CN105181599A

CN105181599A - 一种基于光电转换技术的红外sf6气体检测装置

Info

Publication number: CN105181599A
Application number: CN201510550545.4A
Authority: CN
Inventors: 王国建
Original assignee: WUXI HUAHONG INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Huahong Information Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: CN105181599B

Abstract

本发明公开了一种基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置，红外光源所发射的红外光沿其传输路径所依次经过的第一透镜、SF6气室、光栅、第二透镜、光电转换模块，其中，光电探测模块采用热释电模块；光电转换模块包括光学分束器、光学耦合***、自检触发光源驱动电路、光电转换电路、同步电路与信号处理和输出电路；SF6气室中的故障模型为金属突出物；金属突出物为复合结构，内部金属电极基体为镍合金，表面由内向外以此包覆有铝、铜及石墨烯；本发明解决了现有SF6气体分解物检测方面存在的不足，有效地提高了现场SF6气体分解物检测效果和降低了检测难度，缩短了检测的周期，并能实现SF6气体状态的连续在线监测和分析判断功能。

Description

一种基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置

技术领域

本发明涉及SF6气体的检测技术领域，特别是基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置。

背景技术

在电力技术领域中，气体绝缘全封闭式组合电器（Gas-insulatedMetal-enclosedSwitchgear，GIS）结构紧凑、绝缘性能稳定、断流能力强、重燃率低、运行可靠，被广泛应用于高压和超高压电力***中；GIS采用SF6作为绝缘和灭弧介质，其优异特性也主要来源于SF6的高耐电强度和强灭弧性能特性；当GIS中存在放电或过热故障时，会引起SF6气体在一定程度上发生分解，不仅造成GIS绝缘性能降低，还可能引发严重的故障。

目前，压电复合材料电极制备一般采用磁控溅射薄膜沉积技术，但该技术存在以下不足：（1）对设备和场地要求高；（2）电极原材料的利用率和生产效率较低；（3）获得的电极与压电复合材料的结合力较差；复合材料中既含有锆钛酸铅（PZT）陶瓷又含有有机聚合物；对于聚合物材料，采用常规湿法化学沉积技术，其预处理过程需要经过几到几十分钟60-75℃的粗化处理

随着自动控制和微电子技术的发展，越来越多的设备需要在强酸、强碱、腐蚀性气氛、高温等恶劣环境下工作；无论是大型输电线路、常规工业仪器，还是微电子器件和电路都离不开连接各个元件和线路的插座、插头及电极(下面统称电极)；由于需随时、频繁切换，通常无法将设备中的电极等材料严格密封起来，但是电极若裸露或密封不佳时，其材料表面极易受环境中的介质腐蚀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置，装置包括光源，光源所发射的红外光沿其传输路径所依次经过的第一透镜、SF6气室、光栅、第二透镜、光电转换模块，其中，光电探测模块采用热释电模块；

光电转换模块包括光学分束器、光学耦合***、自检触发光源驱动电路、光电转换电路、同步电路与信号处理和输出电路，光学分束器上设置有自检触发光源和光探测器，自检触发光源通过自检触发光源驱动电路与同步电路连接，光探测器与光电转换电路连接，光电转换电路分别于同步电路和信号处理和输出电路连接，光学分束器设置在光电转换模块与第二透镜之间；

光电转换模块还通过光纤连接至数据处理模块，红外光源选择中红外光波段，红外光源选择硅碳棒或金属丝灯，并利用聚光罩，将红外光源的辐射汇聚到一个方向上；SF6气室中的故障模型为金属突出物；

金属突出物为复合结构，内部金属电极基体为镍合金，表面由内向外以此包覆有铝、铜及石墨烯，其制备工艺具体为：

a：将金属电极基体进行铣面，将包铝板与金属电极基体焊接在一起，通过热轧工艺对金属电极基体完成铝包覆工艺；

b：对包覆过的金属电极基体进行除油处理，除油液的组成为：无水碳酸钠（Na2CO3）40-60g/L，磷酸钠（Na3PO4·12H2O）40-60g/L，氢氧化钠（NaOH）10-50g/L，硅酸钠（Na2SiO3·9H2O）5-20g/L，OP-10乳化剂1-3ml/L，30-40℃，除油时间为5-10分钟；

c：对金属电极基体进行亲水处理，亲水处理液的组成为：乙腈（C2H3N）10-20%，二氯甲烷（CH2Cl2）5-10%，N,N-二甲基甲酰胺（C3H7NO）70-85%，30-40℃，亲水时间为3-5分钟；

d：对金属电极基体进行粗化处理，粗化液的组成为：氢氟酸（HF40%）100-250ml/L，氟化氢铵（NH4·HF2）10-20g/L，室温，粗化时间3-5分钟；

