ZnO薄膜声表面波型SF6气体传感器的研究

提出了一种基于ZnO薄膜的声表面波型SF6气体传感器.将利用微乳液法制备的ZnO颗粒制作在声表面波器件上,形成了一种对SF6气体具有物理吸附和脱吸附作用的ZnO薄膜.应用小波函数加权的输入换能器和具有抑制体声波作用的多条耦合器到声表面波器件中,传感器的频率响应特性得到了提高.声表面波器件的双声路结构消除了因外界测量条件改变引起的测量误差,进一步提高了传感器的可靠性和准确性.实验结果表明,基于ZnO薄膜的声表面波型SF6气体传感器具有较好的重复性和较强的连续测量特性,在测量范围内对各种浓度的SF6气体具有好的响应特性,传感器在φ(SF6)为0.5×10-6到20×10-6范围内的线性灵敏度大约为7.3 kHz/10-6,但对CO2、N2具有一定的交叉灵敏度.

煤矿SF6示踪气体传感器标定测试系统设计

设计了一套转换标定测试系统实现对SF6气体传感器的标定。利用测试系统中的循环泵、恒温箱和减压阀等实现不同流速、温度和压力作用下的传感器的标定。通过试验数据处理,得到流速对传感器准确度影响很小,并且修正了温度对传感器的准确度影响。

高压SF6开关设备气体分解物浓度在线监测装置研制

高压SF_6断路器气体分解产物体积分数是SF_6断路器内部放电模式和放电能量的重要判据。为了通过SF_6气体分解产物实现SF_6断路器的运行状态在线监测,文中研制了一种基于碳纳米材料的电离式碳纳米管传感器和一套用于检测传感器输出微电流的检测装置。笔者以SF_6气体重要的分解产物之一SOF_2作为被测气体进行实验测试,结果表明,电离式碳纳米管传感器输出电流与SOF_2气体体积分数成单值关系,其电流大小能够反映出SOF_2气体体积分数;文中开发的微电流检测装置能够完成传感器输出的纳安级微弱电流的检测,具有较高的检测精度。该检测装置可用于实时监测SF_6气体分解生成的SOF_2气体体积分数,为研究SF_6断路器内部放电和实现SF_6气体分解物在线监测提供了可能。

GIS室环境中SF6、O2浓度及温湿度的监控和报警研究

本文以实际工作环境为背景,设计完成了一整套能够对环境中SF6、O2、温度、湿度进行监测,并定位显示报警的在线监控系统,并对其工作原理、组网、试验结果,实际应用及效果等方面作出了分析和阐述。

六氟化硫气体在线监测的研究

在实验室建立SF6气体密度和湿度测试系统,模拟研究了变电站现场条件下压力、温度对SF6气体湿度值的影响。采用压力、湿度、温度组合传感器和数字电路,开发出数字式SF6气体在线监测装置,与目前使用的国内外测量仪器对比测试结果表明,该装置可实现变电站内SF气体状态的远方在线监测。

一种新型碳纳米管气体传感器的响应特性研究

基于碳纳米管(CNTs)气体传感器的SF6气体分解产物检测技术,是诊断GIS绝缘缺陷引起的局部放电的有效手段。开展传感器对SF6分解气体响应特性的研究,对于将该技术应用于GIS局部放电的监测具有重要意义。笔者测量了CNTs气体传感器对4种标准气体(HF、SO2F2、SOF2/S2OF10、SO2)的响应,并建立了由GIS模拟罐体、基于脉冲电流法的局放仪和CNTs气体传感器构成的实验系统,测量了CNTs气体传感器对局部放电形成的SF6分解气体的响应,研究了传感器在多次测量中的重复性以及其响应随局放的变化规律。结果表明,在SO2F2和SOF2/S2OF10气体环境中传感器响应特性明显,且对SO2F2更加灵敏;SO2和HF则基本不引起传感器的电导变化。传感器能够成功检测到针板电极模型引起的局部放电,传感器的电导值随着放电时间的增加而逐渐增加,其响应也随着局部放电能量的增加近似呈线性增加的趋势,最终传感器响应出现饱和趋势。传感器的测量具有重复性,两次测量相差低于0.5%。SF6气体分解产物的气相色谱及红外光谱分析证实了上述结果的合理性。文中使用的标准气体浓度较低,因此关于SO2和HF无法引起传感器响应的结果仍需要利用高浓度标准气体进一步验证。

高压断路器SF_6气体在线监测系统研究

为解决户外运行开关设备在气温变化时腔体内SF_6气体所含水分会凝结在固体介质表面,同时气体密度变化也会影响开关可靠动作,严重时威胁设备安全运行的问题,采用先进的温湿度、压力等传感器,设计了无线射频收发电路及数据采集电路,开发了集成度较高的一体化高压断路器SF_6气体在线监测系统。通过无线组网,实时在线监测SF_6气体的密度及含水量变化,监测气体的微量泄漏,并在某500kV变电站进行了现场试验。结果表明,监测系统中的设备运行稳定、数据准确,达到了技术要求。

