基于紫外差分吸收光谱法的SF_6分解组分CS_2定量检测

SF_6作为电气绝缘设备中最常用的绝缘气体,对它的分解组分的检测与研究是相关设备故障诊断和在线监测的重要内容。CS_2作为一种常见的固体绝缘缺陷下的SF_6特征分解产物,在紫外190~210nm波段具有很强的吸收特性。基于紫外差分吸收光谱技术,搭建针对CS_2的紫外光谱检测平台。首先通过实验获得不同浓度CS_2的紫外吸收光谱,再利用基线扣除、小波处理等手段提取吸收光谱中的有效信号,消除了光谱中的高低频噪声,通过快速傅里叶变换(FFT)将光谱信息转换到频域,建立气体浓度与光谱频域特征值之间的线性关系。研究表明,该方法对CS_2检测重复性好,在10~200nL/L范围内的线性拟合度高(R_2=0.999 6),检出下限为2.584nL/L/m,为SF6绝缘设备分解组分中痕量CS_2的在线监测提供了技术支持。     

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,     

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。     

基于CRDS的SF_6电气设备分解产物检测技术

针对现有SF_6分解产物检测方法如检测管法、气相色谱法、质谱法以及电化学法等存在信号交叉干扰、精度不高、难以实现在线监测的缺点,提出了基于光腔衰荡光谱(cavity ring-down spectroscopy,CRDS)的SF_6电气设备分解产物检测技术。通过给出SF_6电气设备内部故障时SF_6分解产物的产生机理,分析了SF_6绝缘电气设备特征分解产物,结合CRDS技术原理,进行了特征分解产物的吸收谱线研究,选择了SF_6特征分解产物吸收谱线。此外,采用模块化设计方法,设计了基于CRDS技术的SF_6电气设备分解产物在线监测系统,分析了系统设计中的关键技术,包括光腔匹配技术和抗干扰技术,以提高检测精确度和可靠性。     

开断电弧下混合绝缘气体(SF_6+CF_4)分解特性试验研究

在高纬度低温地区,由于SF_6气体出现液化,可能导致SF_6开关设备发生绝缘击穿或开断失败等事故,由此该类地区大多采用混合气体(SF_6+CF_4)开关设备。气体分解产物检测是目前设备故障定位和缺陷诊断的重要手段。为此试验以40.5 k V混合气体断路器为试品,开展混合气体(SF_6+CF_4)不同燃弧能量下的气体分解产物试验,通过与纯SF_6气体的比较分析,探讨混合气体(SF_6+CF_4)的分解特性。研究表明:开断电弧下,SF_6+CF_4混合气体的主要分解产物为CO、CO_2、SO_2、SOF_2;分解产物各组分含量均随着燃弧能量的增加而增加;在相同的燃弧能量下,SF_6+CF_4混合气体比纯SF_6气体产生更多的碳氧化合物(CO+CO_2),而硫化物(SOF_2+SO_2)的生产量较少。     

融合格拉姆角场的深度特征学习在痕量气体浓度识别中的应用研究

针对气体绝缘金属封闭式组合电器(gas insulated switchgear, GIS)设备中痕量气体紫外分析光谱信号易出现吸收峰重叠的问题,提出了一种结合格拉姆角场(Gram’s angle field, GAF)和VGG16改进模型的多组分痕量气体的定量检测方法。首先利用GAF将一维紫外光谱信号转换为时序图像,将光谱信号映射为具有丰富特征信息的图像形式,从而提升原始光谱信号的特征表达能力。其次将GAF特征图输入到VGG16改进模型中,实现痕量气体浓度的特征识别。最后通过不同浓度下采集到的CS2、SO2和H2S的单组分气体和混合气体,与卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)、VGG16和SDP＿VGG16等模型进行对比实验,并结合受试者工作特征曲线下面积(area under the curve, AUC)进行验证。结果表明,该方法可以有效地检测出SF6分解所产生的CS2、SO2和H2S痕量气体,是一种行之有效的特征提取方法。     

