基于紫外熒光檢測SF₆電氣設(shè)備內(nèi)SO₂的裝置及方法
【專利摘要】一種基于紫外熒光檢測SF6電氣設(shè)備內(nèi)SO2的裝置及方法，裝置包括感應(yīng)調(diào)壓器、無電暈實驗變壓器、無局部放電保護(hù)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器、無感電阻、GIS模擬元件、數(shù)字存儲示波器，設(shè)置紫外熒光系統(tǒng)，所述紫外熒光系統(tǒng)，包括熒光激發(fā)組件、熒光捕集組件、氣路組件；檢測時先進(jìn)行系統(tǒng)性能參數(shù)測量，然后進(jìn)行檢測六氟化硫氣體放電微量組分的濃度。本發(fā)明可以長時間實時、在線、連續(xù)監(jiān)測，綜合性強(qiáng)，可廣泛用于SF6氣體絕緣電氣設(shè)備，特別是GIS設(shè)備中局放下六氟化硫分解組分的檢測，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SF6狀態(tài)檢測的理論分析和應(yīng)用研究提供了一種簡便可靠的方法。
【專利說明】
基于紫外焚光檢測SF6電氣)設(shè)備內(nèi)S〇2的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于氣體絕緣電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于 紫外熒光技術(shù)檢測SF6電氣設(shè)備內(nèi)so2的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣體絕緣組合電器（簡稱GIS)具有占地面積小、運行安全可靠、維護(hù)工作量少、檢 修周期長等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，GIS內(nèi)部不可避免的絕緣缺陷會逐 步擴(kuò)展并導(dǎo)致故障發(fā)生，最常見的電氣故障特征是在絕緣完全擊穿或閃絡(luò)前發(fā)生局部放電 (簡稱ro)。研究表明，ro會引起絕緣氣體sf 6發(fā)生分解，并與雜質(zhì)中的〇2、h2o以及有機(jī)物發(fā)生 復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成如30?2、3(^2、30?4、3〇2、0?4、0)2、冊、1123等產(chǎn)物，這些生成物會進(jìn)一步 加劇絕緣缺陷的劣化，從而使設(shè)備的整體絕緣性能降低，危及設(shè)備的安全運行。因此，十分 有必要對sf 6氣體絕緣電氣設(shè)備的早期絕緣狀況進(jìn)行有效的評估和預(yù)警。so2作為sf6氣體ro 下的特征衍生物，是設(shè)備在正常工作情況下不應(yīng)存在的組分，因此，so 2的產(chǎn)生可在一定程 度上表征設(shè)備內(nèi)部絕緣性能的下降。
[0003] 本發(fā)明針對SF6電氣設(shè)備中故障氣體的紫外熒光效應(yīng)，設(shè)計了一種基于紫外熒光 技術(shù)檢測SF6電氣設(shè)備內(nèi)S0 2的裝置，其檢測限度可達(dá)到ppb級別，對于保證GIS的安全可靠運 行，實現(xiàn)對GIS絕緣缺陷引起突發(fā)性故障的早期診斷和預(yù)測有著十分重要的意義。
[0004] 現(xiàn)有的GIS PD放電分解組分的檢測裝置和方法，如公開號為CN101644670A的"六 氟化硫氣體放電微量組分的紅外檢測裝置及方法"專利，公開的裝置主要包括感應(yīng)調(diào)壓器、 無電暈實驗變壓器、無局放放電保護(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)字存儲示波器等，公開的方法是利用其發(fā)明裝置 對ro下sf 6分解組分進(jìn)行紅外光譜檢測。該專利的主要缺點是：
