一种sf6气体泄漏监测系统的制作方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：一种sf6气体泄漏监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气设备的检测领域，特别涉及一种用于检测电气设备中六氟化硫(SF6)气体泄漏的检测系统。
背景技术：
SF6作为新一代的电气绝缘介质，具有超强的绝缘能力和灭弧能力，并具有不燃性，在20世纪60年代首先在断路器和组合电器中使用，近年来扩大应用于变压器、电缆等，SF6气体绝缘设备，包括变压器、断路器、互感器、GIS(气体绝缘全封闭组合电器)，已成为高压设备的主要发展方向。目前应用于SF6电气设备故障气体的分析方法主要有气相色谱法、气相色谱-质谱连用法、红外光谱法、电化学分析法、化学显色法等。声波法是利用声波在SF6气体中传播的速度比在大气中传播的速度慢的特点，进行检测，其检测SF气体泄漏的灵敏度低；而且只适合小区域泄漏定位，不适合大面积在线监控。电化学气体传感器是通过检测电流来检测气体的浓度，是一种非专用SF6检测用，不适合长时间在线监测。紫外电离法是加入某种物质，利用SF6气体吸附特性，检测吸附物的浓度，其检测灵敏度高，但是由于需要加入特殊物质，不适合在线监控。电子捕获法是利用SF6气体的电负性，即SF6气体分子可捕获自由运动电子的特性来测量SF6气体的浓度。这种方法的灵敏度高；但是测量设备体积大，只适合实验室高精度检测，不适合大面积在线监测。还有一种通过吸收光谱来测量SF6气体泄漏的方法。由于气体原子都有固定的光谱吸收特性，因此可以光谱方法测量。在这种方法中，通常需要将激光束发射到气体中，然后对接收端的信号进行分析。典型代表是激光成像法，即利用SF6气体对某一红外光谱的强烈吸收特性，对探测区域进行光谱成像来实现SF气体泄漏的定性检测。这种激光成像方法灵敏度高，但是只适合小区域泄漏定位，不适合大面积在线监测。以上方法大多只能在需要监测SF6气体泄漏的监测点现场检测SF6气体泄漏；或者需要将监测点的带检测气体抽到一个封闭容器中，将封闭容器带回实验室进行测量。由于多个电气设备常常分布在一个较大的地理范围内，若需要对多个电气设备的SF6气体泄漏进行监测，传统的SF6气体泄漏检测方法每次都需要工作人员到监测点现场进行处理。因此为了提高SF6气体泄漏检测的工作效率，需要一种能够无需工作人员到现场巡检，而且可以同时对多个不同地理位置的SF6气体泄漏进行检测的方法。

发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种SF6气体泄漏监测系统，能对多个监测点进行远程在线监测。本发明的目的通过以下技术方案实现一种SF6气体泄漏监测系统，包括主机部分、远程终端部分和信号传输部分，所述主机部分包括激光发射�？�、气体信号接收�？椤⑵逍藕糯砟？椋�
