基于紫外吸收光谱与最小二乘法的SO2、H2S与CS2混合气体定量检测

SO_2、CS_2和H_2S作为绝缘气体SF_6的重要分解气体,它们的种类和含量对SF_6气体绝缘设备的诊断具有重要意义。文中提出了一种紫外吸收光谱法和最小二乘拟合联用的方法用于SF_6分解气体的3组分混合气体定量检测。在实验过程中,发现较高体积分数的SO_2和CS_2对较低体积分数H_2S的体积分数计算存在干扰并且干扰的程度大小与两种气体的体积分数呈正相关。因此,文中获得了干扰气体体积分数较高时H_2S体积分数计算的修正公式,可以实现3种气体的准确定量检测,SO_2和H_2S检测范围为1～10μL/L(part permillion),CS_2为30～300μg/m L(part per billion)。文中提供了一种简便高效的检测方法,方便集成于检测设备中,为SF_6绝缘设备在线监测提供了技术支撑。     

紫外吸收光谱法检测SF_6分解产物中的H_2S

H_2S作为SF_6的一种重要分解组分,其体积分数的检测可以为SF_6电气绝缘设备的绝缘状态评估提供重要依据。H_2S在波长为190~230 nm的紫外波段具有明显的吸收峰,为此,建立了H_2S紫外吸收光谱检测平台以实现对它的检测。但是,通过仪器直接获得的紫外吸收光谱易受到光谱散射和高频噪声干扰,从而造成检测灵敏度降低。因此,采用紫外差分算法和小波函数对原始吸收光谱进行体积分数反演,以获得光谱数据与气体体积分数之间的关系。研究结果表明:经光谱数据提取获得的频域信息与体积分数之间有很好的线性关系,其线性拟合优度(R2)高达0.999 9,体积分数检出限为0.590×10~(-6),将获得的反演表达式用于实际数据检测同样获得了很好的检测效果。该方法对H_2S的检测重复性好,灵敏度高,可以集成到便携式的检测设备中,适用于SF_6绝缘设备分解组分中痕量H_2S的在线监测,     

SF_(6)分解组分混合气体中CS_(2)的紫外光谱定量分析北大核心CSCD

基于SF_(6)分解组分检测法的气体绝缘电气设备在线监测及故障诊断技术具有很强的现场抗干扰能力及良好的应用前景。利用紫外光谱技术可以对SF_(6)分解组分中的CS_(2)进行有效检测,但是CS_(2)所处的紫外光谱吸收波段与SF_(6)分解组分中的H;S相重叠,可能存在一定的重叠干扰影响。因此,文中搭建了紫外光谱检测平台,通过配制微量CS_(2)与H;S混合气体模拟真实气体绝缘电气设备中分解组分,对SF_(6)分解组分混合气体中CS_(2)定量检测准确性的问题进行了研究。结果表明:混合气体中不同体积分数的H;S对CS_(2)的定量检测影响较小,在采用Meyer小波及傅里叶变换对光谱进行处理后,CS_(2)定量检测误差最大仅为1.4 ppb(1 ppb=1×10^(-9)),误差百分比不超过5%,说明了利用紫外光谱技术进行真实气体绝缘设备中CS_(2)定量检测的可靠性。     

SF_6分解物SO_2的紫外吸收波段分析

选择合适的光谱波段是采用光学法对气体进行准确定性定量分析的重要前提,现有研究常选用190~230 nm波段作为SO_2气体的紫外检测波段,对于SF_6气体绝缘设备,其多种分解组分在此波段均存在特征吸收,因此,有必要探求新的检测波段,以实现SO_2的精确测量。为此,文中搭建了SO_2紫外吸收光谱检测平台,反复测量了气体在190~400 nm波段的吸收光谱,并结合MPI紫外—可见光谱数据库给出的参考吸收谱图,对290~310 nm波段的吸收特性展开了分析,结果表明:SO_2的在290~310 nm波段具有良好的浓度反演特性,其线性拟合优度高达0.996,同样适于SF_6绝缘电气设备中痕量SO_2的在线检测。     

基于紫外差分吸收光谱的痕量SO_2气体定量检测

SO_2是表征SF6绝缘电气设备内部绝缘状态的标志性气体,其准确的定量对判断绝缘设备内部故障类型及严重程度具有重要的意义。为此,该文搭建了紫外差分吸收光谱痕量SO_2气体检测系统,获取了基于Sym14小波分层处理的SO_2紫外差分吸收光谱,并在190~230及290~310nm两个特征波段对其进行快速傅里叶变换,根据变换得到的特征峰值对SO_2的浓度进行反演,得到两个波段的浓度反演曲线,并进一步探究了其检测极限。结果表明:在两个波段范围内痕量SO_2的快速傅里叶变换特征峰值与其浓度之间均存在良好的线性关系,其中190nm波段相对290nm波段具有更低的检测极限,在信噪比为3时,其检测极限可达到132.4nL/L。该研究结果为紫外差分吸收光谱技术应用于SF6特征分解组分的在线监测及SF6绝缘电气设备的故障诊断奠定了基础。     