[0005] (1)紅外光譜檢測是通過對比入射的紅外光和經(jīng)過氣體吸收后的出射紅外光的光 強(qiáng)變化來檢測氣體濃度的，由于ro下SF6分解組分濃度較小，一般為0.0 lyL/L-lOyL/L量級， 所以入射的紅外光和經(jīng)過分解氣體吸收后的出射紅外光的光強(qiáng)變化較小，再加上目前檢測 紅外光強(qiáng)所用的紅外檢測器靈敏度低，從而導(dǎo)致紅外光譜檢測靈敏度較低，即使采用該公 開專利所述的長氣體池，靈敏度也只有yL/L級別。
[0006] (2)由于紅外光譜檢測靈敏度較低，要達(dá)到一定的檢測靈敏度，就必須選擇PD下 sf6分解組分的較強(qiáng)吸收峰作為特征吸收峰，由于ro下sf6分解組分較為復(fù)雜，各組分的紅外 吸收峰存在交叉重疊，檢測時會造成交叉干擾，致使紅外光譜檢測精度大大降低。
[0007] (3)該專利中所使用的氣體池為長光程氣體池，外形為〇 104mm*500mm的圓柱體， 氣體池體積較大(約為4.25L)，每次測量需大量樣氣，增加了測量的成本和難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于解決目前國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)計原理在該領(lǐng)域的缺陷和不足，根 據(jù)現(xiàn)代分析化學(xué)和儀器分析的最新發(fā)展成果提出一種基于紫外熒光技術(shù)檢測SF 6電氣設(shè)備 內(nèi)s〇2的裝置及方法;具有靈敏度高、精度高、穩(wěn)定性好、消耗樣氣少、無需任何化學(xué)試劑，可 以長時間連續(xù)實時在線監(jiān)測等特點。
[0009]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：
[0010] 一種基于紫外熒光檢測sf6電氣設(shè)備內(nèi)s〇2的裝置，包括感應(yīng)調(diào)壓器、無電暈實驗變 壓器、無局部放電保護(hù)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器、無感電阻、GIS模擬元件、數(shù)字存儲示波器，設(shè) 置紫外熒光系統(tǒng)，所述紫外熒光系統(tǒng)，包括熒光激發(fā)組件、熒光捕集組件、氣路組件；
[0011]所述的熒光激發(fā)組件包括紫外光源9、激發(fā)光濾光片10、石英透鏡11、熒光氣室12、 消光錐13、光電管14和溫度控制器15,紫外光源9發(fā)出的激發(fā)光依次經(jīng)過激發(fā)光濾光片10和 石英透鏡11的聚焦后，進(jìn)入熒光氣室12,所述的熒光氣室12尾部設(shè)有消光錐13、光電管14， 頂部設(shè)有溫度控制器15;所述的熒光氣室12為單光程氣室，進(jìn)入熒光氣室12的激發(fā)光束采 用偏心結(jié)構(gòu)，使紫外光源9、激發(fā)光濾光片10和石英透鏡11的中心在同一條水平線上，而這 條水平線偏離氣室的軸線更靠近熒光捕集室16;光電管14與入射光線的中心在同一直線 上；
[0012]所述的熒光捕集組件包括熒光捕集室16、聚焦鏡17、熒光濾光片18、光電倍增管19 和單光子計數(shù)系統(tǒng)20,在熒光氣室12的前側(cè)設(shè)有圓柱形的熒光捕集室16,所述的熒光捕集 室16內(nèi)部依次安裝有聚焦鏡17、熒光濾光片18、光電倍增管19和單光子計數(shù)系統(tǒng)20,光電倍 增管19與外部的單光子計數(shù)系統(tǒng)20相連；
[0013] 所述的氣路組件包括進(jìn)氣口 21、進(jìn)氣閥22、流量計23、出氣口 24、出氣閥25、抽氣栗 26構(gòu)成，在熒光氣室12的頂部設(shè)有進(jìn)氣口 21和出氣口 24,所述進(jìn)氣口 21通過進(jìn)氣閥22,一側(cè) 連接被測氣體，另一側(cè)連接流量計23,所述出氣口 24通過出氣閥25連接抽氣栗26。
