氣體池的結(jié)構(gòu)圖；圖2為現(xiàn)有短光程氣體池檢測標(biāo)氣獲取的紅外吸收光譜圖，其中a為S02標(biāo)準(zhǔn)氣體的標(biāo) 準(zhǔn)紅外吸收吸收光譜圖，b為S02F2標(biāo)準(zhǔn)氣體的標(biāo)準(zhǔn)紅外吸收吸收光譜圖；圖3為本發(fā)明裝置的原理圖；圖4本發(fā)明裝置的外形圖；圖5本發(fā)明裝置的放大結(jié)抅圖；圖6為本發(fā)明裝置的光線傳播示意圖，圖中C4,C4'為兩物鏡的曲率中心，O為場鏡的曲 率中心，Ml、 M2為物鏡，M3為場鏡；圖7為研制的長光程氣體池測得S02標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)準(zhǔn)圖；圖8為研制的長光程氣體池測得S02F2標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)準(zhǔn)圖；圖9為研制的長光程氣體池測得SOF2標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)準(zhǔn)圖；圖10為研制的長光程氣體池測得S02F2和SOF2混合氣體的標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)準(zhǔn)圖；圖11為研制的氣體池測得的SF6放電分解組分紅外吸收光譜區(qū)間圖。圖中1，樣品池；2,硼硅玻璃外殼；3,窗片；4，進(jìn)氣玻璃閥；5，出氣玻璃閥；6， 感應(yīng)調(diào)壓器；7,無暈實(shí)驗(yàn)變壓器；8,無局部放電保護(hù)電阻；9，標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器；10， GIS模擬元件；11,無感電阻；12，傅里葉變換紅外光譜儀；13,寬頻高速超大容量數(shù)字存儲示 波器；14,通光孔；15，金屬外殼基底；16，球面場鏡；17，螺母；18，密封圈；19，氣體 池頂部金屬外殼；20,進(jìn)氣不銹鋼閥門；21,出氣不銹鋼閥門；22，真空表；23,不銹鋼管； 24,球面物鏡；25,反射鏡微調(diào)按鈕；26,反射鏡。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步說明本發(fā)明。 實(shí)施例如圖3 6所示， 一種六氟化硫氣體放電微量組分的紅外檢測裝置，主要由感應(yīng)調(diào)壓器6、 無暈實(shí)驗(yàn)變壓器7、無局部放電保護(hù)電阻8、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器9、 GIS模擬元件IO、無感電阻 11、傅里葉變換紅外光譜儀12、寬頻高速超大容量數(shù)字存儲示波器13構(gòu)成。GIS模擬元件為 申請?zhí)枮?00710078493.0 "六氟化硫放電分解氣體組分分析系統(tǒng)及其使用方法"專利，公開 的六氟化硫放電分解裝置。特征是傅里葉變換紅外光譜儀中的氣體池為能有效檢測微量組 分的長光程氣體池。長光程氣體池主要包括樣品池1、硼硅玻璃外殼2、球面物鏡24、不銹 鋼管23、窗片3、球面場鏡16、金屬外殼基底15、反射鏡26、反射鏡微調(diào)按鈕25、真空表 22、出氣不銹鋼閥門21、進(jìn)氣不銹鋼閥門20、氣體池頂部金屬外殼19。在金屬外殼基底5 下端面內(nèi)側(cè)的左、右，分別固接有反射鏡微調(diào)按扭25和反射鏡26,反射鏡微調(diào)按扭25用以 調(diào)節(jié)反射鏡26的角度。在金屬外殼基底15左、右兩側(cè)面上并分別對應(yīng)于兩反射鏡26鏡面中 心處，分別設(shè)置有通光孔14,以便紅外光譜儀發(fā)射出的紅外線，通過一個(gè)通光孔14直射在 金屬外殼基底15內(nèi)側(cè)的一個(gè)反射鏡26上，該反射鏡26將直射來的紅外光線通過窗片射入樣 品池1內(nèi)，紅外光線在樣品池1內(nèi)發(fā)生多次的反射，最終反射光線入射到金屬外殼基底15內(nèi) 側(cè)的另一反射鏡26,通過另一通光孔14出射。