e：对金属电极基体进行胶体钯活化，胶体钯溶液的组成为：二氯二氨钯（Pd(NH3)2Cl2）0.05-1.0g/L，氯化亚锡（SnCl2·2H2O）8-16g/L，盐酸10-60ml/L，锡酸钠（Na2SnO3·3H2O）0.4-0.8g/L，氯化钠（NaCl）100-150g/L，30-35℃，活化时间为3-5分钟；

f：对金属电极基体解胶后进行化学镀处理，沉积铜溶液组成为：硫酸铜（CuSO4·5H2O）10-15g/L，乙二胺四乙酸二钠（EDTA·2Na）29-44g/L，乙醛酸（C2H2O3）7-12g/L，亚铁***10-20mg/L，a,a’-联吡啶10-30mg/L，pH13-14，30-40℃，沉积时间为10-60分钟；

g：将金属电极基体放置在氢气和氩气混合气体中，待温度升到900-1200℃后，先令金属退火一段时间，后通入乙炔碳源，碳源发生裂解并在金属铜的催化作用下在金属表面生长石墨烯，即完成金属突出物的制备。

技术效果：本发明中选用镍合金作为电极基体，由于镍合金的特殊属性，便于加工制造，镍合金电极在放电过程中出现大电流放电的次数较多,引起CF₄的产生速率极高，尤其镍合金在放电初期SO₂F₂与SOF₂的产气速率最大,并随放电时间的增长有减缓趋势;

而铝材料由于能够发生放热反应,在反应过程中存在热效应,使得SOF₂与SO₂F₂的产气速率均能够具有增长趋势；同时配合铜电极下SO₂F₂与SOF₂的产气速率均具呈线性增长趋势,且SO₂F₂的产气量大大提高；

同时，石墨烯室温下的电阻率约为~10-8Ω·m，可承受高达108A/cm2的电流密度，因此石墨烯-铜复合结构具有较好的导电能力；石墨烯sp2杂化的C原子均形成饱和键，因此具有较高的化学稳定性，不易被腐蚀；

石墨烯制备工艺简单，同时主要加工原料价格低廉，因此石墨烯-铜复合结构的成本远低于贵金属电极；

石墨烯具有较高的机械强度，抗断强度可达40N/m，摩擦系数较小，因此石墨烯-铜复合结构的电极耐磨损能力优良；

本发明有机的结合了SOF₂与SO₂F₂的产气规律,充分考虑了SF6气体局部放电初级-中期-后期不同阶段的重要特征，金属电极性能大大提高。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，前述的基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置，中红外光波段选择6-14微米范围。

前述的基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置，装置对气室内分解物的检测针对的是气室内SF6气体中四氟化硫酰SOF4、氟化亚硫酰SOF2、氟化硫酰SO2F2和二氧化硫SO2四种气体分解物的含量。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置，装置包括光源，光源所发射的红外光沿其传输路径所依次经过的第一透镜、SF6气室、光栅、第二透镜、光电转换模块，其中，光电探测模块采用热释电模块；

b：对包覆过的金属电极基体进行除油处理，除油液的组成为：无水碳酸钠（Na2CO3）45g/L，磷酸钠（Na3PO4·12H2O）45g/L，氢氧化钠（NaOH）25g/L，硅酸钠（Na2SiO3·9H2O）18g/L，OP-10乳化剂2ml/L，30-40℃，除油时间为7分钟；

c：对金属电极基体进行亲水处理，亲水处理液的组成为：乙腈（C2H3N）10-20%，二氯甲烷（CH2Cl2）7%，N,N-二甲基甲酰胺（C3H7NO）81%，35℃，亲水时间为4分钟；

d：对金属电极基体进行粗化处理，粗化液的组成为：氢氟酸（HF40%）185ml/L，氟化氢铵（NH4·HF2）15g/L，室温，粗化时间4分钟；

e：对金属电极基体进行胶体钯活化，胶体钯溶液的组成为：二氯二氨钯（Pd(NH3)2Cl2）0.55g/L，氯化亚锡（SnCl2·2H2O）12g/L，盐酸35ml/L，锡酸钠（Na2SnO3·3H2O）0.6g/L，氯化钠（NaCl）125g/L，32℃，活化时间为3分钟；

f：对金属电极基体解胶后进行化学镀处理，沉积铜溶液组成为：硫酸铜（CuSO4·5H2O）12g/L，乙二胺四乙酸二钠（EDTA·2Na）36g/L，乙醛酸（C2H2O3）11g/L，亚铁***16mg/L，a,a’-联吡啶26mg/L，pH14，33℃，沉积时间为35分钟；

g：将金属电极基体放置在氢气和氩气混合气体中，待温度升到1050℃后，先令金属退火一段时间，后通入乙炔碳源，碳源发生裂解并在金属铜的催化作用下在金属表面生长石墨烯，即完成金属突出物的制备。