[0014] 一種基于上述紫外熒光檢測SF6電氣設(shè)備內(nèi)s〇2的裝置實現(xiàn)的檢測SF 6電氣設(shè)備內(nèi) s〇2的方法，先進(jìn)行系統(tǒng)性能參數(shù)測量，然后進(jìn)行檢測SF6氣體放電微量組分的濃度，
[0015] 所述系統(tǒng)性能參數(shù)測量實現(xiàn)如下：
[0016] (1)光電倍增管19的暗計數(shù)測量，在室溫和光電倍增管19的溫度恒定、室內(nèi)濕度恒 定的情況下，不開燈、不通氣，測得光電倍增管19的暗計數(shù)Nd;
[0017] (2)在光電倍增管19的暗計數(shù)趨于穩(wěn)定之后，打開氘燈，待氘燈穩(wěn)定之后，進(jìn)行下 一步操作；
[0018] (3)進(jìn)行裝置的本底測量，包括在激發(fā)光源穩(wěn)定的情況下，通入零氣，測得有光本 底計數(shù)N b;
[0019] (4)測量響應(yīng)因子A，包括用配氣裝置將所要測量的氣體配成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣 體，分別通過進(jìn)氣口 21和進(jìn)氣閥門22充入熒光氣室12;采用光子計數(shù)系統(tǒng)20進(jìn)行單光子計 數(shù)，得到不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體下光電倍增管19測得的平均總信號，扣除本底計數(shù)之后，得到凈 信號N ph，凈信號值與對應(yīng)的氣體濃度的比值，即為響應(yīng)因子入；
[0020] (5)計算裝置最低檢測限，由信噪比公式
獲取累計時 間T內(nèi)系統(tǒng)的探測極限，其中良征信噪比，Nph為凈信號，Nb為有光本底計數(shù)，Nd為暗計數(shù)， T為累計時間；
[0021 ]所述檢測SF6氣體放電微量組分的濃度實現(xiàn)如下：
[0022]先打開紫外光源9進(jìn)行預(yù)熱，接著通過出氣口 24、出氣閥門25以及抽氣栗26將熒光 氣室12抽成真空，隨后通過進(jìn)氣口 21、進(jìn)氣閥門22充入待測的GIS模擬元件中的SF6分解組 分，并記下此時所對應(yīng)的光電倍增管19的熒光脈沖計數(shù)5 1，最后將光電倍增管19測得的光 脈沖計數(shù)31通過公+入進(jìn)行計算，得出準(zhǔn)確的S02濃度值G，其中，A為響應(yīng)因子， 熒光脈沖計數(shù)。
[0023]本發(fā)明的特點與有益效果是：
[0024] (1)本發(fā)明裝置的靈敏度高，能有效檢測出低至ppb級別的S02氣體組分，能夠?qū)D 下SF6特征分解組分進(jìn)行定性和定量分析。
[0025] (2)現(xiàn)有的PD下SF6分解組分紅外光譜檢測方法，因靈敏度低，必須選用較強(qiáng)的紅 外吸收峰作為檢測用的吸收峰，存在吸收峰交叉干擾的問題，而本發(fā)明裝置采用紫外熒光 法，選擇性強(qiáng)，有效的避免了吸收峰的交叉干擾問題，提高了裝置的檢測精度。
[0026] (3)本發(fā)明裝置每次檢測僅需樣氣0.36L(熒光氣室12的內(nèi)腔體積），遠(yuǎn)小于現(xiàn)有的 下SF 6分解組分紅外光譜檢測方法的4.25L，節(jié)約了用氣，減小了采氣和檢測難度，節(jié)省大 量人力物力成本。
[0027] 本發(fā)明可以長時間實時、在線、連續(xù)監(jiān)測，綜合性強(qiáng)，可廣泛用于SF6氣體絕緣電氣 設(shè)備，特別是GIS設(shè)備中ro下SF 6分解組分的檢測，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SF6狀態(tài)檢測的理論分析和應(yīng)用研究提供了一種簡便可靠的方法。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明實施例裝置的原理接線圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明實施例裝置中紫外熒光系統(tǒng)的原理示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明實施例裝置中單光子技術(shù)系統(tǒng)的原理圖；
