紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2组分的系统及方法。系统主要包括气体采样池、下位机控制模块、紫外光谱仪、氘灯光源、真空泵、待测SF6电气设备、上位机数据处理与状态分析模块。下位机控制模块控制电磁阀动作，将样本气体从待测SF6电气设备导入气体采样池，紫外光谱仪与氘灯光源配合获取样本气体光谱信号，并传至上位机数据处理与状态分析模块进行程序后处理，判断SF6电气设备内是否存在放电衍生物SO2后，输出检测结果。本发明专利技术利用紫外光谱方法实时监测设备内SO2组分，解决了无法对SF6电气设备在线监测的问题，具有体积小、价格低、易安装等特点，适用于现场复杂的检测要求。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及SF6电气设备的放电故障检测领域，尤其涉及紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2组分的系统及方法。
技术介绍
SF6气体十分稳定，具有优异的绝缘和灭弧性能，是迄今为止最理想的绝缘、灭弧介质，被广泛应用于气体绝缘组合电器(GIS)中。然而SF6电气设备在正常运行状态下，SF6气体仍会在电弧、火花和电晕放电作用下发生分解，生成的离子和离子团与GIS内存在的微量水分、气体杂质、金属电极材料和固体绝缘材料等发生反应，生成复杂的衍生物。这些衍生物的存在会造成设备内部金属部件的腐蚀、绝缘材料的性能劣化以致设备绝缘性能的下降，一旦设备发生故障，造成的损失将不可估量；同时有毒的气体衍生物 也会给现场工作人员的人身安全带来极大隐患。所以对SF6电气设备的运行状况进行实时在线监测，实现及时及早维护是十分有必要的。(参见文献I)目前，SF6电气设备内的气体检测的主要方法是现场采集设备内气体，然后送至实验室进行深入分析，使用的方法为中红外光谱法或色谱-质谱联用法。由于这些方法所需的设备体积庞大，无法应用于现场，故采样间隔较长，不利于及时发现设备的故障缺陷。鉴于在线监测系统具有实时性强、检测周期短、分析速度快等特点，在线监测SF6电气设备内气体组分必将成为未来发展的趋势。SO2作为SF6气体在电弧、火花、电晕放电作用下稳定的特征衍生物，是设备在正常工作情况下不应存在的组分，因此SO2的产生可在一定程度上表征设备的内部绝缘性能的下降。本专利技术基于SF6小电气设备内部放电故障原理、紫外光谱分析原理、SF6气体分解理论、SO2频谱特性以及在线监测系统结构，改善了当前检测手段所造成的采样间隔长、不能实现在线监测等问题，具有检测周期短、分析速度快、实时性强、对环境要求不高、便于现场检测等特点。本专利技术采用可实现自动控制的气路装置对SF6电气设备内气体进行取样，并能够实现自动和手动两种模式；采用的状态分析方法能自动完成对SF6电气设备内部放电故障的诊断，具有针对性强、识别精度高、自动化程度高、计算机信息化、数据便于保存等特点，对实现SF6电气设备状态的在线监测和保证电网安全稳定运行具有重要的意义。文献I :SF6气体及其衍生物的红外光谱分析[J].蔡涛，王先培，黄云光，杜双育等·光谱学与光谱分析，2010，Vol. 30Νο· 11.