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。     

电气设备中SF_6混合气体混气比检测技术的研究

SF_6混合绝缘气体被认为是短期内最具发展前景的SF_6替代介质。开展电气设备中SF_6混合绝缘气体混气比检测技术研究,对SF_6混合绝缘气体电气设备开展状态评价工作具有重要作用。文中提出了基于微流量热导传感器原理的混气比检测技术,研制了混气比检测装置,可检测SF_6/CF_4、SF_6/N_2、SF_6/Air、SF_6/CO_2标准混合气体,检测值与标准值偏差均在1.5%以内;而且该检测装置可运用于现场混合气体电气设备中的混气比例检测,耗气量小,方便快速,大量试验数据验证了检测结果的准确性及现场检测的可行性。     

SF_6与N_2混合气体特征分解产物COF_2/N_2O的红外吸收特性

目前SF_6/N_2混合气体作为SF_6气体的替代气体已应用于许多电力设备中,而检测这些电气设备发生故障后生成的COF_2、N_2O等新分解气体有助于开展电气设备的故障诊断。为研究基于红外吸收特性的SF_6/N_2混合气体典型分解气体的检测技术,利用HITRAN数据库给出的吸收谱线强度、线型函数等参数,对典型组分COF_2、N_2O的红外吸收特性进行研究;得到了COF_2在波数400～2 000 cm~(-1)和N_2O在波数400～8 000 cm~(-1)范围内的红外吸收谱段、最强吸收处的中心波长、吸收系数峰值;并分析了压强和温度对COF_2、N_2O的强吸收谱的影响。结果表明:这2种分解气体在红外热辐射光源有效谱段1.2～10μm内具有较强吸收,可以用基于红外热辐射光源的光声光谱装置进行检测;且气体吸收谱线的吸收系数随压强的增大而增大,但不同气体增大程度不同;随温度的升高气体主要吸收谱段的峰值吸收系数减小,但也有部分吸收谱段交叠处的峰值吸收系数增大;COF_2、N_2O在运行条件(505 kPa,温度313 K)下的红外吸收系数大于标准条件(101 kPa,温度296 K)下,运行条件更利于气体检测。     

基于第一性原理的SnO2(101)表面对SF6分解气体气敏性能研究

通过检测SF_6典型分解气体可以诊断出SF_6气体绝缘设备早期绝缘故障。二氧化锡(SnO_2)是应用广泛的气敏材料,文中采用第一性原理计算并分析了SF_6分解气体在SnO_2(101)表面的吸附情况,研究SnO_2(101)表面对SF_6分解气体的气敏性能。通过理论计算,获得了H_2S、SF_6、SO_2、SOF_2和SO_2F_2气体分子在SnO_2(101)表面吸附的吸附能、吸附构型、电荷转移、差分电荷密度、态密度、势能图与功函数等表征吸附特性的参量。分析计算结果发现,SnO_2(101)对H_2S和SO_2有很好的选择性和敏感性,有望成为检测SF_6分解气体的传感器材料。     

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。     

环氧树脂在SF_6/N_2混合气体下的热分解

为得到环氧树脂在SF_6/N_2混合气体下的热分解机理以及主要失重区间的特征分解组分判断标准,采用同步热分析仪与气相色谱质谱仪联用的方法研究了环氧树脂在SF_6/N_2气氛下的热分解特性,检测了特征分解组分体积分数,并得到了其随温度变化规律,提出了判断环氧树脂表面发生局部过热性故障的方法。TG曲线表明:环氧树脂的主要失重区间并不受实验气体种类的影响,分解区间为330～470℃。DSC曲线表明:环氧树脂在SF_6/N_2氛围下的分解是一个复杂的化学过程;随着混合气体中N_2比例的增加,体系的热稳定性下降,SF_6的分解加剧。选择CO_2、SO_2、H_2S、SOF_2、CF_4作为特征组分进行检测。环氧树脂存在条件下,不同SF_6比例混合气体的特征组分产气速率和起始体积分数不同,产气温度相同。选择H_2S、CF_4作为判断环氧树脂表面POF温度的特征组分并建立了数学模型。     