[0031 ]圖中：1感應(yīng)調(diào)壓器;2無電暈實驗變壓器;3無局部放電保護(hù)電阻;4標(biāo)準(zhǔn)電容分壓 器;5無感電阻;6GIS模擬元件;7紫外熒光系統(tǒng);8寬頻高速超大容量數(shù)字存儲示波器;9紫外 光源；10激發(fā)濾光片；11石英透鏡；12熒光氣室；13消光錐;14溫度控制器;16熒光捕集室；17 聚焦鏡；18熒光濾光片；19光電倍增管;20單光子計數(shù)系統(tǒng);21進(jìn)氣口； 22進(jìn)氣閥；23流量計； 24出氣口； 25出氣閥；26抽氣栗;27放大器;28甄別器;29計數(shù)器。
【具體實施方式】
[0032] 下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0033] 本發(fā)明首創(chuàng)提出在氣體絕緣電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)檢測領(lǐng)域使用紫外熒光的方式， 機(jī)理為:在紫外光照射下，S02氣體分子會吸收紫外光跳躍至激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的分子很 不穩(wěn)定，又會回到基態(tài)，并放射出熒光，激發(fā)出的熒光強(qiáng)度與S0 2氣體的濃度成正比，使用光 電倍增管檢測熒光脈沖信號，并通過單光子計數(shù)系統(tǒng)對脈沖進(jìn)行計數(shù)，根據(jù)熒光脈沖數(shù)即 可確定SF 6分解組分S02的濃度。
[0034] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種基于紫外焚光技術(shù)檢測SF6電氣設(shè)備內(nèi)S〇2的 裝置，主要包括感應(yīng)調(diào)壓器1、無電暈實驗變壓器2、無局部放電保護(hù)電阻3、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器 4、無感電阻5、GIS模擬元件6、寬頻高速超大容量數(shù)字存儲示波器8、紫外熒光系統(tǒng)7等。所述 紫外熒光系統(tǒng)7,主要由熒光激發(fā)組件、熒光捕集組件、氣路組件和相互連接構(gòu)成。感應(yīng)調(diào)壓 器1的副邊與無電暈實驗變壓器2的原邊相連，無電暈實驗變壓器2的副邊與無局部放電保 護(hù)電阻3的一端連接，標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器4的一端和GIS模擬元件的一端均與無局部放電保護(hù) 電阻3的另一端連接，標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器4的另一端接地，GIS模擬元件6的另一端連接無感電 阻5的一端，無感電阻5的另一端接地，GIS模擬元件6的另一端還與寬頻高速超大容量數(shù)字 存儲示波器8連接。
[0035]如圖1所示，實施例提供的一種基于紫外熒光技術(shù)檢測SF6電氣設(shè)備內(nèi)S02的裝置， 是在現(xiàn)有的絕緣氣體ro分解組分檢測方法的基礎(chǔ)上，引進(jìn)紫外熒光法，設(shè)計熒光激發(fā)組件 和熒光捕集組件，可對電氣設(shè)備實現(xiàn)在線監(jiān)測的高精度裝置。
