一种应用于环保绝缘气体电气设备泄漏的检测方法与流程

1.本发明涉及环保绝缘气体检测技术领域，尤其涉及一种应用于环保绝缘气体电气设备泄漏的检测方法。


背景技术：

2.六氟化硫(sf6)气体具有良好的绝缘性和灭弧性能，被广泛应用于断路器、气体绝缘金属封闭开关设备和气体绝缘金属封闭输电线路等输变电设备中，但其有很强的温室效应，寻找六氟化硫的环保替代气体并研发环保型电力装备，成为迫切需求。近年来，sf6替代气体领域不断取得突破性进展，包括sf6/n2混合气体在内，以七氟异丁腈(c4f7o)、全氟五碳酮(c5f
10
o)、全氟已酮(c6f
12
o)、六氟乙烷(c2f6)、全氟丙烷(c3f8)等环保绝缘气体的应用已进入示范应用阶段，已应用于绝缘封闭组合电器(gis)、气体绝缘输电线路(gil)、高压开关柜等不同类型的电气产品。随着环保绝缘气体设备的推广应用，相应的运维检测技术也亟需进一步完善。
3.为适应环保绝缘气体电气设备安全运维需求，解决现有检漏技术的不足，本发明拟利用飞行时间质谱(tof-ms)检测技术，以电气设备内所充装的环保绝缘气体作为示踪剂，通过对环境空气中示踪剂浓度检测实现电气设备的密封部件的检漏，解决目前检漏技术不能覆盖多种气体介质的技术难题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种应用于环保绝缘气体电气设备泄漏的检测方法，解决目前检漏技术不能覆盖多种气体介质的技术难题。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种应用于环保绝缘气体电气设备泄漏的检测方法，包括以下步骤：
6.(1)选择示踪剂，配制示踪剂标准气；
7.(2)用飞行时间质谱仪对示踪剂标准气进行测量，建立示踪剂标准工作曲线；
8.(3)对临近电气设备密封部件的空气样品进行扫描测量，如检测到示踪剂组分，则判断所检部位存在可疑泄漏点；
9.(4)用选择离子连续监测模式对可疑部位进行精确定位扫描。
10.进一步地，所述步骤(1)中所述示踪剂选自六氟化硫、四氟化碳、六氟乙烷、全氟丙烷、七氟异丁腈、全氟五碳酮、全氟已酮、二氧化碳中的一种或多种；
11.所述示踪剂的选择原则为：
12.一、不是空气中大量存在的氮气、氧气；
13.二、选择电气设备所充装的环保绝缘气体组分中的一种或多种作为示踪剂，所述示踪剂在电气设备绝缘气室内的含量不小于1％(mol/mol)；
14.三、当选择二氧化碳作为示踪剂时，充分考虑空气中二氧化碳背景值带来的影响。
15.进一步地，所述步骤(2)使用的飞行时间质谱仪采用真空紫外光电离和光电子电
离复合电离源，电离能调节范围为15ev～20ev。
16.进一步地，所述步骤(2)使用的飞行时间质谱仪采用毛细管进样；毛细管第一端口与待检测的样品气连接，毛细管第二端口通过peek接头连接至飞行时间质谱仪的电离区，正常工作时电离区压力控制在0.02pa～5pa；检测时通过毛细管第一端口、第二端口的压差实现样品采集。
17.进一步地，所述步骤(2)建立示踪剂标准工作曲线时，采用所选择示踪剂的特征离子峰高或峰面积建立标准曲线进行浓度计算，具体为：对于六氟化硫/氮气混合气体，选择的特征离子质荷比为127，89，108；对于含四氟化碳的混合气体，选择特征离子质荷比为69，50；对于含六氟乙烷的混合气体，选择特征离子质荷比为119，69，50；对于含全氟丙烷的混合气体，选择特征离子质荷比为169，119，69；对于含七氟异丁腈的混合气体，选择特征离子质荷比为176，145，195，100，69；对于含全氟五碳酮的混合气体，选择特征离子质荷比为169，119，69；对于含全氟已酮的混合气体，选择特征离子质荷比为197，169，147，119，69；对于含二氧化碳的混合气体，选择特征离子质荷比为44。
18.进一步地，所述步骤(3)对临近电气设备密封部件的空气样品进行扫描测量，选择全扫描或离子连续监测。