基于红外吸收光谱法检测SF_6分解气体的仿真与实验研究

为研究红外吸收光谱法在SF_6分解气体检测分析中的应用,通过仿真计算得到了SF_6特征分解气体的红外吸收特征光谱,并确定了3种目标检测气体(CO、SO2、H2S)的红外特征频谱;依据红外光谱检测原理,设计了基于FTIR的SF_6分解气体检测系统,使用该检测系统对实验样气进行测试实验。结果表明:基于FTIR的SF_6分解气体检测系统能够有效地对目标检测气体进行定性及定量分析,可应用于SF_6分解气体的在线监测。     

SF6放电分解机理及其在故障分析领域的研究进展

SF_6因其性能优异而广泛应用于电力工业,当电气设备出现放电故障或过热故障时,SF_6气体将不可避免地发生分解。研究SF_6分解机理,掌握SF_6分解特性,以期提高设备的运维水平。文中从SF_6分子解离、特征产物生成路径等方面,总结了SF_6气体放电分解机理的相关研究进展,鉴于定性检测方法的局限性,指出结合DFT、ReaxFF等研究方法可厘清SF_6的复杂分解过程;重点介绍了开展气体分解特性研究的基本测量与分析方法,包括:气相色谱质谱法、红外吸收光谱法及气敏传感器法等,其中气敏传感器因具备小型化、强响应等优势,是未来SF_6气体绝缘装备内置传感、在线监测的重要发展方向;介绍了SF_6分解特性研究由定性评判发展到定量分析的历程,总结了基于分解特性分析的气体绝缘设备故障诊断研究进展,其中以特征气体浓度比值法、产物分析与传统局放检测结合的方法最具代表性,但这些方法尚需完善,需要提出量化标准以在电力系统装备运维中推广应用。     

基于悬臂梁增强型光声光谱的SF_6特征分解组分H_2S定量检测

H_2S作为SF_6分解产生的关键特征组分,能够有效反映SF_6气体绝缘电气设备内部绝缘故障的严重程度及故障是否涉及固体绝缘材料。采用新型硅微悬臂梁传声器与分布反馈式半导体激光器搭建了悬臂梁增强型光声光谱痕量气体检测系统,以H_2S气体v1+v2+v3泛频吸收谱带中心波数为6 336.62 cm-1的吸收谱线作为研究对象,仿真研究了H_2S气体的红外吸收特性,试验研究了H_2S气体悬臂梁增强型光声光谱响应特性,采用最小二乘回归分析了H_2S气体光声信号与其体积分数的关系。结果表明,在气体吸收未饱和的情况下,光声信号强度与H_2S体积分数之间存在良好的线性关系,系统对N2中痕量H_2S的检测下限为0.84×10-6,对SF_6中痕量H_2S的检测下限为1.75×10-6。研究结果为采用SF_6分解组分法判断设备内部绝缘故障类型和严重程度提供了有力的数据支持。     

模拟SF_6环网柜气室局部放电分解特性研究

为了检测SF_6气体绝缘环网柜气室内部的局部放电故障,文中采用组分分析法研究SF_6局放放电的分解产物。通过针—板电极模拟SF_6气体绝缘环网柜气室金属突出物缺陷,实验研究了不同放电量的局部放电SF_6分解产物以及分解特性。通过施加4种电压等级来产生不同的放电强度,采集样气并用色谱质谱(GC/MS)检测分解组分。结果表明:在模拟气室中局部放电会使SF_6气体绝缘介质分解生成CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2等4种稳定组分。在相同放电强度下,这4种分解组分的体积分数随着时间不断增加,并呈现饱和的趋势;在相同放电时间内,4种分解组分体积分数随放电量增大而增加,并呈现不同的规律。根据以上研究建立了分解组分产气均方根速率与放电量之间的对应关系,即可根据SF_6气体分解特征组分的产气速率推断出气室中放电量的范围,为组分分析法应用于SF_6气体绝缘环网柜提供了依据。     