[0036]所述的熒光激發(fā)組件是由紫外光源9、激發(fā)光濾光片10、石英透鏡11、熒光氣室12、 消光錐13、光電管14、溫度控制器15構(gòu)成。紫外光源9、激發(fā)光濾光片10、石英透鏡11、熒光氣 室12依次連接，紫外光源9發(fā)出的激發(fā)光依次經(jīng)過激發(fā)光濾光片10和石英透鏡11的聚焦后， 進(jìn)入熒光氣室12。所述的熒光氣室為不銹鋼長方體，尾部設(shè)有消光錐13、光電管14,頂部設(shè) 有溫度控制器15。
[0037]所述的紫外光源9為市購產(chǎn)品，選用波長范圍為190-400nm的氘燈光源，激發(fā)光通 過SMA905光纖輸出，其峰-峰穩(wěn)定性小于0.005%，漂移僅為+/-0.5%每小時，強(qiáng)度大、穩(wěn)定 性高。實施例中，所述的紫外光源9采用美國海洋光學(xué)公司生產(chǎn)的D-2000-DUV氘燈光源。 [00 38] 所述的激發(fā)光濾光片10為市購產(chǎn)品，研究表明，超過230nm時，S〇2氣體分子對紫外 線的吸收極弱，因此本裝置選用190_230nm的激發(fā)光濾光片，濾掉超出波長范圍的紫外光， 減少對熒光檢測的干擾。實施例中，所述的激發(fā)光濾光片10選用美國And 〇ver214FS2175濾 光片，濾鏡的直徑為25mm，其透過率在213 ? 75nm處可達(dá)到24 ? 2829%，超過240nm時透過率降 到0.7%以下，濾光效果良好。
[0039]所述的石英透鏡11為市購產(chǎn)品，其光斑直徑為43mm，大光斑有利于被測氣體與激 發(fā)光充分接觸，從而提高裝置的檢測精度。
[0040] 所述的熒光氣室12為單光程氣室，光程為20cm，主腔體尺寸為200*65*65mm，內(nèi)徑 為〇48mm，容積為360mL。底部平面安裝，4個06長圓孔呈四角分布;腔體采用特種鋁合金， 內(nèi)部鍍黑色特氟綸處理，以減少內(nèi)壁對氣體分子的吸收。氣室的耐壓為1.5個大氣壓，耐溫 為50°C。進(jìn)入熒光氣室的激發(fā)光束采用偏心結(jié)構(gòu)，即紫外光源、激發(fā)光濾光片和石英透鏡的 中心在同一條水平線(水平軸線)上，而這條水平線偏離氣室的軸線，更靠近熒光捕集室16， 相對于傳統(tǒng)熒光氣室的對稱結(jié)構(gòu)，這一設(shè)計更有利于降低光電倍增管19的本底計數(shù)率，從 而提高檢測的精度。建議水平線偏離氣室的軸線的角度為5至15度。實施例中石英透鏡的水 平軸線偏離氣室的軸線5mm。
[0041]熒光氣室尾部設(shè)有消光錐13,對激發(fā)光具有強(qiáng)吸收作用，減少反射，從而減小激發(fā) 光對熒光檢測的干擾。光電管14嵌入消光錐13中，光電管14與入射光線的中心在同一直線 上，可接收紫外光源9的激發(fā)光強(qiáng)，用于補(bǔ)償由于光源起伏對測量的影響。通過氣室頂部設(shè) 有溫度控制器15，氣室內(nèi)的溫度得到檢測。
[0042]所述的熒光捕集組件是由熒光捕集室16、聚焦鏡17、熒光濾光片18、光電倍增管 19、單光子計數(shù)系統(tǒng)20構(gòu)成。在熒光氣室12的前側(cè)設(shè)有圓柱形的熒光捕集室16,所述的熒光 捕集室的收光孔徑大小為?40,內(nèi)部依次安裝有聚焦鏡17、熒光濾光片18和光電倍增管19， 光電倍增管19與外部的單光子計數(shù)系統(tǒng)20相連。光電倍增管19將熒光信號轉(zhuǎn)換為脈沖電信 號，通過單光子計數(shù)系統(tǒng)20,實現(xiàn)對電脈沖的計數(shù)。