19.进一步地，所述步骤(3)中当样品中示踪剂浓度超过1ppm(mol/mol)时，判断所检部位周围存在可疑泄漏点。
20.进一步地，所述步骤(3)中选择采用局部包扎法进行检测，包扎空间体积在100ml～2000ml。
21.进一步地，所述步骤(3)中局部包扎法包扎后立即或间隔一定时间采样检测。
22.进一步地，所述步骤(4)采用选择离子连续监测模式对可疑部位进行精确定位扫描，所选离子为一种或多种示踪剂组分的一个或多个特征质荷比离子，监测时发现所监测离子信号明显增强，则说明所检部位存在泄漏。
23.本发明的原理和有益效果为：本发明应用飞行时间质谱(tof-ms)检测技术对电气设备密封部件附近的空气样品检测，依据示踪剂含量首先判断所检部件周围是否存在可疑泄漏点，最后通过选择特征离子连续监测方法，精确定位设备泄漏点。该方法具备灵敏度高、适用范围广、分析速度快、分析结果准确等优点，满足多种不同类型的环保绝缘气体电气设备检漏试验需求，具有很高的推广应用价值。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明一种应用于环保绝缘气体电气设备泄漏的检测方法的流程图；
26.图2是本发明实施例1中0ppm，1.1ppm两个浓度全氟已酮标准气的飞行时间质谱图；
27.图3是系列全氟已酮标气全扫描图谱中的特征质荷比197，147，119，69离子的峰强分析图；图4为系列全氟已酮标气m/z-197离子峰面积与浓度标准拟合曲线图；
28.图5是本发明实施例2中样品tcd色谱图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
30.以下通过特定的具体实例说明本发明公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明公开保护的范围。
31.实施例1
32.(1)配制环氟已酮标准工作气体。在温控20℃的实验室内，使用高纯度全氟已酮液体、干燥空气配置标准工作气体。用1支100ml注射器准确领取100ml干燥空气，用橡胶帽密封后，用微量注射器注入5.0μl环氟已酮液体，置于50℃的温控箱内静置30min，冷却至室温备用。所用全氟已酮试剂为纯度高于99％，试剂的密度为1.60kg/l(20℃)。所制气体中，环氟已酮的含量(mol/mol)计算如下：
[0033][0034]
式中，c为环氟已酮标准工作气体浓度，单位为ppm(mol/mol)；v1为所注入的全氟已酮液体体积，l；ρ为全氟已酮液体20℃时的密度，kg/l；m为全氟已酮摩尔质量，316g/mol；v为稀释后气体的体积，l。
[0035]
(2)配制环氟已酮系列标准。将用1ml注射器量取(1)所配置的标准工作气体0.2ml，注入已预先量取50ml左右干燥空气的注射器中，继续注入干燥空气至100ml，获得含量为11.3ppm的标准气体，再用干燥空气将此浓度的标准气体分别稀释10倍，2倍，获得含量为1.1ppm，5.7ppm的全氟已酮标气；用1ml注射器分别量取(1)所配置的标准工作气体0.2ml、0.4ml、0.5ml、0.8ml，注入已预先量取50ml左右干燥空气的注射器中，继续注入干燥空气至100ml，获得含量分别为11.3ppm、22.7ppm、28.4ppmp、45.4ppm的系列标准气体。
[0036]
(3)使用飞行时间质谱仪对系列环氟已酮标气开展测试，并记录标气的全扫描质谱图，测试时间选择为100s，所得图谱为100张图所所叠加的全扫描图，飞行时间质谱仪的具体测试条件为：电离区圆孔电极1电压：+22v；电离区圆孔电极2电压：+20v；电离区气压：0.3pa；质量分析器气压：5
×
10-5
pa；skimmer电极电压：+3v；离子透镜1电压：-40v；离子透镜2电压：-120v；离子透镜3电压：-40v；离子透镜4电压：-10v；离子透镜5电压：0v；正高压推斥电极电压：+400v；负高压推斥电极电压：-380v；加速极电压：2500v；反射电极1电压：348v；反射电极2电压：420v；mcp检测器电压：2700v。