所述远程终端部分包括至少一个远程终端单元；每个远程终端单元包括激光源、激光探测器和气体测量单元；所述信号传输部分包括正向激光传输�？楹推寮觳庑藕呕卮？椋凰黾す夥⑸淠？榻⑸涞奶囟úǔさ募す馔ü蚣す獯淠？榇涞皆冻讨斩说ピ募す庠矗す庠唇囟úǔさ募す獯偷狡宀饬康ピ校囟úǔさ募す獯┕宀饬康ピ笥杉す馓讲馄鹘邮眨患す馓讲馄鹘觳獾降募す饽芰孔晃缧藕牛莆寮觳庑藕牛黄寮觳庑藕磐ü寮觳庑藕呕卮？榇偷狡逍藕沤邮漳？椋⒂善逍藕糯砟？槎云寮觳庑藕沤写恚卸鲜欠翊嬖赟F6气体泄漏；所述特定波长为SF6气体的峰值吸收波长。进一步的，所述激光发射模块包括激光器、聚焦设备和激光耦合器，从激光器生成的激光通过聚焦设备进行聚焦；再通过激光耦合器将聚焦后的激光耦合到光纤中。进一步的，所述激光发射�？榛拱üβ士刂破鳎糜诳刂萍す馄魃傻募す夤β�。所述气体检测信号通过气体检测信号回传�？榇偷狡逍藕沤邮漳？椋咛逦醋栽冻讨斩说ピ钠寮觳庑藕磐ü逍藕沤邮漳？樵黾颖昙牵莆斜昙堑钠寮觳庑藕牛扛霰昙嵌杂σ桓鲈冻讨斩说ピ黄逍藕沤邮漳？橥苯邮斩喔鲈冻讨斩说ピ牡缧藕牛虬凑帐奔湫蛄蟹绞椒直鸾邮斩喔鲈冻讨斩说ピ钠寮觳庑藕拧＝徊降模銎逍藕糯砟？榘ㄐ藕旁ご砟？椋糜诙云寮觳庑藕沤新瞬ù恚惶卣魈崛∧？椋糜诙跃ご砗蟮钠寮觳庑藕盘崛√卣魇荩恍藕疟冉夏？椋糜诮崛〉拇馄宓奶卣魇萦朐は却娲⒌腟F6气体特征数据进行特征比较。优选的，所述气体测量单元为一个有孔容器，激光源、激光探测器分别固定在有孔容器的两端；从激光源中出来的激光经有孔容器后由激光探测器接收，为待测气体的气体检测信号；所述待测气体的气体检测信号通过气体检测信号回传�？榇偷狡逍藕沤邮漳？椋善逍藕沤邮漳？椴⒃黾颖昙牵俅偷狡逍藕糯砟？�。优选的，所述气体测量单元由一个充满参考气体的密封容器、一个有孔容器及一个分光装置组成；所述激光探测器由第一激光探测器和第二激光探测器组成；分光装置固定在密封容器、有孔容器的一端，第一激光探测器固定在密封容器的另一端，第二激光探测器固定在有孔容器的另一端；激光源固定在分光装置的一侧；从激光源中出来的激光经分光装置分成相同波长的两束激光，其中一束经密封容器后由第一激光探测器接收，作为参考信号；另一束经有孔容器后由第二激光探测器接收，为待测气体的气体检测信号；所述参考信号和待测气体的气体检测信号通过气体检测信号回传�？榇偷狡逍藕沤邮漳？椋善逍藕沤邮漳？樵黾颖昙牵俅偷狡逍藕糯砟？�。所述激光探测器还连接有探测灵敏度调整装置，用于调整激光探测器接收到的激光能量的灵敏度。所述正向激光传输�？榘ü庀�、分光器，所述分光器将激光束接入到多个远程终端单元的激光源中；所述分光器将激光束接入到多个远程终端单元的激光源的方式为同时接入或以序列方式接入。所述正向激光传输模块还包括激光能量放大装置，所述激光能量放大装置用于增加从分光器出来的激光束的能量。与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果1、本发明的SF6气体泄漏监测系统的激光信号采用光纤传输方式，而且激光信号直接传送到监测点，不需要待监测区域的气体采集或者抽送到其它位置，可以真实地监控被监测点的SF6泄漏情况，可以实现SF6气体泄漏状况的自动监测，减少了工作人员的现场巡视检修次数。2、本发明的SF6气体泄漏监测系统可以在监测点采用单个或者多个远程终端单元对激光能量信号进行测量，通过多个激光能量信号之间的比较处理，可以提高SF6气体检测的稳定性。3、本发明的SF6气体泄漏监测系统利用SF6气体吸收光谱特性，采用特定波长(1050nm 1060nm)的激光作为SF6气体检测的介质，SF6气体泄漏检测的准确度得到大幅
度提升。