[0043]所述的熒光濾光片18的波段由被測氣體分子的熒光范圍決定，對于S02氣體，其氣 體分子的熒光范圍為240nm~420nm，在320nm處達(dá)到最大值，針對S02氣體，本裝置選用美國 THORLABS FGUV1 r濾光片，濾鏡的直徑為25mm，其透過率在320nm處可達(dá)到81.55398 %。 [0044]所述的光電倍增管19為市購產(chǎn)品，將SF6氣體放電分解組分受激發(fā)后產(chǎn)生的微弱 熒光信號轉(zhuǎn)化為脈沖電信號，其工作電壓為±15V，控制電壓調(diào)節(jié)范圍為+0.25V-+0.9V。實 施例中，本裝置選用H9656-02型光電倍增管轉(zhuǎn)換光電信號，采用22HP-10多圈電位器，由 SAKAE公司生產(chǎn)，其阻值為1 Ok Q，阻值公差為± 5 % (標(biāo)準(zhǔn)級）。
[0045] 所述的單光子計數(shù)系統(tǒng)20包括依次連接的放大器27、甄別器28和計數(shù)器29,所述 的放大器27為市購產(chǎn)品，本裝置選用MAX4414放大器，其小信號時的3dB帶寬為400MHz。所述 甄別器28為市購產(chǎn)品，本裝置選用MAX9012作為鑒別器，該芯片含有兩片高速比較器，延時 為5ns。所述計數(shù)器29為單片機(jī)計數(shù)，本裝置選用的單片機(jī)型號為MSP430F149。
[0046] 所述的氣路組件是由進(jìn)氣口 21、進(jìn)氣閥22、流量計23、出氣口 24、出氣閥25、壓力真 空表26和抽氣栗26構(gòu)成。在熒光氣室12的頂部設(shè)有進(jìn)氣口 21和出氣口 24,直徑為〇6mm，不 銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕性好。所述進(jìn)氣口 21通過進(jìn)氣閥22, 一側(cè)連接被測氣體，另一側(cè)連接流量 計23。所述出氣口通過出氣閥25連接抽氣栗26。氣路各組件由耐壓和耐腐蝕性能較好的聚 四氟乙烯軟管連接。即轉(zhuǎn)接口為聚四氟乙烯材質(zhì)，耐壓和耐腐蝕性能好。
[0047] 所述的進(jìn)氣口 21和出氣口 24，直徑均為〇 6mm，不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕性好。
[0048]所述的進(jìn)氣閥22和出氣閥25為市購產(chǎn)品，聚四氟乙烯材質(zhì)，耐壓和耐腐蝕性能好。 [0049]所述的抽氣栗26為市購產(chǎn)品，功率為150W，抽氣速率為3.6m3/h，極限真空5Pa。 [0050]所述的熒光氣室的外形，除前述的長方體外，還可為圓柱體、正方體等。
[0051 ] 一種基于紫外熒光技術(shù)檢測SF6電氣設(shè)備內(nèi)S02的方法，利用本發(fā)明裝置，對其GIS 模擬元件中的ro sf6分解組分進(jìn)行紫外熒光檢測的具體步驟如下：
[0052] (1)檢測前的準(zhǔn)備
[0053]①清洗和調(diào)試
[0054]首先用無水酒精清洗熒光氣室12的內(nèi)壁，除去氣室內(nèi)雜質(zhì)，待熒光氣室12風(fēng)干后， 再安裝激發(fā)光濾光片10、石英透鏡11、光電管14、聚焦鏡17、熒光濾光片18、光電倍增管19等 部件，安裝各工裝組件時，各螺紋連接處需加生料帶及密封膠，保證熒光氣室12有良好的氣 密性。最后通過進(jìn)、出氣口 21/24和進(jìn)、出氣閥22/25以及抽氣栗26,先利用氮氣對熒光氣室 12進(jìn)行2-3次清洗，清洗后通過抽氣栗26將熒光氣室12抽真空。
[0055]②系統(tǒng)性能參數(shù)測量
[0056] 首先是光電倍增管19的暗計數(shù)測量。建議保證開機(jī)時間為1小時，在室溫和光電倍 增管的溫度恒定、室內(nèi)濕度恒定的情況下，不開燈、不通氣，測得光電倍增管19的暗計數(shù)。
[0057] 在光電倍增管19的暗計數(shù)趨于穩(wěn)定之后，打開氘燈，待氘燈穩(wěn)定之后，才能進(jìn)行下 一步操作。一般測試前，氘燈開燈時間都要維持在20分鐘。