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供一种紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2组分的系统及方法，以实现对SF6电气设备的现场快速自动化检测。通过对SO2气体的检测得出SF6电气设备的运行状态与故障变化趋势，为操作维护人员提供重要预警信息，从而及时做出决断和进一步的精确检测。解决上述技术问题本专利技术的技术方案是I.紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2的系统，该系统主要包括气体采样池、下位机控制模块、紫外光谱仪、氘灯光源、真空泵、待测SF6电气设备、上位机数据处理与状态分析模块；( I)各部分结构及功能所述气体采样池主体为直通管道，直通管道两端各设有结构相同的一个组合体结构的采样接口模块，都固定于 方形底座上，其一端为进气口，另一端为出气口 ；在每个采样接口模块分别都设有一个光纤耦合接口、采样接口模块密封螺孔和采样接口模块密封端盖；此外还分别设有一个与采样接口模块相贯的变送器接口空心螺栓，它不但可以连接变送器，还是外界与气体采样池进行气体交换的通道； 所述下位机控制模块是一台控制器，其结构包括MCUl、MCU2和POWER三个部分，又分为以下子模块单片机模块，继电器模块，电源模块，变送器输入模块，显示模块，按键模块，PCF8563时钟模块；单片机模块包括MCUl和MCU2，MCUl的串口输出端与MCU2的串口输入端相连，MCUl的串口输入端与MCU2的串口输出端相连；继电器模块包括三个继电器，分别与三个电磁阀一采样气体进气电磁阀、气体出气电磁阀、真空泵电磁阀相连，由MCU2控制，用于连接三个电磁阀，通过单片机控制信号使三个电磁阀获得12V的控制电压；电源模块包括DC5V，DC12V，AC220V三种供电电路结构，其中DC12V电源为采样气体进气电磁阀、采样气体出气电磁阀、真空泵电磁阀提供开启电压，DC5V电源为下位机控制模块提供工作电源，AC220V电源为系统提供备用交流220V工作电源；变送器输入模块包括温度变送器和压力变送器，分别与MCUl相连，主要用于接收采样池的温度和压力变送器传送的0-5V电压信号；显示模块是一块分辨率为128X64的液晶显示器，直接与M⑶I相连，用于将压力、温度和电磁阀的状态实时输出；PCF8563时钟模块是一块时钟芯片，直接与MCU2相连，用于对系统进行定时采样；按键模块包括8个按键，与MCU2相连，用于控制LED灯和继电器模块；所述紫外光谱仪是测量光路的信号检测元件；所述氘灯光源是测量光路的信号发生元件；所述真空泵，是一个由DC12V电源驱动的微型化的泵吸装置；所述待测SF6电气设备，是系统中待测样本气体的气源；所述上位机数据处理与状态分析模块由一台上位机组成，其主要功能在包括读取下位机控制模块上传的数据即气体采样池内的温度/压力信息、读取紫外光谱仪上传的数据即样本气体光谱信息、对SO2紫外特征区域进行数据分析、进行SF6电气设备运行状态判断，必要时进行声光报警；(2)各部件连接关系气体采样池一端的采样接口模块通过变送器接口空心螺栓与温度变送器连接，另一端的采样接口模块通过变送器接口空心螺栓与压力变送器连接；下位机控制模块分别通过电线与采样气体进气电磁阀、真空泵、真空泵电磁阀、采样气体出气电磁阀、温度变送器、压力变送器连接；采样气体出气止回阀进口与压力变送器连接，防止外部气体流进采样池干扰检测；三通的三个端口分别与采样气体出气电磁阀、真空泵电磁阀的进口、采样气体出气止回阀的出口连接；真空泵电磁阀的出口与真空泵的进口连接；紫外光谱仪通过光纤与第一光纤准直耦合透镜模块连接；氘灯光源通过光纤与第二光纤准直耦合透镜模块连接；待测SF6电气设备通过采样气体进气电磁阀与温度变送器连接；上位机数据处理与状态分析模块通过USB线与紫外光谱仪连接，通过232信号线与下位机控制模块连接。2.紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2的系统运行方法如下，I)运行中各部件的作用 A.所述气体采样池为直通管道结构，既简化了结构又减小了容积，控制了样本气体的采样量；压力变送器和温度变送器分别通过相同的螺纹结构与气体采样池直通管两端的变送器接口空心螺栓相耦合，实时采集气体采样池内气体的温度和压力信号；气体采样池两侧的光纤准直耦合透镜模块与光纤相连，以调节光纤中传输光信号的数值孔径；B.气体采样池的直通管的一端变送器接口空心螺栓和另一端变送器接口空心螺栓分别位于一端采样接口模块和另一端采样接口模块的气路接口处，不但起到固定温度变送器和压力变送器的作用，也是气体采样池与外界进行气体交换的门户；采样气体通过温度变送器、经一端的变送器接口空心螺栓进入一端的采样接口模块，流过采样池直通管道后，再经另一端的采样接口模块的另一端的变送器接口空心螺栓、通过压力变送器从气体采样池排出，采样气体进气电磁阀和待测SF6电气设备间通过气管相连；温度变送器和压力变送器通过螺纹分别与一端的变送器接口空心螺栓和另一端的变送器接口空本文档来自技高网...

