测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置及方法与流程

本发明属于光电技术检测领域。

背景技术：

六氟化硫(SF₆)具有优良的绝缘灭弧性能和理化特性，作为绝缘介质既可以减小设备尺寸，又能提高绝缘强度，伴随着城市用地的日益紧张，广泛应用于组合绝缘电器(GIS)、断路器(GCB)、变压器(GIT)、电缆(GIC)、输电管道(GIL)等输配电设备中。

纯净的SF₆是无色、无毒、无味、不燃的惰性气体，在温度为150℃及以下时不易与其它物质发生化学反应，正常运行时分解产物极少或不分解。当SF₆设备中发生绝缘隐患或故障时，无论是局部、电晕、火花或是电弧放电，都必然会引起能量释放，这些能量会使SF₆气体发生分解反应，生成H₂S、SO₂、HF、SOF₂、SF₄、等多种低氟硫化物。SF₆分解组分会加速GIS内绝缘的老化和金属材料表面的腐蚀，加重局部放电程度，严重时还会导致GIS发生突发性绝缘故障。因此对SF₆浓度以及SF₆分解气体中SO₂浓度的测量是必须的。

目前国内外均有大量商业化的SF₆检测器，归纳起来主要有4种测量方法：

高压击穿法、色谱法、离子移动度计和红外光吸收谱法。

高压击穿法主要是根据待测SF₆击穿电压的变化来进行定性测量，并不能定量给出SF₆气体浓度，而且不能实时在线监测。

色谱法：色谱法被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定。一般由真空系统、进样系统、离子源、检测器和计算机控制等部分组成。优点是测量精度和灵敏度较高。缺点是设备昂贵，且不能实时在线监测。

离子移动度计法：它是通过对设备中SF₆气体总体杂质含量的测定，来确定设备中SF₆气体的优劣程度。优点：测量成分多，精度较高。缺点：易受实验环境条件影响，不能实时监测。

以上4种SF₆浓度测量方法在应用到SF₆分解气体中SO₂浓度的测量时，测得的SF₆分解气体中SO₂气体浓度的精度低。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决在六氟化硫分解气体测量时，测得的六氟化硫分解气体中二氧化硫气体浓度的精度低的问题，提出一种测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置及方法。

本发明所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置，包括4055cm^-1激光器、第一聚光镜、样品池、第二聚光镜和光谱仪；

所述4055cm^-1激光器发出的激光经过第一聚光镜透射后射入样品池内，样品池的出射光经过第二聚光镜透射后射入光谱仪的入射狭缝中；样品池内充有待测六氟化硫分解气体。

本发明所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的方法，

该方法包括以下步骤：

步骤一、在样品池中充入待检测的六氟化硫分解气体，打开4055cm^-1激光器，通过光谱仪获得六氟化硫分解气体的透射光光强I(λ)；

步骤二、依据比尔定律，利用步骤一获得的待测六氟化硫分解气体的透射光光强I(λ)，获得待检测的六氟化硫分解气体中二氧化硫的浓度N；

所述比尔定律为：I(λ)＝I₀(λ)e^σN，

其中，I₀(λ)为空气的透射光光强；λ为4055cm^-1激光器发出激光的波长，σ为待检测的六氟化硫分解气体中二氧化硫在4055cm^-1激光器发出的激光下的吸收截面。

本发明的有益效果是由于采用4055cm^-1激光器，二氧化硫对该波段的波长吸收效果最好，因此，测得的六氟化硫分解气体中二氧化硫气体浓度的精度较高；该测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置结构简单，成本低，可靠性高；该测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的的方法简便，易操作，而且可以实时监测。

适用于测量六氟化硫分解气体中二氧化硫的浓度。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置结构示意图；

图2为具体实施方式六所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的方法流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置，包括4055cm^-1激光器1、第一聚光镜2、样品池3、第二聚光镜4和光谱仪5；

所述4055cm^-1激光器1发出的激光经过第一聚光镜2透射后射入样品池3内，样品池3的出射光经过第二聚光镜4透射后射入光谱仪5的入射狭缝中；样品池3内充有待测六氟化硫分解气体。

在本实施方式中，4055cm^-1激光器1用于发射波长为247μm的激光，第一聚光镜2用于汇聚4055cm^-1激光器1发出的激光，第二聚光镜4用于汇聚样品池3的出射光，光谱仪5用于获得出射光的光强。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置进一步限定，在本实施方式中，所述4055cm^-1激光器1发出的激光经过第一聚光镜2透射后射入样品池3内的光为平行光。

在本实施方式中，由于4055cm^-1激光器1发出的激光经过第一聚光镜2透射后射入样品池3内的光为平行光，因此，第一聚光镜2和样品池3的相对距离时可变的，而对检测结果不会产生影响。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置进一步限定，所述第一聚光镜2和第二聚光镜4均为石英凸透镜。

石英凸透镜的透光率好，能使测量的结果更精确。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置进一步限定，所述光谱仪5的入射狭缝位于第二聚光镜4的焦点处。

本实施方式所述光谱仪5的入射狭缝位于第二聚光镜4的焦点处是为了保证入射至光谱仪的出射光为最强光，从而保证了测量的精确度。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置进一步限定，所述样品池3为圆筒形，并且圆筒形的两端均设有石英透镜；

圆筒形样品池3的一端侧壁上开有入气口，圆筒形样品池3的另一端侧壁上开有出气口。

在本实施方式中，气体由入气口进入，由出气口排出，这样能够加快气体的交换速度，因为入气口和出气口分别设置在圆筒形样品池3的两端的侧壁上，这样设置减少了样品池3内的气体交换死角，也能达到对样品池3内气体的实施监测；同时为了达到更好的空气交换效果入气口和出气口为反向开口；样品池3的长度为40mm，样品池3的内经为30mm。

具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、在样品池3中充入待检测的六氟化硫分解气体，打开4055cm^-1激光器1，通过光谱仪5获得六氟化硫分解气体的透射光光强I(λ)；

步骤二、依据比尔定律，利用步骤一获得的待测六氟化硫分解气体的透射光光强I(λ)，获得待检测的六氟化硫分解气体中二氧化硫的浓度N；

所述比尔定律为：I(λ)＝I₀(λ)e^σN，

其中，I₀(λ)为空气的透射光光强；λ为4055cm^-1激光器1发出激光的波长，σ为待检测的六氟化硫分解气体中二氧化硫在4055cm^-1激光器1发出的激光下的吸收截面。

在本实施方式中，待检测的六氟化硫分解气体中二氧化硫在4055cm^-1激光器1发出的激光下的吸收截面σ为样品池3的截面面积。

具体实施方式七：本实施方式对具体实施方式六所述的测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的方法进一步限定，在本实施方式中，空气的透射光光强I₀(λ)的获得方法为：

在样品池3中充入空气，打开4055cm^-1激光器1，通过光谱仪5获得空气的透射光光强I₀(λ)。