[0058] 接著是裝置的本底測量。在激發(fā)光源穩(wěn)定的情況下，通入零氣，測得本底計數(shù)率。 零氣選用高純氮，通過鼓風(fēng)機(jī)其流量控制在lL/min左右，建議為0.8-1.2L/min。裝置的本底 測量對后續(xù)實驗影響很大，直接反應(yīng)在凈信號的準(zhǔn)確度上。
[0059] 然后測量響應(yīng)因子A。包括用配氣裝置將所要測量的氣體配成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣 體，分別通過進(jìn)氣口 21和進(jìn)氣閥門22充入熒光氣室12;采用光子計數(shù)系統(tǒng)20進(jìn)行單光子計 數(shù)，例如計數(shù)門時間ls，60點取平均，得到不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體下光電倍增管19測得的平均總 信號，扣除本底計數(shù)之后，得到凈信號N ph，凈信號值與對應(yīng)的氣體濃度的比值，即為響應(yīng)因 子入。
[0060] 最后計算裝置最低檢測限，由信噪比公式
，獲取累計 時間T內(nèi)系統(tǒng)的探測極限。
[0061] 其中
表征信噪比，Nph為凈信號，Nb為有光本底計數(shù)，Nd為暗計數(shù)，T為累計時間。
[0062] (2)檢測SF6電氣設(shè)備內(nèi)S02的濃度
[0063]第（1)步完成后，先打開紫外光源9進(jìn)行預(yù)熱，接著通過出氣口 24、出氣閥25以及抽 氣栗26將熒光氣室12抽成真空，后通過進(jìn)氣口 21、進(jìn)氣閥22充入待測的GIS模擬元件中的 SF6分解組分，記下所對應(yīng)的單光子計數(shù)系統(tǒng)20所對應(yīng)的熒光脈沖計數(shù)，最后可利用計算機(jī) 程序?qū)喂庾佑嫈?shù)系統(tǒng)20測得的熒光脈沖計數(shù)Sd i = 1，2，…）讀入計算機(jī)，在計算機(jī)上通 過公式Ci = Si + A，（i = l，2，-_)進(jìn)行計算(式中，A為響應(yīng)因子，Si為熒光信號值，標(biāo)記i表示 第i次），得出準(zhǔn)確的S02濃度值Ci (i = 1，2，…）。
[0064] (3)清洗及維護(hù)
[0065]第(2)步完成后，先打開出氣閥24和抽氣栗26,將熒光氣室12中的氣體抽至廢棄池 中排放，后關(guān)閉出氣閥24和抽氣栗26,再打開進(jìn)氣閥22充入氮氣，然后依次打開出氣閥25和 抽氣栗26,將熒光氣室12中的氣體抽至廢棄池中排放。重復(fù)以上操作2-3次，將熒光氣室用 氮氣清洗干凈。最后將裝置放入干燥的環(huán)境中妥善保存。
[0066]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于紫外巧光檢測SFs電氣設(shè)備內(nèi)S〇2的裝置，包括感應(yīng)調(diào)壓器、無電暈實驗變壓 器、無局部放電保護(hù)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器、無感電阻、GIS模擬元件、數(shù)字存儲示波器，其特 征在于:設(shè)置紫外巧光系統(tǒng)，所述紫外巧光系統(tǒng)，包括巧光激發(fā)組件、巧光捕集組件、氣路組 件； 所述的巧光激發(fā)組件包括紫外光源(9)、激發(fā)光濾光片（10)、石英透鏡（11)、巧光氣室 (12)、消光錐（13)、光電管（14)和溫度控制器（15)，紫外光源(9)發(fā)出的激發(fā)光依次經(jīng)過激 發(fā)光濾光片（10)和石英透鏡（11)的聚焦后，進(jìn)入巧光氣室（12)，所述的巧光氣室（12)尾部 設(shè)有消光錐(13)、光電管（14)，頂部設(shè)有溫度控制器（15);所述的巧光氣室（12)為單光程氣 室，進(jìn)入巧光氣室（12)的激發(fā)光束采用偏屯、結(jié)構(gòu)，使紫外光源(9)、激發(fā)光濾光片（10)和石 