在金屬外殼基底15的上端面外側(cè)的左、右， 并分別對應(yīng)于兩個(gè)反射鏡26的正上方，分別裝設(shè)有窗片3，兩個(gè)窗片3的材料為溴化鉀(kBr) 或氟化鈣(CaF)等，在中紅外波段不吸收紅外光線，使紅外線可以無損耗的進(jìn)出樣品池1 并對樣品池l起密封作用。硼硅玻璃外殼2為圓柱型，內(nèi)直徑為104mm，厚度為4mm,硼硅 玻璃外殼2的下端通過密封圈18和螺母17與金屬外殼基底15固接，硼硅玻璃外殼2的上端 通過密封圈18和螺母17與氣體池頂部金屬外殼19固接，因此金屬外殼基底15的上端面， 窗片3,硼硅玻璃外殼2，氣體池頂部金屬外殼19就抅成了一個(gè)封閉的樣品池1，從而保證 氣體樣品在樣品池內(nèi)不受外界的干擾，且通過硼硅玻璃外殼2可以方便的觀察樣品池1內(nèi)紅 外光線的光路。在金屬外殼基底15上端面外側(cè)的左、右窗片3之間的中間位置，固接有球面場鏡16， 球面場鏡16的中心距金屬外殼基底15上端面中心位置4.16mm，球面場鏡16的 長為89mm，寬為52mm，且長邊與兩個(gè)窗片3中心的連線方向平行。在氣體池頂部金屬外殼 19內(nèi)側(cè)的左、右并分別與兩個(gè)窗片3對應(yīng)處，分別固接有球面物鏡24,球面物鏡24長為 60mm，寬為25mm,球面物鏡24靠近硼硅玻璃外殼2的一側(cè)為弧形，其弧垂為13mm,兩 物鏡的長直邊距氣體池頂部金屬外殼19中心4.16mm,且與球面場鏡16的長邊相垂直。兩球 面物鏡24的曲率中心均位于對側(cè)球面場鏡16的反射面上，球面場鏡16的曲率中心位于兩球 面物鏡24之間。樣品池1上端的兩個(gè)球面物鏡24的曲率中心和樣品池1下端球面物鏡的曲 率中心在一個(gè)平面上，且三個(gè)球面反射鏡的曲率半徑相等，為500mm,且三反射鏡鏡面都用 反射率為98%的黃金鍍膜，減少反射損耗，長光程氣體池的反射次數(shù)為40次，紅外線的光程 為20m。在氣體池頂部金屬外殼19的外側(cè)左、右，分別固接有兩不銹鋼管23,兩不銹鋼管 的一端均與樣品池l相通，另一端分別固接有進(jìn)氣不銹鋼閥門20、出氣不銹鋼閥門21及真 空表22，兩不銹鋼管23分別用于通過閥門引入和引出樣氣，進(jìn)氣不銹鋼閥門20控制進(jìn)氣， 出氣不銹鋼閥門21控制出氣，真空表22用于實(shí)時(shí)觀察樣品池內(nèi)的氣壓。一種六氟化硫氣體放電微量組分紅外檢測方法，利用本發(fā)明裝置，對GIS中的SFs氣體 放電分解微量組分進(jìn)行紅外檢測的具體步驟如下(1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1) 裝入長光程氣體池在傅里葉變換紅外光譜儀12中的樣品槽內(nèi)，先安放好與長光程氣體池匹配的三腳架，再 將本發(fā)明裝置的長光程氣體池安置在三腳架上，并用螺釘固定。2) 接入真空泵第(l)一l)步完成后，接入真空泵及其電源，將真空泵的出氣管道置于室外，用轉(zhuǎn)接頭將 本發(fā)明裝置的出氣不銹鋼閥門21與真空泵的進(jìn)氣接口連接。3) 抽真空第(1)一2)步完成后，關(guān)閉本發(fā)明裝置的進(jìn)氣不銹鋼閥門20,用第(l)一l)步接入的真空泵 對長光程氣體池的樣品池l抽真空后，關(guān)閉出氣不銹鋼閥門21，防止真空泵油倒流入樣品池 l內(nèi)；靜置ll一13小時(shí)，再觀察真空表示數(shù)是否變化，檢驗(yàn)其密封性能，并記錄真空氣壓， 以便反推分解組分的濃度。4) 通入待測氣體第(1)一3)步完成并通過密封性能檢驗(yàn)后，打開進(jìn)氣不銹鋼閥門，利用采氣袋或鋼瓶將從 GIS模擬元件IO采集的SF6氣體局部放電分解組分通入樣品池1內(nèi)，至預(yù)設(shè)氣壓為止。
5) 確定最佳檢測氣體
第(1)—4)步完成后，樣品池內(nèi)的氣壓從5kPa依次增加至100kPa,每次增加1 kPa，分別 在每個(gè)氣壓條件下進(jìn)行紅外吸收光譜檢測實(shí)驗(yàn)，利用各氣壓下檢測獲得的各紅外吸收光譜圖 的信噪比，分辨率，基線漂移等參數(shù)來確定最佳檢測氣壓，本發(fā)明的最佳檢測氣壓為100kPa。
6) 選擇最佳儀器分辨率