低温SF_(6)/CF_(4)混气中绝缘子闪络电压的概率分布北大核心CSCD

SF_(6)/CF_(4)混合气体主要应用于低温环境下的气体绝缘电气设备中,气固交界面是设备的绝缘薄弱环节,有必要研究低温环境下SF_(6)/CF_(4)混合气体中的绝缘子沿面闪络特性。文中首先分析了SF_(6)/CF_(4)混合气体的基本绝缘和液化特性,据此选择0.7 MPa 50%SF_(6)/50%CF_(4)混合气体进行-50~20℃温度范围内的圆柱形绝缘子沿面闪络试验,同时开展了0.5 MPa SF_(6)气体在-35~20℃温度范围内的对照试验。其次采用威布尔分布分析了沿面闪络电压的概率分布特性。发现SF_(6)/CF_(4)混合气体中的绝缘子沿面闪络电压服从威布尔分布,利用威布尔分布可反映不同累积概率下的闪络电压及其分散性,其特征闪络电压随温度降低呈先下降再上升最后再下降的变化趋势。建议0.7 MPa 50%SF_(6)/50%CF_(4)混合气体的最低使用温度不低于-40℃,该值低于0.5 MPa SF_(6)气体的最低使用温度建议值-35℃,研究结果对SF_(6)/CF_(4)混合气体在低温下的应用具有参考意义。     

C4F7N/N2混合气体放电分解体系研究

SF_6具有良好的绝缘特性和灭弧性能,已广泛应用于电力等行业,但由于它的温室效应严重,使得对其替代气体的研究已成为本领域近年来的研究热点。全氟异丁腈(C_4F_7N)及其混合气体凭借出色的绝缘性能和较低的温室效应潜在值得到了国内外学者的广泛关注。目前对于C_4F_7N及其混合气体在放电条件下的分解特性研究较少,而其绝缘气体的分解特性及分解组分研究对于电气设备绝缘劣化机理和状态评估至关重要。因此,文中综合考虑绝缘强度和液化温度等因素,将C_4F_7N/N_2混合气体作为研究对象,利用密度泛函理论深入研究了C_4F_7N/N_2混合气体主要分解路径,并结合过渡态理论,计算了主要分解反应的速率常数,研究结果有望为进一步的C_4F_7N气体绝缘电气设备绝缘状态评价和研究奠定理论基础。     

H2S及CO的近红外波段光声光谱检测技术

SF6常用于电力设备内部充当绝缘介质,在SF6绝缘设备内部出现过热或局部放电时,进一步反应后还会出现SO2、SOF2、SO2F2、H2S、CO等分解产物.本研究基于光声光谱检测技术对H2S、CO进行定量测量,从理论出发对影响光声信号的因素进行探讨,搭建光声光谱试验平台,根据气体的光声效应对气体进行光声光谱检测.通过选择合适的气体吸收谱线作为特征谱线进行检测,避免其他组分气体存在潜在的交叉干扰.根据HITRAN仿真结果,选定的H2S气体特征谱线为6 336.6 cm-1,CO气体特征谱线为6 380.3 cm-1.结果 表明:所测气体CO、H2S的气体浓度与净光声信号幅值之间的线性度非常高,即通过测量气体光声信号值可精确反演计算出气体浓度.在SF6作为背景气体情况下,CO检测下限为9.88×10-6,H2S检测下限为1.75×10-6.     