高压电气设备绝缘气体分解产物光学检测技术研究综述

SF₆及其替代气体分解组分的检测是评估高压电气设备绝缘状态的重要手段。以SF₆分解组分为例进行文献调研，总结了不同工况下SF₆及其替代气体特征分解组分的浓度分布，据此提出组分检测量程、检测下限等方面的建议；综述了基于光学的各类SF₆及其替代气体分解产物的检测手段，包括发射光谱法、直接吸收光谱法和间接吸收光谱法。相较于传统检测方法，基于光学原理的检测手段往往能兼顾检测速度、检测精度和灵敏度要求，检测下限通常低至体积分数10^-6量级，具备高压电气设备在线监测的潜力。目前看来，单一检测方法难以实现SF₆及其替代气体分解产物的全组分检测，未来可考虑按照不同检测场景和需求形成光学检测为主、非光学检测为辅的在线集成检测系统。     

国内文摘与专利

正基于SF_6分解产物融合判断的GIS绝缘劣化趋势划分/王先培;肖伟;胡明字;等/高电压技术,2016(6)为实现用SF_6气体分解产物来诊断和砰估气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)绝缘状态,必须寻找出恰当的特征参量,建立气体分解组分与GIS绝缘劣化的判断法则。为此构建了SF_6气体放电分解平台,做针-板缺陷下长期持续性放电分解实验以模拟GIS绝缘劣化全过程。选取SO_2F_2、SOF_2、SO_2、     

气压对SF_6局部过热分解的影响特性

为获取气压对SF_6局部过热分解的影响特性,通过实验研究了故障温度为400℃、气压为0.2~0.5 MPa的SF_6局部过热分解特性,并结合粒子反应碰撞理论分析了气体压强对SF_6分解特征组分生成过程的影响作用机制及影响规律。研究结果表明:随着气压的增加,单位体积内的各种分子的有效碰撞频次增加,进而提高了生成CO_2、SO_2F_2、SOF_2、H_2S和SO_2的化学反应的速率,使得各特征分解组分的摩尔浓度均随着气压的升高而增长;气压的升高对不同分解组分有不同程度的促进作用,其中对SO_2F_2生成的促进作用最为显著;气压对特征组分的有效产气速率的影响规律明显,同时,SO_2F_2/SOF_2和SO_2F_2/(SO_2+SOF_2)两组有效特征组分比值均与气压呈正线性相关。以上研究结果可为将来采用SF_6气体组分分析法(DCA)对SF_6气体绝缘装备进行绝缘状态监测提供支撑。     

高压SF_6开关设备气体分解物浓度在线监测装置研制

高压SF_6断路器气体分解产物体积分数是SF_6断路器内部放电模式和放电能量的重要判据。为了通过SF_6气体分解产物实现SF_6断路器的运行状态在线监测,文中研制了一种基于碳纳米材料的电离式碳纳米管传感器和一套用于检测传感器输出微电流的检测装置。笔者以SF_6气体重要的分解产物之一SOF_2作为被测气体进行实验测试,结果表明,电离式碳纳米管传感器输出电流与SOF_2气体体积分数成单值关系,其电流大小能够反映出SOF_2气体体积分数;文中开发的微电流检测装置能够完成传感器输出的纳安级微弱电流的检测,具有较高的检测精度。该检测装置可用于实时监测SF_6气体分解生成的SOF_2气体体积分数,为研究SF_6断路器内部放电和实现SF_6气体分解物在线监测提供了可能。     

一种用于SF6分解气体检测的光纤增强拉曼光谱检测装置

SF₆分解气体(SO₂F₂、SO₂、CF₄、COS、CO₂和CO)含量是反映气体绝缘设备故障及老化状态的重要特征量,开展多组分特征气体低检出限、高准确检测方法研究对于气体绝缘设备安全可靠运行具有重大的意义。研究了一种基于光纤增强拉曼光谱气体传感平台,通过增加拉曼光的收集效率实现拉曼信号的增强。在0.5 MPa气体压强、0.3 m光纤和60 s积分时间下,SO₂F₂、SO₂、CF₄、COS、CO₂和CO的最小检测极限分别为9.5μL/L、2.9μL/L、4.9μL/L、8.5μL/L、3.6μL/L和13.9μL/L,实现了SF₆分解气体的拉曼光谱低检出限检测,在设备的在线监测领域具有极大的应用潜力。     

基于分解组分分析的SF_6设备绝缘故障诊断方法与技术的研究现状

随着全封闭式组合电器(GIS)设备在各电压等级中日益广泛应用,一旦发生绝缘故障将严重危及电力系统的安全运行,对GIS设备进行绝缘状态监测与故障诊断是降低其故障率和运维费用的有效手段之一。针对目前国内外研究热点,基于分解组分分析(DCA)的SF_6设备绝缘故障诊断方法与技术进行综述,以推动该领域的理论与技术进步。首先,在分析国内外气体绝缘装备故障统计的基础上,介绍常见的绝缘故障及其诱因;其次从引发SF_6气体分解过程及机制出发,分析基于SF_6分解组分的故障诊断原理,重点评述SF_6故障分解特征产物,并对以分解组分比值为特征量的故障诊断研究进展情况进行小结;最后结合当前研究现状和尚需解决的难点问题,指出基于分解组分分析的SF_6设备绝缘故障诊断方法与技术的研究要点及发展趋势。     