第(1)一5)步完成后，傅里葉變換紅外吸收光譜儀12自身的分辨率對紅外吸收光譜的質(zhì)量 有重大的影響，檢測氣體組分時(shí)傅里葉變換紅外吸收光譜儀12自身的分辨率不同于檢測固體 和液體組分，所以在檢測氣壓及其他條件一定時(shí)，調(diào)節(jié)儀器分辨率，根據(jù)光譜圖的信噪比， 分辨率，基線漂移等參數(shù)來確定最佳儀器分辨率，本發(fā)明的最佳分辨率為0.5cm"。
(2) 組分分析
第(l)步完成后，利用傅里葉變換紅外光譜儀12對樣品池1內(nèi)的氣體樣品進(jìn)行紅外吸收 光譜法檢測，得到紅外吸收光譜圖，利用檢測得到的紅外吸收光譜圖能分析SFe氣體的放電 分解情況，并將所得光譜圖存入相應(yīng)的譜圖庫。
(3) 排氣
第(2)步完成后，由于SF6的分解組分有腐蝕性和劇毒，所以檢測后氣體不能長時(shí)間的存 放在樣品池l內(nèi)，也不能直接排放在室內(nèi)外，因此檢測結(jié)東后利用真空泵通過出氣不銹鋼閥 門21將檢測后的氣體抽于室外處理，以保證設(shè)備和人員安全。
(4) 存放氣體池
第(3)步完成后，由于本發(fā)明裝置中的窗片為KBr或CaF材料做成，該材料具有強(qiáng)吸水性， 易受潮，為此，實(shí)驗(yàn)完畢后將長光程氣體池從傅里葉變換紅外光譜儀12中取出，置于真空袋 中存放、備用。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
用實(shí)施例的方法，對單一標(biāo)準(zhǔn)氣體S02、 S02F2、 SOF2及SOF2和S0J2的混合標(biāo)準(zhǔn)氣體 進(jìn)行紅外吸收光譜法檢測得到的紅外吸收光譜圖如附圖7、 8、 9、 IO所示，對SFe氣體的局 部放電分解實(shí)驗(yàn)所得的混合氣樣進(jìn)行紅外吸收光譜法檢測得到的紅外吸收光譜區(qū)間圖如附圖ll所示，圖中SOF2吸收頻率為530cnf1, SCbF2吸收頻率為539 cnf1、 544 cnf1、 552 cnT。
由上述實(shí)驗(yàn)可知，SF6氣體局部放電分解各組分的標(biāo)準(zhǔn)氣體及實(shí)驗(yàn)所得混合氣體經(jīng)本發(fā)明 提供的裝置及方法檢測得到的光譜圖的各吸收峰分辨率好，信噪比高，對稱性好，精度高， 本發(fā)明所得光譜圖能實(shí)現(xiàn)SF6氣體各放電分解組分的定量檢測，為GIS設(shè)備在線運(yùn)行狀態(tài)分
析提供可靠數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種六氟化硫氣體放電微量組分的紅外檢測裝置，主要由感應(yīng)調(diào)壓器(6)、無電暈實(shí)驗(yàn)變壓器(7)、無局部放電保護(hù)電阻(8)、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器(9)、GIS模擬元件(10)、無感電阻(11)、傅里葉變換紅外光譜儀(12)、寬頻高速超大容量數(shù)字存儲示波器(13)構(gòu)成，其特征在于傅里葉變換紅外光譜儀(12)中的氣體池為能有效檢測微量組分的長光程氣體池，長光程氣體池主要包括樣品池(1)、硼硅玻璃外殼(2)、球面物鏡(24)、不銹鋼管(23)、窗片(3)、球面場鏡(16)、金屬外殼基底(15)、反射鏡(26)、反射鏡微調(diào)按鈕(25)、真空表(22)、出氣不銹鋼閥門(21)、進(jìn)氣不銹鋼閥門(20)、氣體池頂部金屬外殼(19)，在金屬外殼基底(15)下端面內(nèi)側(cè)的左、右，分別固接有反射鏡微調(diào)按扭(25)和反射鏡(26)，在金屬外殼基底(15)左、右兩側(cè)面上并分別對應(yīng)于兩反射鏡(26)鏡面中心處，分別設(shè)置有通光孔(14)，在金屬外殼基底(15)的上端面外側(cè)的左、右并分別對應(yīng)于兩個(gè)反射鏡(26)的正上方，分別裝設(shè)有窗片(3)，兩窗片(3)的材料為溴化鉀或氟化鈣，硼硅玻璃外殼(2)的下端通過密封圈(18)和螺母(17)與金屬外殼基底(15)固接，硼硅玻璃外殼(2)的上端通過密封圈(18)和螺母(17)與氣體池頂部金屬外殼(19)固接，在金屬外殼基底(15)上端面外側(cè)的左、右窗片(3)之間的中間位置，固接有球面場鏡(16)，在氣體池頂部金屬外殼(19)內(nèi)側(cè)的左、右并分別與兩窗片(3)對應(yīng)處，分別固接有球面物鏡(24)，兩個(gè)球面物鏡(24)的曲率中心位于球面場鏡(16)的反射面上，球面場鏡(16)的曲率中心位于兩球面物鏡(24)之間，樣品池(1)上端的兩個(gè)球面物鏡(24)和下端的球面場鏡(16)的曲率中心在一個(gè)平面上，且三個(gè)球面反射鏡的曲率半徑相等，在氣體池頂部金屬外殼(19)的外側(cè)的左、右，分別固接有不銹鋼管(23)，兩不銹鋼管(23)的一端均與樣品池(1)相通，另一端分別固接有進(jìn)氣不銹鋼閥門(20)和出氣不銹鋼閥門(21)及真空表(22)。
