[发明专利]集中循环式六氟化硫气体浓度的超声波检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种六氟化硫定量在线超声检测系统及检测方法，应用于电力系统的中压、高压和超高压断路器中，对六氟化硫绝缘和灭弧介质的泄漏进行在线检测。

背景技术

自上世纪60年代以来，六氟化硫(SF₆)气体以其优异的绝缘和灭弧性能，在电力系统中获得了广泛的应用，几乎成了中压、高压和超高压断路器中唯一的绝缘和灭弧介质。但是，这些含有六氟化硫的电力设备在运行的过程中，有时会出现六氟化硫气体的泄漏。因为六氟化硫气体比重比空气大，泄漏后聚集在房间中使底层空气缺氧，会使人窒息；被电弧电击过的六氟化硫气体还会产生有害有毒的分解物，危害人身安全并对设备造成腐蚀。针对六氟化硫电气设备现场对人类健康的威胁，电力安全工作规程做了特别规定：装有六氟化硫设备的配电装置室必须保证六氟化硫气体浓度小于1000μV/V，除须装设强力通风装置外还必须安装能报警的氧量仪和六氟化硫气体浓度监测报警仪等。

目前已被采用的一些测量六氟化硫气体浓度的方法多为物理方法，如：气相色谱法、导热系数法、电子漂移法、光干涉法、超声波测量法等。前面的四种方法不仅需要昂贵的仪器设备，而且要求操作者具有相当高的操作水平，因此推广普及相当困难。超声波测量法则有设备成本较低、操作简单的优点。

采用超声波测量法测量二元混合气体的原理是：在样品气中传播的超声波速度可以表示为样品气体的平均分子量和温度的函数，而若样品气体为二元混合气体时，只要测定出样品气中的超声波传播速度与样品气的温度，就可以求得样品气的平均分子量，进而可以由此计算出样品气中任一种气体的浓度。

申请号为02800155.9、名称为″利用超声波测定样品气体中的氧气浓度和该样品气的流量的装置及方法″的专利申请，公开的是在进行气体浓度的测量时，先后在同一通道内输入校准气体和样品气体而依次测得超声波在校准气体和样品气体中的传播速度，然后根据与声速有关计算式计算出样品气体的浓度值；但是这种测量方法的效率较低，且不能实时测量，在工业应用中难以推广普及；同时，其测量精度还不够高，不能满足检测低浓度气体如低浓度的六氟化硫的要求。申请为03112800.9，名称为“差分法超声气体微量变化测定及控制评估系统”的专利申请，采取了两个通道，一个通道在现场密封，它接触到的是尚未变化的气体，另一通道不密封，微变气体在此使声速产生微变。工作时，两通道温度相同，温度响应亦相同，通过差分电路后两路信号相减，最后输出反应气体含量变化的信息。但是该申请指出它所采用的锁相环电路具有独特而精密的跟踪性能及技术复杂性，而对该独特精密的跟踪性及技术复杂性未加以说明，所以本领域的普通技术人员无法实施。申请号为200320100440.1的专利申请公开了“一种用于变电站高压电器中检测六氟化硫气体的装置”，声波比较器的输出讯号进入讯号处理器，讯号处理器再算出六氟化硫气体浓度。在该申请中只有一个气体吸收装置，但没有公开声波比较器比较的是哪些气体或声波比较器比较的是什么，也没有公开声波发生装置和接收装置，也没有公开讯号处理器处理什么讯号和实现该申请的电路原理图等一系列问题，故而对于本领域的普通技术人员根本无法实施该申请。申请号为200510037936.2的专利申请公开了一种“测量六氟化硫气体浓度的变送器及其测量方法”，该方法在设计和实现上采用在每个检测点安装一套检测器的方法，当检测点的个数增加时，相应的检测器的数目也会增加，这不但给系统的调试带了了不便，而且大大地增加了设备的成本，并使得系统的稳定性和精度受到了影响。

发明内容

本发明的一个目的是为了克服上述技术的不足，提供一种集中循环式六氟化硫气体浓度的超声波检测系统，可对低浓度六氟化硫进行实时检测。

本发明的另一目的是通过集中检测的方式，提供一种六氟化硫气体浓度的超声波检测方法，在现场只需通过简单的施工安装，即能可靠且高精度地集中循环式检测六氟化硫气体的浓度。

集中循环式六氟化硫气体浓度的超声波检测系统采用的技术方案是：包括连接到集中控制器的集中检测器，集中检测器包括参考通道、检测通道和位于通道两端的一对超声波收发换能器，在参考通道和检测通道中均安装有氧气浓度和温、湿度传感器，超声波信号同时在参考通道和检测通道中传播，集中控制器通过485总线分别与若干个气体通路选择器和一个风机控制器连接，将若干个气体通路选择器与检测器并接在一起；检测器、若干个气体通路选择器和风机控制器这三个单元均含有拨码开关。

集中循环式六氟化硫气体浓度的超声波检测方法采用的技术方案依次包括如下步骤：