基于光声光谱法的SF_6气体分解组分在线监测技术

为研究基于光声光谱法的分解组分在线监测技术,设计了在线监测的拓扑结构,提出了自循环监测气路设计,构建了气体光声检测单元,实现了分解组分SO2、CO及CF4含量和增长速率的连续监测,可及时发现SF6电气设备内部早期绝缘缺陷。基于光声光谱理论进行仿真研究,设计了一维纵向共振式光声池,获得了制作光声池的最优参数。选定了气体组分的最优吸收峰,测定不同体积分数标准气体的光声信号幅值,发现体积分数和光声信号幅值线性关系良好。测定了相同试验条件下的噪声水平,得到了SO2、CO和CF4气体的最低检测限,体积分数分别为1.94×10-6、6.28×10-6和7.17×10-6。根据研究结果制作了一台GIS气体组分光声光谱在线监测装置,已成功应用,实现了基于光声光谱法的GIS内多组分的无干扰在线监测,为基于SF6气体特征分解组分的设备内绝缘故障诊断奠定了基础。     

利用SF_6分解产物及气相色谱分析断路器故障

目前SF_6气体分解物检测在电气设备故障分析中应用比较广泛,而由于新气中含有一定量的CF4含量,所以分析重点一般集中于H_2S、SO_2、HF、SO_2F_2等几种特征气体组分含量。本文将SF_6分解物测试与气相色谱分析相结合的方法应用于一起110kV SF_6气体断路器的故障诊断,结果表明除了对SF_6气体中SO_2、H_2S及HF等特征气体测试外,增加对CF_4含量组分的分析,可判断SF_6断路器内部固体绝缘情况,可确诊传统电气手段、单一分析分解产物不能发现的设备缺陷,确保设备安全运行。     

基于SF6气体分解产物检测的气体绝缘开关设备状态监测

分析了SF6气体分解产物检测方法,开展了气体绝缘开关设备(GIS)设备分解产物带电检测,对检测结果进行了统计分析,得到了不同类型设备中的分解产物特性。统计分析结果表明,正常运行设备均未检测到SO2和H2S组分,50%以上的设备检测到CO组分但含量不超过20μL/L,互感器检测到CO组分概率稍高且含量较大。对检测到SO2组分的设备气室进行了跟踪检测,结合设备运行工况,对设备状态进行了综合判断,通过解体检查验证了SF6气体分解产物检测措施及状态监测结果的有效性。     

SF_6混合绝缘气体电气设备中气体泄漏检测技术研究

《京都议定书》将SF_6气体列为限制排放的6种温室效应之一。为减少SF_6气体的使用量,采用SF_6/N_2和SF_6/CF_4混合绝缘气体作为SF_6替代气体是现实可行的,国内外已在部分设备中投入使用。目前,国内外关于SF_6混合绝缘气体电气设备泄漏检测技术的研究较少,现有SF_6检测技术能否直接应用于混合绝缘气体的检测是目前亟须解决的问题。文中以SF_6/N_2和SF_6/CF_4两种混合绝缘气体为试验对象,模拟不同混合比的混合绝缘气体在不同距离和风力等条件下的泄漏情况,利用红外成像仪等仪器进行检测,得出了仪器的检出限值,并提出检测的的最佳条件,证明SF_6泄漏检测技术可以应用于混合绝缘气体的现场检测,对于SF_6混合绝缘气体泄漏现场检测具有一定的指导意义。     

基于主成分回归分析的SF6分解组分红外光谱定量

SF6气体分解组分的定量分析对于气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备的在线监测与故障诊断具有重要的意义。基于朗伯比尔定律进行气体红外定量分析时存在吸收系数的难确定性和多组分检测的繁琐性问题,为解决此问题,采用了主成分回归分析的红外定量算法,并选取SO2F2、SOF2、SO23种分解组分及其特征吸收峰作为研究对象。该算法分别以光谱数据与气体体积分数作为输入和输出,建立了吸收光谱图与浓度信息的直接对应关系。试验配制了3种特征组分的含量样本,由训练样本获得光谱数据并依据算法建立了红外定量预测模型。通过比较主成分回归分析算法和拟合法的红外定量效果,表明了回归算法模型定量精度高于拟合法。检验样本和实测数据的预测结果都表明,该算法和预测模型具有很好的适用价值。