2. —種六氟化硫氣體放電微量組分紅外檢測方法，其特征在于具體步驟如下(1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1 )裝入長光程氣體池在傅里葉變換紅外光譜儀(12)中的樣品槽內(nèi)，先安放好與長光程氣體池匹配的三腳架，再將本發(fā)明裝置的長光程氣體池安置在三腳架上，并用螺釘固定；2)接入真空泵第(l)一l)步完成后，接入真空泵及其電源，將真空泵的出氣管道置于室外，用轉(zhuǎn)接頭將本發(fā)明裝置的出氣不銹鋼閥門(21)與真空泵的進(jìn)氣接口連接；3) 抽真空第(1)一2)步完成后，關(guān)閉本發(fā)明裝置的進(jìn)氣不銹鋼閥門(20),用第(1)一1)步接入的真空泵對長光程氣體池的樣品池(1)抽真空后，關(guān)閉出氣不銹鋼閥門(21),靜置11一13小時(shí)，再觀察真空表(22)示數(shù)是否變化并記錄真空氣壓；4) 通入待測氣體第(1)一3)步完成并通過密封性能檢驗(yàn)后，打開進(jìn)氣不銹鋼閥門(20),利用采氣袋或鋼瓶將從GIS模擬元件(10)采集的SF6氣體局部放電分解組分通入樣品池(1)內(nèi)，至預(yù)設(shè)氣壓為止;5) 確定最佳檢測氣壓第(l)一4)步完成后，樣品池內(nèi)的氣壓從5kPa依次增加至100kPa,每次增加1 kPa,分別在各個(gè)氣壓條件下進(jìn)行紅外吸收光譜檢測實(shí)驗(yàn)，利用各氣壓下檢測得的紅外吸收光譜的信噪比、分辨率、基線漂移參數(shù)確定最佳檢測氣壓；6) 選擇最佳儀器分辨率第(1)一5)步完成后，調(diào)節(jié)傅里葉變換紅外光譜儀(12)分辨率并進(jìn)行紅外吸收光譜法檢測實(shí)驗(yàn)，根據(jù)光譜圖的信噪比，分辨率，基線漂移參數(shù)來確定最佳儀器分辨率；(2) 組分分析第(l)步完成后，利用傅里葉變換紅外光譜儀(12)對樣品池內(nèi)的氣體樣品進(jìn)行紅外吸收光譜檢測，得到紅外吸收光譜圖，并存入譜圖庫；(3) 排氣第(2)步完成后，利用真空泵通過出氣不銹鋼闊門(21)將檢測后的氣體抽于室外處理；(4) 存放氣體池第(3)步完成后，將長光程氣體池從傅里葉變換紅外光譜儀(12)中取出，置于真空袋中存放、備用。
全文摘要
一種六氟化硫氣體放電微量組分的紅外檢測裝置及方法，涉及六氟化硫氣體紅外吸收光譜分析裝置及方法。本發(fā)明裝置主要包括感應(yīng)調(diào)壓器、無電暈實(shí)驗(yàn)變壓器、無局部放電保護(hù)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器、GIS模擬元件、無感電阻、傅里葉變換紅外光譜儀、寬頻高速超大容量數(shù)字存儲示波器。其中傅里葉變換紅外光譜儀中的氣體池為長光程氣體池。本發(fā)明方法是利用本發(fā)明裝置，對GIS中的SF₆氣體樣品進(jìn)行放電微量組分檢測。本發(fā)明能準(zhǔn)確檢測SF₆氣體放電分解的各種生成物，具有檢測精度高，光譜圖分辨率高，吸收峰對稱性好，信噪比高等特點(diǎn)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于GIS設(shè)備在線運(yùn)行局部放電的檢測，為GIS設(shè)備在線運(yùn)行狀態(tài)分析提供可靠數(shù)據(jù)。
文檔編號G01N21/35GK101644670SQ20091010456
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者任江波, 炬 唐, 姚陳果, 飛 左, 張曉星, 楊孝華, 謝顏斌 申請人:重慶大學(xué)