[0037]
(4)图谱数据处理，将全氟已酮系列标气的测试图谱进行滤波平滑处理后，选择质荷比为197，147，119，69的4个特征峰进行分析，分别记录峰高、峰面积参数，绘制标准气体峰高、峰面积-浓度散点图并进行线性拟合，获得不同浓度全氟已酮与特征离子信号的标准工作曲线。具体如下：
[0038]
m/z 197特征峰面积的标准曲线拟合结果为：y＝1.80145x-0.23285(r＝0.99956)
[0039]
m/z 197特征峰峰高的标准曲线拟合结果为：y＝8.6127x+8.00872(r＝0.99882)
[0040]
m/z 147特征峰面积的标准曲线拟合结果为：y＝0.98624x-0.48507(r＝0.99815)
[0041]
m/z 147特征峰峰高的标准曲线拟合结果为：y＝6.34726x-0.59772(r＝0.99603)
[0042]
m/z 119特征峰面积的标准曲线拟合结果为：y＝1.9653x-1.24433(r＝0.99707)
[0043]
m/z 119特征峰峰高的标准曲线拟合结果为：y＝16.10223x-9.19514(r＝0.99662)
[0044]
m/z 69特征峰面积的标准曲线拟合结果为：y＝1.56245x-0.39639(r＝0.99792)
[0045]
m/z 69特征峰峰高的标准曲线拟合结果为：y＝19.81594x-5.27943(r＝0.9995)
[0046]
图2为0,1.1ppm两个浓度标准气的飞行时间质谱图，图3为系列标气特征质荷比197,147,119,69的峰强分析图，图4为m/z-197离子峰面积与全氟已酮浓度标准曲线拟合图。
[0047]
实施例2
[0048]
(1)将co2钢瓶标气(浓度为20.0％，平衡气为n2)经减压阀降压后与六氟化硫红外成像检漏仪校准系统(北京泰普联合科技开发有限公司产，型号为tp 5000l)的进气端连接，调节泄漏腔体压力为0.1mpa，并在仪器上设置气体泄漏速率为100
×
10-3
ml/min，启动气体释放功能键，校准系统在3个泄漏孔随机选择其一，按设定的速率泄漏气体。
[0049]
(2)飞行时间质谱仪具体参数设置与实施例1相同，将所用的毛细管第一端口放置在环境中，选择质荷比为44的特征离子(质荷比范围43.5～44.5)，启动仪器监测背景空气中的co2特征离子信号，等待特征离子信号稳定后，将毛细管的第一端口缓慢在校准系统的3个泄漏孔附近移动，飞行时间质谱仪对样品进行连续监测，并记录图谱。测试结果如图5所示，在4次对3号泄漏孔附近样品的监测过程中，均发现特征离子信号明显增强，而对1号、2号泄漏孔的监测信号与环境背景值基本一致，判断泄漏部位为3号泄漏孔。
[0050]
(3)六氟化硫红外成像检漏仪校准系统在停止气体泄漏后，即时显示泄漏部位为3号泄漏孔，与测试结论一致。
[0051]
实施例3
[0052]
(1)将sf6钢瓶标气(浓度为1.0％，平衡气为n2)经减压阀降压后与六氟化硫红外成像检漏仪校准系统(北京泰普联合科技开发有限公司产，型号为tp 5000l)的进气端连接，调节泄漏腔体压力为0.1mpa，并在仪器上设置气体泄漏速率为100
×
10-3
ml/min，启动气体释放功能键，校准系统在3个泄漏孔随机选择其一，按设定的速率泄漏气体。
[0053]
(2)飞行时间质谱仪具体参数设置与实施例1相同，将所用的毛细管第一端口放置在环境中，选择质荷比为127，89，108的特征离子，毛细管第二端口通过peek接头连接至飞行时间质谱仪的电离区，电离腔体安装有一个皮拉尼真空计，用于电离腔压力的测量，仪器正常工作时电离区压力控制在0.2pa～0.5pa，将毛细管的第一端口缓慢在校准系统的3个泄漏孔附近移动，飞行时间质谱仪对样品进行连续监测，并记录图谱。在4次对1号泄漏孔附近样品的监测过程中，均发现特征离子信号明显增强，而对2号、3号泄漏孔的监测信号与环境背景值基本一致，判断泄漏部位为1号泄漏孔。
[0054]