图1为实施例1的SF6气体泄漏监测系统的组成示意图。图2为实施例1的气体测量单元示意图。图3为实施例2的气体测量单元示意图。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例1如图1所示，本实施例的SF6气体泄漏监测系统，包括主机部分、远程终端部分和信号传输部分。所述主机部分包括激光发射�？�、气体信号接收�？椤⑵逍藕糯砟？椋凰鲈冻讨斩瞬糠职ㄖ辽僖桓鲈冻讨斩说ピ幻扛鲈冻讨斩说ピḿす庠�、激光探测器和气体测量单元；所述信号传输部分包括正向激光传输�？楹推寮觳庑藕呕卮？�。所述激光发射�？榻⑸涞奶囟úǔさ募す馔ü蚣す獯淠？榇涞皆冻讨斩说ピ募す庠矗す庠唇囟úǔさ募す獯偷狡宀饬康ピ校囟úǔさ募す獯┕宀饬康ピ笥杉す馓讲馄鹘邮眨患す馓讲馄鹘觳獾降募す饽芰孔晃缧藕牛莆寮觳庑藕牛黄寮觳庑藕磐ü寮觳庑藕呕卮？榇偷狡逍藕沤邮漳？椋⒂善逍藕糯砟？槎云寮觳庑藕沤写恚卸鲜欠翊嬖赟F6气体泄漏。1、主机部分1.1激光发射�？榧す夥⑸淠？榘ḿす馄鳌⒕劢股璞�、和激光耦合器，从激光器生成的激光通过聚焦设备进行聚焦；再通过激光耦合器将聚焦后的激光耦合到光纤中。特定波长的激光是指SF6气体的峰值吸收波长，即1055nm附近的激光。具体来说，就是发射出来的激光的波长峰值为1055nm附近的激光，例如波长范围为1050nm 1060nm的激光。1. 2气体信号接收�？槠逍藕沤邮漳？榭梢酝ü嘀植煌姆椒ń邮誗F6气体检测信号，例如有线传输网络接收信号或者无线传输网络。需要一个接收装置，如网卡、调制解调器等来接收气体检测信号。一个接收装置可以同时接收多个不同来源的信号。气体信号接收�？榭梢越邮绽醋远喔鲈冻讨斩说ピ钠寮觳庑藕�。如接收来自远程终端单元1、远程终端单元2和远程终端单元N的气体检测信号通过气体信号接收�？樵黾颖昙牵扛霰昙嵌杂σ桓鲈冻讨斩说ピ莆斜昙堑钠寮觳庑藕牛缭冻讨斩说ピ�1、远程终端单元2和远程终端单元N的气体检测信号分别被标记为S1、S2和SN。气体信号接收�？榭梢酝苯邮斩喔霾煌丛吹钠寮觳庑藕牛缤苯邮誗1、S2和SN ;也可以按照时间序列方式分别接收不同来源的气体检测信号,例如先接收S2，等S2信号数据接收完毕后，再接收SI，等SI信号数据接收完毕后，最后接收SN的信号数据。带有标记的气体检测信号，例如S1、S2和SN，可以是待检测气体的激光能量信号，也可以是待检测气体的激光能量信号和参考激光能量信号。激光能量信号是表示激光所包含的能量大小的数值信号。待检测气体的激光能量信号是经过待检测气体吸收后的激光所包含的能量大小。例如，S1、S2和SN中的带检测气体的激光能量信号表示为Sl_test、S2_test 和 SN_test。1. 3气体信号处理模块包括信号预处理�？�、特征提取�？楹托藕疟冉夏？�。1. 3.1信号预处理�？椋糜诙云寮觳庑藕沤新瞬ù恚顺寮觳庑藕胖械母扇判畔�。这些干扰信息可能来自信号传输过程中的数据变动，或者是由于气体信号检测过程中其他非SF6气体引起的干扰，或者是由于气体信号检测过程中的其他干扰。通过滤除干扰信息，可以提高SF6气体信号的检测精度。1. 3. 2特征提取�？椋糜诙跃ご砗蟮钠寮觳庑藕盘崛√卣魇荩惶卣餍藕虐ǖ幌抻谛藕徘慷�、信号持续时间、信号的峰值。例如标记为Si的气体检测信号经过滤波处理后，得到的Sl_tes_filter，经过特征提取后得到的特征记为Fl_test。