【技术保护点】
紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2的系统气，其特征在于：紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2的系统，主要包括气体采样池、下位机控制模块、紫外光谱仪、氘灯光源、真空泵、待测SF6电气设备、上位机数据处理与状态分析模块；（1）各部分结构及功能所述气体采样池主体为直通管道，直通管道两端各设有结构相同的一个组合体结构的采样接口模块，都固定于方形底座上，其一端为进气口，另一端为出气口；在每个采样接口模块分别都设有一个光纤耦合接口、采样接口模块密封螺孔和采样接口模块密封端盖；此外还分别设有一个与采样接口模块相贯的变送器接口空心螺栓，它不但可以连接变送器，还是外界与气体采样池进行气体交换的通道；所述下位机控制模块是一台控制器，其结构包括MCU1、MCU2和POWER三个部分，又分为以下子模块：单片机模块，继电器模块，电源模块，变送器输入模块，显示模块，按键模块，PCF8563时钟模块；单片机模块包括MCU1和MCU2，MCU1的串口输出端与MCU2的串口输入端相连，MCU1的串口输入端与MCU2的串口输出端相连；继电器模块包括三个继电器，分别与三个电磁阀——采样气体进气电磁阀、气体出气电磁阀、真空泵电磁阀相连，由MCU2控制，用于连接三个电磁阀，通过单片机控制信号使三个电磁阀获得12V的控制电压；电源模块包括DC5V，DC12V，AC220V三种供电电路结构，其中DC12V电源为采样气体进气电磁阀、采样气体出气电磁阀、真空泵电磁阀提供开启电压，DC5V电源为下位机控制模块 提供工作电源，AC220V电源为系统提供备用交流220V工作电源；变送器输入模块包括温度变送器和压力变送器，分别与MCU1相连，主要用于接收采样池的温度和压力变送器传送的0？5V电压信号；显示模块是一块分辨率为128×64的液晶显示器，直接与MCU1相连，用于将压力、温度和电磁阀的状态实时输出；PCF8563时钟模块是一块时钟芯片，直接与MCU2相连，用于对系统进行定时采样；按键模块包括8个按键，与MCU2相连，用于控制LED灯和继电器模块；所述紫外光谱仪是测量光路的信号检测元件；所述氘灯光源是测量光路的信号发生元件；所述真空泵，是一个由DC12V电源驱动的微型化的泵吸装置；所述待测SF6电气设备，是系统中待测样本气体的气源；所述上位机数据处理与状态分析模块由一台上位机组成，其主要功能在包括：读取下位机控制模块上传的数据即气体采样池内的温度/压力信息、读取紫外光谱仪上传的数据即样本气体光谱信息、对SO2紫外特征区域进行数据分析、进行SF6电气设备运行状态判断，必要时进行声光报警；（2）各部件连接关系：气体采样池一端的采样接口模块通过变送器接口空心螺栓与温度变送器连接，另一端的采样接口模块通过变送器接口空心螺栓与压力变送器连接；下位机控制模块分别通过电线与采样气体进气电磁阀、真空泵、真空泵电磁阀、采样气体出气电磁阀、温度变送器、压力变送器连接；采样气体出气止回阀进口与压力变送器连接，防止外部气体流进采样池干扰检测；三通的三个端口分别与采样气体出气电磁阀、真空泵电磁阀的进口、采样气体出气止回阀的出口连接；真空泵电磁阀的出口与真空泵的进口连接；紫外光谱仪通过光纤与第一光纤准直耦合透镜模块连接；氘灯光源通过光纤与第二光纤准直耦合透镜模块连接；待测SF6电气设备通过采样气体进气电磁阀与温度变送器连接；上位机数据处理与状态分析模块通过USB线与紫外光谱仪连接，通过232信号线与下位机控制模块连接。...