SF_6分解物检测中红外和电化学SO_2传感器性能的研究

利用动态配气系统将指定浓度的SO_2气体导入分解物检测仪中,对比研究了以SF_6气体为底气时SO_2红外和电化学传感器的准确性、稳定性和响应时间等测量特征。通过对以SF_6和N2为底气的SO_2气体浓度的反复测量,探究了由于SO_2和SF_6气体吸收红外光波长较为接近,SF_6气体对SO_2红外传感器测量性能的影响;实验表明:二种气体的交叉影响使得SO_2红外传感器的测量稳定性发生劣化。此外,通过对同一测量条件下多台SO_2电化学法传感器的测试,验证了传感器性能对比实验中,个性差异较大的SO_2电化学传感器所表现出的测量特性具有一定共性,并在文末给出了提高电化学传感器测量准确性的可行建议。

光学式SF_6断路器的泄漏检测技术

为了更加及时准确地检测SF6断路器的泄漏情况以及气室内SF6气体的体积分数,在分析了现有SF6断路器检漏技术的基础上,主要利用红外吸收光谱法,设计出了全光纤光学式SF6红外气体传感器及SF6气体体积分数检测系统。仿真及实验研究结果表明,SF6与空气的混合气体中的SF6气体的体积分数<10-3时,SF6气体体积分数与吸光度满足线性关系。所以可以应用该技术对装有SF6断路器的室内进行气体体积分数检测,而且该检测系统具有极其明显的技术优势和广泛的应用价值。

检测SF_6气体局部放电的多壁碳纳米管薄膜传感器

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)的局部放电检测和气体组分分析,对设备运行状态的诊断和评估有着重要的意义。提出一种新的SF6气体中局部放电产生的分解气体检测方法,并研制用于检测SF6局部放电的多壁碳纳米管薄膜传感器。采用一种混酸修饰方法实现了对碳纳米管的官能化修饰,对修饰前后的碳纳米管进行了透射电镜和红外光谱分析。在实验室采用SF6气体分解组分试验装置,对研制的多壁碳纳米管薄膜传感器进行了分解气体检测试验,试验结果表明,研制的MWNTs传感器缺陷多,并含有活性官能团,对SF6气体分解组分吸附能力强,表现出良好的灵敏度和快速响应特性,能反映出分解气体组分的总体情况。

电流型EVT传感头的设计及性能分析

介绍了电流型电子式电压互感器(EVT)的结构,并设计了一种应用于电流型EVT的SF6同轴圆筒形电容传感头。研究了传感头的组成原理,并对其电场分布和屏蔽性能进行了仿真分析,结果表明该传感头的绝缘性能满足要求,且具有抗外电场干扰能力强的优点。分析了影响传感头性能的主要因素,其中SF6压力变化造成传感头电容量改变,应通过监测气体压力信号实现误差校正;环境温度变化影响传感器的电极尺寸和电容量的稳定性,应采用低膨胀材料或进行温度补偿;高、低压电极不同轴会产生电容量误差以及影响传感头的绝缘性能,应对其进行严格控制。所作的分析为传感头的制作和应用提供了重要的理论依据。

基于第一性原理的金掺杂石墨烯对SF_6分解组分的气敏分析

六氟化硫(SF_6)分解组分检测是诊断气体绝缘设备早期潜伏性绝缘故障的最佳方式之一,通过发现早期潜伏性故障可以有效避免突发性事故的发生。功能化石墨烯作为气敏材料在传感器方面展现了良好的应用前景。因此,该文基于第一性原理计算分析了功能化石墨烯基材料即Au原子掺杂石墨烯对SF_6分解组分SO_2F_2、SOF_2、SO_2和H2S的气敏响应特性。理论计算了分解组分的分子吸附能,净电荷转移量,电子态密度,Mulliken电荷布居数,自旋磁矩,最高已占轨道,最低未占轨道等一系列表征气敏响应特性参量。结果表明:SO_2F_2、SOF_2和H2S三种特征气体在Au掺杂石墨烯(金掺杂石墨烯)表面的吸附为较强烈的化学吸附效应,作用强度SO_2F_2>H2S>SOF_2,而SO_2在Au掺杂石墨烯表面的吸附作用介于物理吸附效应与化学吸附的临界状态。金掺杂石墨烯对SO_2F_2表现出良好的选择性和较高的灵敏性。仿真所得Au掺杂石墨烯对SF_6分解组分气敏响应特性结果,对实验探究用于SF_6绝缘设备的Au掺杂石墨烯气敏传感器具有重要指导作用。