特征信号被表示为一组数据序列，例如，Fl_test是一组数据序列。1. 3. 3信号比较�？椋糜诮崛〉拇馄宓奶卣魇萦朐は却娲⒌腟F6气体特征数据进行特征比较。特征比较方法包括但不限于相关系数比较方法、绝对值差比较方法、差平方和比较方法等，任何对两组不同数据序列进行相似性比较的方法都可以作为特征比较方法。若计算结果超过某个阈值，则判断SF6气体检测信号与SF6气体信号相似，对应的监测点出现了 SF6气体泄漏。2、远程终端部分远程终端部分包括多个远程终端单元；每个远程终端单元包括激光源、激光探测器和气体测量单元。如图2所示，本实施例中的气体测量单元为一个有孔容器11，外部气体可以通过气体测量单元上的孔穿透过来。因此若气体测量单元外部有SF6气体时，气体检测单元的内部也有SF6气体。激光源12、激光探测器13分别固定在有孔容器11的两端。激光源和激光探测器被精确校准，使得发射的激光能够通过气体测量单元后，能够对准在激光探测器的中心位置，激光探测器可以将尽可能多的激光能量转换为电信号。有孔容器的材料可以为玻璃、金属等，能保证SF6气体不会被该材料吸收或者穿过即可。从激光源中出来的激光经有孔容器后由激光探测器接收，为待测气体的气体检测信号；所述待测气体的气体检测信号通过气体检测信号回传�？榇偷狡逍藕沤邮漳？椋善逍藕沤邮漳？椴⒃黾颖昙牵俅偷狡逍藕糯砟？�。3、信号传输部分信号传输部分包括正向激光传输模块和气体检测信号回传�？椤�3.1正向激光传输�？榘ü庀�、分光器，负责将激光发射�？榉⑸涑隼吹奶囟úǔねü庀舜偷皆冻讨斩瞬糠�。分光器将激光束接入到多个远程终端单元的激光源中。激光发射�？榉⑸涞募す夂徒氲郊す庠吹募す舛际峭惶囟úǔさ募す猓皇羌す饽芰看嬖诓煌�。分光器可以将激光束同时接入到多个远程终端单元中，也可以将激光以序列方式接入到多个远程终端单元中。3. 2气体检测信号回传�？槲藕欧⑺妥爸茫涸鸾す馓讲馄鞔吹腟F6气体检测信号传送到主机部分。可以通过多种不同的方法传送SF6气体检测信号，例如有线传输网络接收信号或者无线传输网络。因此需要一个发送装置，如网卡、调制解调器等，来发送SF6气体检测信号。实施例2本实施例除以下特征外，其余特征与实施例1同。本实施例的激光发射�？榛拱üβ士刂破鳎糜诳刂萍す馄魃傻募す夤β�。根据不同的实际应用场景，需要使用不同功率的激光。例如，当有多个监测点需要进行检测，而且监测点与监控中心的距离较远时，可以调整控制器来增加激光器发射的激光功率。本实施例的激光探测器还连接有探测灵敏度调整装置，用于调整激光探测器接收到的激光能量的灵敏度。通过设置探测灵敏度调整装置，可以调整激光探测器接收到的激光能量的灵敏度。由于激光经过光纤传输后，激光能量会发生衰减，因此从同一个激光发射�？榉⑸涑隼吹募す饩煌嗬氲墓庀舜浜螅芄槐患す馓讲馄骷觳獾降募す饽芰渴遣煌�。通过设置探测器灵敏度调整装置，可以将不同激光能量的激光被激光探测器检测到的激光能量信号调整到相同级别。本实施例的正向激光传输�？榘ü庀�、分光器和激光能量放大装置，所述光能量放大装置用于增加从分光器出来的激光束的能量，以保证进入激光源的激光具有足够的激光能量，激光放大装置只是增加了激光的能量，但不改变激光的波长。