【技术特征摘要】
1.紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2的系统气，其特征在于 紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2的系统，主要包括气体采样池、下位机控制模块、紫外光谱仪、氘灯光源、真空泵、待测SF6电气设备、上位机数据处理与状态分析模块； (1)各部分结构及功能 所述气体采样池主体为直通管道，直通管道两端各设有结构相同的一个组合体结构的采样接口模块，都固定于方形底座上，其一端为进气口，另一端为出气口 ；在每个采样接口模块分别都设有一个光纤耦合接口、采样接口模块密封螺孔和采样接口模块密封端盖；此外还分别设有一个与采样接口模块相贯的变送器接口空心螺栓，它不但可以连接变送器，还是外界与气体采样池进行气体交换的通道； 所述下位机控制模块是一台控制器，其结构包括MCU1、MCU2和POWER三个部分，又分为以下子模块单片机模块，继电器模块，电源模块，变送器输入模块，显示模块，按键模块，PCF8563时钟模块； 单片机模块包括MCUl和MCU2，MCUl的串口输出端与MCU2的串口输入端相连，MCUl的串口输入端与MCU2的串口输出端相连；继电器模块包括三个继电器，分别与三个电磁阀——采样气体进气电磁阀、气体出气电磁阀、真空泵电磁阀相连，由MCU2控制，用于连接三个电磁阀，通过单片机控制信号使三个电磁阀获得12V的控制电压；电源模块包括DC5V，DC12V，AC220V三种供电电路结构，其中DC12V电源为采样气体进气电磁阀、采样气体出气电磁阀、真空泵电磁阀提供开启电压，DC5V电源为下位机控制模块提供工作电源，AC220V电源为系统提供备用交流220V工作电源；变送器输入模块包括温度变送器和压力变送器，分别与MCUl相连，主要用于接收采样池的温度和压力变送器传送的0-5V电压信号；显示模块是一块分辨率为128X64的液晶显示器，直接与MCUl相连，用于将压力、温度和电磁阀的状态实时输出；PCF8563时钟模块是一块时钟芯片，直接与MCU2相连，用于对系统进行定时采样；按键模块包括8个按键，与MCU2相连，用于控制LED灯和继电器模块； 所述紫外光谱仪是测量光路的信号检测元件； 所述氘灯光源是测量光路的信号发生元件； 所述真空泵，是一个由DC12V电源驱动的微型化的泵吸装置； 所述待测SF6电气设备，是系统中待测样本气体的气源； 所述上位机数据处理与状态分析模块由一台上位机组成，其主要功能在包括读取下位机控制模块上传的数据即气体采样池内的温度/压力信息、读取紫外光谱仪上传的数据即样本气体光谱信息、对SO2紫外特征区域进行数据分析、进行SF6电气设备运行状态判断，必要时进行声光报警； (2)各部件连接关系 气体采样池一端的采样接口模块通过变送器接口空心螺栓与温度变送器连接，另一端的采样接口模块通过变送器接口空心螺栓与压力变送器连接； 下位机控制模块分别通过电线与采样气体进气电磁阀、真空泵、真空泵电磁阀、采样气体出气电磁阀、温度变送器、压力变送器连接； 采样气体出气止回阀进口与压力变送器连接，防止外部气体流进采样池干扰检测；三通的三个端口分别与采样气体出气电磁阀、真空泵电磁阀的进口、采样气体出气止回阀的出口连接；真空泵电磁阀的出口与真空泵的进口连接；紫外光谱仪通过光纤与第一光纤准直耦合透镜模块连接； 氘灯光源通过光纤与第二光纤准直耦合透镜模块连接； 待测SF6电气设备通过采样气体进气电磁阀与温度变送器连接； 上位机数据处理与状态分析模块通过USB线与紫外光谱仪连接，通过232信号线与下位机控制模块连接。2.如权利要求I所述紫外光谱在线监测SF6电气设备内SO2的系统运行方法，其特征在于， I)运行中各部件的作用 A.所述气体采样池为直通管道结构，既简化了结构又减小了容积，控制了样本气体的采样量； 压力变送器和温度变送器分别通过相同的螺纹结构与气体采样池直通管两端的变送器接口空心螺栓相耦合,实时采集气体采样池内气体的温度和压力信号；气体采样池两侧的光纤准直耦合透镜模块与光纤相连，以调节光纤中传输光信号的数值孔径； B.气体采样池的直通管的一端变送器接口空心螺栓和另一端变送器接口空心螺栓分别位于一端采样接口模块和另一端采样接口模块的气路接口处，不但起到固定温度变送器和压力变送器的作用，也是气体采样池与外界进行气体交换的门户；采样气体通过温度变送器、经一端的变送器接口空心螺栓进入一...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄云光，王先培，朱立平，赵宇，余志祥，董政呈，谭学园，刘陈瑶，
申请(专利权)人：广西电网公司电力科学研究院，武汉大学，
类型：发明
国别省市：