(3)六氟化硫红外成像检漏仪校准系统在停止气体泄漏后，即时显示泄漏部位为1号泄漏孔，与测试结论一致。
[0055]
实施例4
[0056]
(1)将cf4钢瓶标气(浓度为1.0％，平衡气为n2)经减压阀降压后与六氟化硫红外成像检漏仪校准系统(北京泰普联合科技开发有限公司产，型号为tp 5000l)的进气端连接，调节泄漏腔体压力为0.1mpa，并在仪器上设置气体泄漏速率为100
×
10-3
ml/min，启动气体释放功能键，校准系统在3个泄漏孔随机选择其一，按设定的速率泄漏气体。
[0057]
(2)飞行时间质谱仪具体参数设置与实施例1相同，将所用的毛细管第一端口放置在环境中，选择质荷比为69，50的特征离子，毛细管第二端口通过peek接头连接至飞行时间质谱仪的电离区，电离腔体安装有一个皮拉尼真空计，用于电离腔压力的测量，仪器正常工作时电离区压力控制在0.2pa～0.5pa，将毛细管的第一端口缓慢在校准系统的3个泄漏孔附近移动，飞行时间质谱仪对样品进行连续监测，并记录图谱。在4次对2号泄漏孔附近样品的监测过程中，均发现特征离子信号明显增强，而对1号、3号泄漏孔的监测信号与环境背景值基本一致，判断泄漏部位为2号泄漏孔。
[0058]
(3)六氟化硫红外成像检漏仪校准系统在停止气体泄漏后，即时显示泄漏部位为2号泄漏孔，与测试结论一致。
[0059]
实施例5
[0060]
(1)将c2f6钢瓶标气(浓度为1.0％，平衡气为n2)经减压阀降压后与六氟化硫红外成像检漏仪校准系统(北京泰普联合科技开发有限公司产，型号为tp 5000l)的进气端连接，调节泄漏腔体压力为0.1mpa，并在仪器上设置气体泄漏速率为100
×
10-3
ml/min，启动气体释放功能键，校准系统在3个泄漏孔随机选择其一，按设定的速率泄漏气体。
[0061]
(2)飞行时间质谱仪具体参数设置与实施例1相同，将所用的毛细管第一端口放置在环境中，选择质荷比为119，69，50的特征离子，毛细管第二端口通过peek接头连接至飞行时间质谱仪的电离区，电离腔体安装有一个皮拉尼真空计，用于电离腔压力的测量，仪器正常工作时电离区压力控制在0.2pa～0.5pa，将毛细管的第一端口缓慢在校准系统的3个泄漏孔附近移动，飞行时间质谱仪对样品进行连续监测，并记录图谱。在4次对3号泄漏孔附近样品的监测过程中，均发现特征离子信号明显增强，而对1号、2号泄漏孔的监测信号与环境背景值基本一致，判断泄漏部位为3号泄漏孔。
[0062]
(3)六氟化硫红外成像检漏仪校准系统在停止气体泄漏后，即时显示泄漏部位为3号泄漏孔，与测试结论一致。
[0063]
实施例6
[0064]
(1)将c4f7o钢瓶标气(浓度为10.0％，平衡气为co2)经减压阀降压后与六氟化硫红外成像检漏仪校准系统(北京泰普联合科技开发有限公司产，型号为tp 5000l)的进气端连接，调节泄漏腔体压力为0.1mpa，并在仪器上设置气体泄漏速率为100
×
10-3
ml/min，启动气体释放功能键，校准系统在3个泄漏孔随机选择其一，按设定的速率泄漏气体。
[0065]
(2)飞行时间质谱仪具体参数设置与实施例1相同，将所用的毛细管第一端口放置在环境中，选择质荷比为176，145，195，100，69，44的特征离子，毛细管第二端口通过peek接头连接至飞行时间质谱仪的电离区，电离腔体安装有一个皮拉尼真空计，用于电离腔压力的测量，仪器正常工作时电离区压力控制在0.2pa～0.5pa，将毛细管的第一端口缓慢在校准系统的3个泄漏孔附近移动，飞行时间质谱仪对样品进行连续监测，并记录图谱。在4次对1号泄漏孔附近样品的监测过程中，均发现特征离子信号明显增强，而对2号、3号泄漏孔的
监测信号与环境背景值基本一致，判断泄漏部位为1号泄漏孔。
[0066]
(3)六氟化硫红外成像检漏仪校准系统在停止气体泄漏后，即时显示泄漏部位为1号泄漏孔，与测试结论一致。
[0067]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。