SF6气体绝缘电气设备故障分解物检测的多组分交叉干扰及校正算法综述

SF6气体绝缘电气设备目前已被广泛地应用于电力行业中,因此通过检测SF6气体衍生物的成分和含量来对气体绝缘电气设备进行状态检测成为了一个重要的技术手段.基于光学方法的气体检测技术是目前最有效的检测技术之一,但受气体本身的光谱性质所限,在检测光学波段内往往会出现混合气体中各组分吸收峰重叠的现象,即交叉干扰,导致各组分的体...     

基于第一性原理的金掺杂石墨烯对SF_6分解组分的气敏分析

六氟化硫(SF_6)分解组分检测是诊断气体绝缘设备早期潜伏性绝缘故障的最佳方式之一,通过发现早期潜伏性故障可以有效避免突发性事故的发生。功能化石墨烯作为气敏材料在传感器方面展现了良好的应用前景。因此,该文基于第一性原理计算分析了功能化石墨烯基材料即Au原子掺杂石墨烯对SF_6分解组分SO_2F_2、SOF_2、SO_2和H2S的气敏响应特性。理论计算了分解组分的分子吸附能,净电荷转移量,电子态密度,Mulliken电荷布居数,自旋磁矩,最高已占轨道,最低未占轨道等一系列表征气敏响应特性参量。结果表明:SO_2F_2、SOF_2和H2S三种特征气体在Au掺杂石墨烯(金掺杂石墨烯)表面的吸附为较强烈的化学吸附效应,作用强度SO_2F_2H2SSOF_2,而SO_2在Au掺杂石墨烯表面的吸附作用介于物理吸附效应与化学吸附的临界状态。金掺杂石墨烯对SO_2F_2表现出良好的选择性和较高的灵敏性。仿真所得Au掺杂石墨烯对SF_6分解组分气敏响应特性结果,对实验探究用于SF_6绝缘设备的Au掺杂石墨烯气敏传感器具有重要指导作用。     

不同背景气体对SF6分解产物检测结果影响的研究

为了探索混合气体中SF_6分解产物的检测技术,了解不同背景气体对SF_6分解产物检测结果的影响,文中对比研究了CF_4/SF_6、N_2/SF_6等不同混合气体与纯SF_6为背景气体条件下,SO_2、H_2S、CO等SF_6分解产物检测结果的差异,研究表明,不同背景气体对SF_6分解产物的检测结果影响不同,文中通过分析拟合得出了CF_4/SF_6、N_2/SF_6混合气体对SF_6分解产物的检测结果的影响系数,并建立了几种CF_4/SF_6、N_2/SF_6混合气体为背景气体与纯SF_6为背景气体条件下SF_6分解产物转换的数学模型。     

SF6/N2混合气体在电弧作用下分解产物试验研究

SF_6/N_2混合气体具有良好的绝缘性能和一定的开合电流能力并且可以降低对局部电场畸变的敏感程度、解决SF_6气体的液化问题,可以大大减少SF_6气体的使用量和排放量,减小对环境的温室效应影响,对加强节能减排和实现低碳发展具有重要意义。近年来,国家电网公司为响应国家节能减排号召,组织开展了SF_6/N_2混合气体用于GIS母线、隔离和接地开关的工作,研究确定了SF_6/N_2混合气体GIS母线、隔离和接地开关采用统一的30%混合比(SF_6:N_2=30%:70%),多个厂家的产品通过了型式试验和新产品技术鉴定,并在变电站开展了工程试用。为了研究基于气体分解物检测的GIS设备运维方法,文中基于一台密封间隙模拟GIS设备故障电弧,开展SF_6/N_2混合气体在电弧作用下分解产物试验,研究分解产物的特征组分及其变化趋势。并与SF_6气体在相同条件下分解产物比较分析,提出SF_6/N_2混合气体GIS设备运维与SF_6设备的差异。对SF_6/N_2混合气体GIS隔离和接地开关在开合电流型式试验后的分解产物进行了检测分析,以此判断GIS隔离和接地开关在正常开合电流过程产生的分解产物情况。