如图3所示，本实施例的气体测量单元由一个充满参考气体的密封容器111、一个有孔容器112及一个分光装置14组成；所述激光探测器由激光探测器131和激光探测器132组成；分光装置14固定在密封容器111、有孔容器112的一端，激光探测器131固定在密封容器111的另一端，激光探测器132固定在有孔容器112的另一端；激光源12固定在分光装置14的一侧。从激光源12中出来的激光经分光装置14分成相同波长的两束激光，其中一束经密封容器111后由激光探测器131接收，作为参考信号；另一束经有孔容器112后由激光探测器132接收，作为待测气体的气体检测信号。所述参考信号和待测气体的气体检测信号通过气体检测信号回传�？榇偷狡逍藕沤邮漳？椋善逍藕沤邮漳？樵黾颖昙牵俅偷狡逍藕糯砟？�。例如，将S1、S2和SN中的参考激光能量信号标志为Sl_ref、S2_ref和SN_ref，待测气体的气体检测信号标志为Sl_test、S2_test和SN_test。由于本实施例中的激光探测器在检测待测气体检测信号的同时检测参考信号，因此气体检测信号回传�？�、信号预处理�？椤⑻卣魈崛∧？�、信号比较�？樾柰倍源馄宓钠寮觳庑藕藕筒慰夹藕沤写�。其中，特征提取�？榛剐杼崛〈觳馄宓钠寮觳庑藕庞氩慰夹藕诺牟钪�。一种计算差值的方法是将每个监测点的待测气体的气体检测信号与参考信号直接相减，例如将Sl_ref与Sl_test相减，得到Sl_diff。其他计算两组信号的差值的方法也适用于本实施例，在此不作过多描述。由于参考信号中没有SF6气体，当待测的气体中有SF6气体时，Sl_ref与Sl_test的值会出现明显差别，从而Sl_diff会出现峰值；当待测的气体中无SF6气体时，Sl_ref与Sl_test的值非常接近，从而Sl_diff接近与O。通过上述方法，可以实现SF6气体的高精度检测，从而消除激光功率变化弓I起的检测精度不准确的影响。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，如所述远程终端部分还可采用单个远程终端的形式，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种SF6气体泄漏监测系统，其特征在于，包括主机部分、远程终端部分和信号传输部分，所述主机部分包括激光发射�？�、气体信号接收�？椤⑵逍藕糯砟？椋� 所述远程终端部分包括至少一个远程终端单元；每个远程终端单元包括激光源、激光探测器和气体测量单元；所述信号传输部分包括正向激光传输�？楹推寮觳庑藕呕卮？椋� 所述激光发射�？榻⑸涞奶囟úǔさ募す馔ü蚣す獯淠？榇涞皆冻讨斩说ピ募す庠矗す庠唇囟úǔさ募す獯偷狡宀饬康ピ校囟úǔさ募す獯┕宀饬康ピ笥杉す馓讲馄鹘邮眨患す馓讲馄鹘觳獾降募す饽芰孔晃缧藕牛莆寮觳庑藕牛黄寮觳庑藕磐ü寮觳庑藕呕卮？榇偷狡逍藕沤邮漳？椋⒂善逍藕糯砟？槎云寮觳庑藕沤写恚卸鲜欠翊嬖赟F6气体泄漏；所述特定波长为SF6气体的峰值吸收波长。
2.根据权利要求1所述的SF6气体泄漏监测系统，其特征在于，所述激光发射模块包括激光器、聚焦设备和激光耦合器，从激光器生成的激光通过聚焦设备进行聚焦；再通过激光耦合器将聚焦后的激光耦合到光纤中。
3.根据权利要求2所述的SF6气体泄漏监测系统，其特征在于，所述激光发射�？榛拱üβ士刂破鳎糜诳刂萍す馄魃傻募す夤β省�
4.根据权利要求1所述的SF6气体泄漏监测系统，其特征在于，所述气体检测信号通过气体检测信号回传模块传送到气体信号接收�？椋咛逦醋栽冻讨斩说ピ钠寮觳庑藕磐ü逍藕沤邮漳？樵黾颖昙牵莆斜昙堑钠寮觳庑藕牛扛霰昙嵌杂σ桓鲈冻讨斩说ピ黄逍藕沤邮漳？橥苯邮斩喔鲈冻讨斩说ピ牡缧藕牛虬凑帐奔湫蛄蟹绞椒直鸾邮斩喔鲈冻讨斩说ピ钠寮觳庑藕�。
5.根据权利要求1所述的SF6气体泄漏监测系统，其特征在于，所述气体信号处理�？榘� 信号预处理�？椋糜诙云寮觳庑藕沤新瞬ù恚� 特征提取�？椋糜诙跃ご砗蟮钠寮觳庑藕盘崛√卣魇荩� 信号比较�？椋糜诮崛〉拇馄宓奶卣魇萦朐は却娲⒌腟F6气体特征数据进行特征比较。
6.根据权利要求1所述的SF6气体泄漏监测系统，其特征在于，所述气体测量单元为一个有孔容器，激光源、激光探测器分别固定在有孔容器的两端；从激光源中出来的激光经有孔容器后由激光探测器接收，为待测气体的气体检测信号；所述待测气体的气体检测信号通过气体检测信号回传模块传送到气体信号接收�？椋善逍藕沤邮漳？椴⒃黾颖昙牵俅偷狡逍藕糯砟？�。
7.根据权利要求1所述的SF6气体泄漏监测系统，其特征在于，所述气体测量单元由一个充满参考气体的密封容器、一个有孔容器及一个分光装置组成；所述激光探测器由第一激光探测器和第二激光探测器组成；分光装置固定在密封容器、有孔容器的一端，第一激光探测器固定在密封容器的另一端，第二激光探测器固定在有孔容器的另一端；激光源固定在分光装置的一侧；从激光源中出来的激光经分光装置分成相同波长的两束激光，其中一束经密封容器后由第一激光探测器接收，作为参考信号；另一束经有孔容器后由第二激光探测器接收，为待测气体的气体检测信号；所述参考信号和待测气体的气体检测信号通过气体检测信号回传�？榇偷狡逍藕沤邮漳？椋善逍藕沤邮漳？樵黾颖昙牵俅偷狡逍藕糯砟？�。
8.根据权利要求1所述的SF6气体泄漏监测系统，其特征在于，所述激光探测器还连接有探测灵敏度调整装置，用于调整激光探测器接收到的激光能量的灵敏度。
9.根据权利要求1所述的SF6气体泄漏监测系统，其特征在于，所述正向激光传输�？榘ü庀�、分光器，所述分光器将激光束接入到多个远程终端单元的激光源中；所述分光器将激光束接入到多个远程终端单元的激光源的方式为同时接入或以序列方式接入。
10.根据权利要求9所述的SF6气体泄漏监测系统，其特征在于，所述正向激光传输�？榛拱ḿす饽芰糠糯笞爸茫黾す饽芰糠糯笞爸糜糜谠黾哟臃止馄鞒隼吹募す馐哪芰�。
全文摘要
本发明公开了一种SF6气体泄漏监测系统，包括主机部分、远程终端部分和信号传输部分，所述主机部分包括激光发射�？�、气体信号接收�？�、气体信号处理模块；所述远程终端部分包括至少一个远程终端单元；每个远程终端单元包括激光源、激光探测器和气体测量单元；所述信号传输部分包括正向激光传输�？楹推寮觳庑藕呕卮？椤Ｓ胂钟屑际跸啾龋痉⒚骺梢哉媸档丶嗫乇患嗖獾愕腟F6泄漏情况，可以实现SF6气体泄漏状况的自动监测，减少了工作人员的现场巡视检修次数。
文档编号G01M3/02GK103063368SQ20121056076
公开日2013年4月24日申请日期2012年12月20日优先权日2012年12月20日
发明者刘希喆, 陈睿, 潘霞远申请人:华南理工大学

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一种sf6气体泄漏监测系统的制作方法