英透鏡（11)的中屯、在同一條水平線上，而運條水平線偏離氣室的軸線更靠近巧光捕集室 (16);光電管（14)與入射光線的中屯、在同一直線上； 所述的巧光捕集組件包括巧光捕集室（16)、聚焦鏡（17)、巧光濾光片（18)、光電倍增管 (19)和單光子計數(shù)系統(tǒng)(20)，在巧光氣室（12)的前側(cè)設(shè)有圓柱形的巧光捕集室（16)，所述 的巧光捕集室（16)內(nèi)部依次安裝有聚焦鏡（17)、巧光濾光片（18)、光電倍增管（19)，光電倍 增管（19)與外部的單光子計數(shù)系統(tǒng)(20)相連； 所述的氣路組件包括進(jìn)氣口（21)、進(jìn)氣閥（22)、流量計(23)、出氣口（24)、出氣閥（25)、 抽氣累(26)構(gòu)成，在巧光氣室（12)的頂部設(shè)有進(jìn)氣口（21)和出氣口（24)，所述進(jìn)氣口（21) 通過進(jìn)氣閥（22)，一側(cè)連接被測氣體，另一側(cè)連接流量計(23)，所述出氣口（24)通過出氣閥 (25)連接抽氣累(26)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于紫外巧光檢測SFs電氣設(shè)備內(nèi)S〇2的裝置實現(xiàn)的檢測SFs電氣 設(shè)備內(nèi)S〇2的方法，其特征在于:先進(jìn)行系統(tǒng)性能參數(shù)測量，然后進(jìn)行檢測SFs氣體放電微量 組分的濃度， 所述系統(tǒng)性能參數(shù)測量實現(xiàn)如下， 1.1) 光電倍增管（19)的暗計數(shù)測量，在室溫和光電倍增管（19)的溫度恒定、室內(nèi)濕度 恒定的情況下，不開燈、不通氣，測得光電倍增管（19)的本底計數(shù)，得到暗計數(shù)； 1.2) 在光電倍增管（19)的暗計數(shù)趨于穩(wěn)定之后，打開気燈，待気燈穩(wěn)定之后，進(jìn)行下一 步操作； 1.3) 進(jìn)行裝置的本底測量，包括在激發(fā)光源穩(wěn)定的情況下，通入零氣，測得本底計數(shù) 率. 1.4) 測量響應(yīng)因子A，包括用配氣裝置將所要測量的氣體配成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體，分 別通過進(jìn)氣口（21)和進(jìn)氣閥口（22)充入巧光氣室（12)，采用光子計數(shù)系統(tǒng)(20)進(jìn)行單光子 計數(shù)，得到不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體下光電倍增管（19)測得的平均總信號，扣除本底計數(shù)之后，得 到凈信號Nph,凈信號值與對應(yīng)的氣體濃度的比值，郵為響應(yīng)閑子入： 1.5) 計算裝置最低檢測限，包括由信噪比公；1^，獲取累計時 間1'內(nèi)系統(tǒng)的探測極限，其中，^表征信噪比，成4為凈信號，化為有光本底計數(shù)，仍為暗計數(shù)， N T為累計時間； 所述檢測SFs放電微量組分的濃度實現(xiàn)如下， 先打開紫外光源(9)進(jìn)行預(yù)熱，接著通過出氣口（24)、出氣閥口（25) W及抽氣累(26)將 巧光氣室（12)抽成真空，后通過進(jìn)氣口（21)、進(jìn)氣閥口（22)充入待測的GIS模擬元件中的 SFs分解組分，并依次記下此時所對應(yīng)的光電倍增管（19)的巧光信號值Si,最后將光電倍增 管（19)測得的巧光信號值Si通過公式Ci = Si-入進(jìn)行計算，得出準(zhǔn)確的S〇2濃度值Cl,其中，入 為響應(yīng)因子，Si為巧光信號值。
【文檔編號】G01R31/12GK105911032SQ201610216272
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】張曉星, 周紅, 唐炬, 曾福平, 崔兆侖
【申請人】武漢大學(xué)