实施例2

光电转换模块还通过光纤连接至数据处理模块，红外光源选择中红外光波段，中红外光波段选择6-14微米范围，红外光源选择硅碳棒或金属丝灯，并利用聚光罩，将红外光源的辐射汇聚到一个方向上；SF6气室中的故障模型为金属突出物，装置对气室内分解物的检测针对的是气室内SF6气体中四氟化硫酰SOF4、氟化亚硫酰SOF2、氟化硫酰SO2F2和二氧化硫SO2四种气体分解物的含量。

b：对包覆过的金属电极基体进行除油处理，除油液的组成为：无水碳酸钠（Na2CO3）55g/L，磷酸钠（Na3PO4·12H2O）56g/L，氢氧化钠（NaOH）36g/L，硅酸钠（Na2SiO3·9H2O）15g/L，OP-10乳化剂2ml/L，35℃，除油时间为7分钟；

c：对金属电极基体进行亲水处理，亲水处理液的组成为：乙腈（C2H3N）15%，二氯甲烷（CH2Cl2）7%，N,N-二甲基甲酰胺（C3H7NO）82%，31℃，亲水时间为5分钟；

d：对金属电极基体进行粗化处理，粗化液的组成为：氢氟酸（HF40%）165ml/L，氟化氢铵（NH4·HF2）17g/L，室温，粗化时间5分钟；

e：对金属电极基体进行胶体钯活化，胶体钯溶液的组成为：二氯二氨钯（Pd(NH3)2Cl2）0.65g/L，氯化亚锡（SnCl2·2H2O）11g/L，盐酸65ml/L，锡酸钠（Na2SnO3·3H2O）0.5g/L，氯化钠（NaCl）131g/L，31℃，活化时间为5分钟；

f：对金属电极基体解胶后进行化学镀处理，沉积铜溶液组成为：硫酸铜（CuSO4·5H2O）11g/L，乙二胺四乙酸二钠（EDTA·2Na）31g/L，乙醛酸（C2H2O3）11g/L，亚铁***13mg/L，a,a’-联吡啶35mg/L，pH13.5，31℃，沉积时间为56分钟；

g：将金属电极基体放置在氢气和氩气混合气体中，待温度升到1150℃后，先令金属退火一段时间，后通入乙炔碳源，碳源发生裂解并在金属铜的催化作用下在金属表面生长石墨烯，即完成金属突出物的制备。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置，其特征在于，所述装置包括光源，所述光源所发射的红外光沿其传输路径所依次经过的第一透镜、SF6气室、光栅、第二透镜、光电转换模块，其中，所述光电探测模块采用热释电模块；

所述光电转换模块包括光学分束器、光学耦合***、自检触发光源驱动电路、光电转换电路、同步电路与信号处理和输出电路，所述光学分束器上设置有自检触发光源和光探测器，所述自检触发光源通过自检触发光源驱动电路与同步电路连接，所述光探测器与光电转换电路连接，所述光电转换电路分别于同步电路和信号处理和输出电路连接，所述光学分束器设置在光电转换模块与第二透镜之间；

所述光电转换模块还通过光纤连接至数据处理模块，所述红外光源选择中红外光波段，所述红外光源选择硅碳棒或金属丝灯，并利用聚光罩，将红外光源的辐射汇聚到一个方向上；所述SF6气室中的故障模型为金属突出物；

所述金属突出物为复合结构，内部金属电极基体为镍合金，表面由内向外以此包覆有铝、铜及石墨烯，其制备工艺具体为：

b：对包覆过的金属电极基体进行除油处理，除油液的组成为：无水碳酸钠（Na2CO3）40-60g/L，磷酸钠（Na3PO4·12H2O）40-60g/L，硅酸钠（Na2SiO3·9H2O）5-20g/L，OP-10乳化剂1-3ml/L，30-40℃，除油时间为5-10分钟；

e：对金属电极基体进行胶体钯活化，胶体钯溶液的组成为：二氯二氨钯（Pd(NH3)2Cl2）0.05-1.0g/L，盐酸10-60ml/L，锡酸钠（Na2SnO3·3H2O）0.4-0.8g/L，氯化钠（NaCl）100-150g/L，30-35℃，活化时间为3-5分钟；

2.根据权利要求1所述的基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置，其特征在于，所述中红外光波段选择6-14微米范围。

3.根据权利要求1所述的基于光电转换技术的红外SF6气体检测装置，其特征在于，所述装置对气室内分解物的检测针对的是气室内SF6气体中四氟化硫酰SOF4、氟化亚硫酰SOF2、氟化硫酰SO2F2和二氧化硫SO2四种气体分解物的含量。