羟基修饰单壁碳纳米管对SF_6局部放电分解组分气敏特性的研究

为了从混合气体组分中检测出气体绝缘组合电器(GIS)中的SF6气体在局部放电作用下分解产生的特征气体组分,将纳米气敏传感技术用于SF6分解特征组分的检测。在分析现有的SF6分解气体特征组分检测方法不足的基础上,研制了羟基修饰的单壁碳纳米管(SWNT-OH)气敏传感器,并对SOF2、SO2F2、SO2和CF4等4种SF6分解组分进行了气敏实验。得到的实验结果表明:在测试的4种主要分解组分中,SWNT-OH气敏传感器对SO2电阻变化率最大,响应时间最短;SWNT-OH气敏传感器的电阻变化率与SO2的体积分数之间满足一定的线性关系;且传感器在空气中可以自恢复,恢复时间短,并在一定程度上满足稳定性的要求。SWNT-OH气敏传感器对SO2表现出了较好的气敏传感性能,在SF6分解特征组分检测方面有着较好的应用前景。

基于差分吸收检测技术的非色散红外SF_6传感器

基于非色散红外吸收原理,以电调制红外光源、采样气室和双元红外探测器组成的红外传感模块为核心,利用差分吸收检测技术设计了一种小型化高性能的SF_6气体传感器。利用标准气体进行浓度标定,拟合了SF_6气体浓度与电压关系曲线,实现了对SF_6气体浓度的准确检测。根据传感器检测误差随环境温度变化的规律,系统研究了温度补偿方法,有效提高了传感器在不同温度下的检测精度。实验结果表明,该传感器系统在环境温度10℃~40℃、气体浓度0~2 500×10^(-6)范围内的检测精度小于±50×10^(-6),分辨率为1×10^(-6),系统响应时间小于5 s,具有良好的重复性和稳定性。

高压开关配电室SF_6环境监测系统的设计

介绍了高压开关配电室SF6环境监测系统的组成、主要功能、工作原理及设计思想。系统应用电化学SF6浓度传感器,采用热裂解-电化学复合检测技术对高压开关配电室环境中SF6浓度实时进行监测,同时监测氧气含量、温度、湿度等参数,并且当配电室环境中SF6浓度、氧气含量超过标准时,自动启动现场排风扇进行排风,确保进入现场的工作人员的人身安全。系统具有性能稳定、测量准确、数据可靠、安装方便、结构紧凑、抗干扰能力强等特点,可广泛应用于电厂、变电站及高压开关生产厂家。

碳纳米管传感器检测SF_6放电分解组分的实验研究

研制了一种用浓硫酸和浓硝酸修饰,以印制电路板为基底,用于检测SF6局部放电分解组分的碳纳米管传感器。分析了碳纳米管膜的导电模型,并通过真空下传感器的温度特性试验,对修饰前后的碳纳米管传感器的电阻随温度变化的关系进行了分析。在实验室采用SF6放电分解试验装置,用碳纳米管传感器对分解组分进行检测,结果表明用经混酸修饰后的样品制作出的传感器对SF6放电分解组分表现出较好的吸附性。此外,研究了温度对传感器吸附性能的影响,结果表明,温度在85℃时传感器表现出最强的吸附性。

光子晶体光纤SF_6气体传感器设计与泄漏监控网络

应用在大量电力设备中的SF6气体泄漏不可避免。针对现有电化学和负电晕放电等气体泄漏检测技术存在的测量精度低、实时性差等问题,设计了一种新型光子晶体光纤SF6气体传感器,并采用谐波检测方法和计算机无线传输网络构建了远程实时监控系统。实验表明:气体检测相对误差在2%以内,SF6体积分数大于10-3时能实时报警,同时开启风机,系统具有极好的应用前景。

SF_6电气设备中分解物SO_2的在线监测技术及应用

为通过检测SF6分解产物来判断SF6电气设备绝缘故障,针对目前SF6电气设备分解产物检测方法存在难以及时预测和发现SF6电气设备内部的绝缘故障问题,根据SO2监测方法和SF6故障分解物产生的机理,开发了一套在线监测SO2含量装置,在保证气路密封性和传感器正常运行下,设计了独特的气路结构,实现了检测气体循环利用的同时,克服了电化学传感器在绝氧环境中使用的瓶颈,解决了SO2检测电路设计中的老化零漂、交叉干扰和微弱信号检测问题,并提出了报警判断模型,在完成传感器标定后进行了测试试验,验证了该装置的可行性。

电化学传感器检测SF_6分解产物的影响因素及现场应用

介绍了高压电器设备中SF6气体分解产物常用检测方法,重点描述了电化学气体传感器法在检测SF6分解产物方面的原理、应用及影响因素。通过采用电化学传感器法进行的现场实际检测、分析及其与设备解体后实际情况的对比,讨论了电化学传感器法在SF6电气设备潜伏性故障诊断方面的优势和不足。

室内SF_6、氧气在线监测系统的设计

该文介绍了室内SF6、氧气在线监测、报警系统的设计方法,解决了无人值班的变电站内可能存在的SF6气体慢性泄漏问题。