專利名稱：一種sf6氣體泄漏監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電氣設備的檢測領域，特別涉及一種用于檢測電氣設備中六氟化硫(SF6)氣體泄漏的檢測系統。
背景技術：
SF6作為新一代的電氣絕緣介質，具有超強的絕緣能力和滅弧能力，并具有不燃性，在20世紀60年代首先在斷路器和組合電器中使用，近年來擴大應用于變壓器、電纜等，SF6氣體絕緣設備，包括變壓器、斷路器、互感器、GIS(氣體絕緣全封閉組合電器)，已成為高壓設備的主要發展方向。目前應用于SF6電氣設備故障氣體的分析方法主要有氣相色譜法、氣相色譜-質譜連用法、紅外光譜法、電化學分析法、化學顯色法等。聲波法是利用聲波在SF6氣體中傳播的速度比在大氣中傳播的速度慢的特點，進行檢測，其檢測SF氣體泄漏的靈敏度低；而且只適合小區域泄漏定位，不適合大面積在線監控。電化學氣體傳感器是通過檢測電流來檢測氣體的濃度，是一種非專用SF6檢測用，不適合長時間在線監測。紫外電離法是加入某種物質，利用SF6氣體吸附特性，檢測吸附物的濃度，其檢測靈敏度高，但是由于需要加入特殊物質，不適合在線監控。電子捕獲法是利用SF6氣體的電負性，即SF6氣體分子可捕獲自由運動電子的特性來測量SF6氣體的濃度。這種方法的靈敏度高；但是測量設備體積大，只適合實驗室高精度檢測，不適合大面積在線監測。還有一種通過吸收光譜來測量SF6氣體泄漏的方法。由于氣體原子都有固定的光譜吸收特性，因此可以光譜方法測量。在這種方法中，通常需要將激光束發射到氣體中，然后對接收端的信號進行分析。典型代表是激光成像法，即利用SF6氣體對某一紅外光譜的強烈吸收特性，對探測區域進行光譜成像來實現SF氣體泄漏的定性檢測。這種激光成像方法靈敏度高，但是只適合小區域泄漏定位，不適合大面積在線監測。以上方法大多只能在需要監測SF6氣體泄漏的監測點現場檢測SF6氣體泄漏；或者需要將監測點的帶檢測氣體抽到一個封閉容器中，將封閉容器帶回實驗室進行測量。由于多個電氣設備常常分布在一個較大的地理范圍內，若需要對多個電氣設備的SF6氣體泄漏進行監測，傳統的SF6氣體泄漏檢測方法每次都需要工作人員到監測點現場進行處理。因此為了提高SF6氣體泄漏檢測的工作效率，需要一種能夠無需工作人員到現場巡檢，而且可以同時對多個不同地理位置的SF6氣體泄漏進行檢測的方法。
實用新型內容為了克服現有技術的上述缺點與不足，本實用新型的目的在于提供一種SF6氣體泄漏監測系統，能對多個監測點進行遠程在線監測。本實用新型的目的通過以下技術方案實現:一種SF6氣體泄漏監測系統，包括主機部分、遠程終端部分和信號傳輸部分，所述主機部分包括激光發射模塊、氣體信號接收模塊、氣體信號處理模塊；[0010]所述遠程終端部分包括至少一個遠程終端單元；每個遠程終端單元包括激光源、激光探測器和氣體測量單元；所述信號傳輸部分包括正向激光傳輸模塊和氣體檢測信號回傳模塊；所述激光發射模塊將發射的特定波長的激光通過正向激光傳輸模塊傳輸到遠程終端單元的激光源，激光源將特定波長的激光傳送到氣體測量單元中，特定波長的激光穿過氣體測量單元后由激光探測器接收；激光探測器將檢測到的激光能量轉換為電信號，稱為氣體檢測信號；氣體檢測信號通過氣體檢測信號回傳模塊傳送到氣體信號接收模塊，并由氣體信號處理模塊對氣體檢測信號進行處理，判斷是否存在SF6氣體泄漏；所述特定波長為SF6氣體的峰值吸收波長。進一步的，所述激光發射模塊包括激光器、聚焦設備和激光耦合器，從激光器生成的激光通過聚焦設備進行聚焦；再通過激光耦合器將聚焦后的激光耦合到光纖中。進一步的，所述激光發射模塊還包括功率控制器，用于控制激光器生成的激光功率。所述氣體檢測信號通過氣體檢測信號回傳模塊傳送到氣體信號接收模塊，具體為:來自遠程終端單元的氣體檢測信號通過氣體信號接收模塊增加標記，稱為帶有標記的氣體檢測信號，每個標記對應一個遠程終端單元；氣體信號接收模塊同時接收多個遠程終端單元的電信號，或按照時間序列方式分別接收多個遠程終端單元的氣體檢測信號。進一步的，所述氣體信號處理模塊包括信號預處理模塊，用于對氣體檢測信號進行濾波處理；特征提取模塊，用于對經預處理后的氣體檢測信號提取特征數據；信號比較模塊，用于將提取的待測氣體的特征數據與預先存儲的SF6氣體特征數據進行特征比較。優選的，所述氣體測量單元為一個有孔容器，激光源、激光探測器分別固定在有孔容器的兩端；從激光源中出來的激光經有孔容器后由激光探測器接收，為待測氣體的氣體檢測信號；所述待測氣體的氣體檢測信號通過氣體檢測信號回傳模塊傳送到氣體信號接收模塊，由氣體信號接收模塊并增加標記，再傳送到氣體信號處理模塊。優選的，所述氣體測量單元由一個充滿參考氣體的密封容器、一個有孔容器及一個分光裝置組成；所述激光探測器由第一激光探測器和第二激光探測器組成；分光裝置固定在密封容器、有孔容器的一端，第一激光探測器固定在密封容器的另一端，第二激光探測器固定在有孔容器的另一端；激光源固定在分光裝置的一側；從激光源中出來的激光經分光裝置分成相同波長的兩束激光，其中一束經密封容器后由第一激光探測器接收，作為參考信號；另一束經有孔容器后由第二激光探測器接收，為待測氣體的氣體檢測信號；所述參考信號和待測氣體的氣體檢測信號通過氣體檢測信號回傳模塊傳送到氣體信號接收模塊，由氣體信號接收模塊增加標記，再傳送到氣體信號處理模塊。所述激光探測器還連接有探測靈敏度調整裝置，用于調整激光探測器接收到的激光能量的靈敏度。所述正向激光傳輸模塊包括光纖、分光器，所述分光器將激光束接入到多個遠程終端單元的激光源中；所述分光器將激光束接入到多個遠程終端單元的激光源的方式為同時接入或以序列方式接入。所述正向激光傳輸模塊還包括激光能量放大裝置，所述激光能量放大裝置用于增加從分光器出來的激光束的能量。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點和有益效果:1、本實用新型的SF6氣體泄漏監測系統的激光信號采用光纖傳輸方式，而且激光信號直接傳送到監測點，不需要待監測區域的氣體采集或者抽送到其它位置，可以真實地監控被監測點的SF6泄漏情況，可以實現SF6氣體泄漏狀況的自動監測，減少了工作人員的現場巡視檢修次數。2、本實用新型的SF6氣體泄漏監測系統可以在監測點采用單個或者多個遠程終端單元對激光能量信號進行測量，通過多個激光能量信號之間的比較處理，可以提高SF6氣體檢測的穩定性。3、本實用新型的SF6氣體泄漏監測系統利用SF6氣體吸收光譜特性，采用特定波長(1050nm 1060nm)的激光作為SF6氣體檢測的介質，SF6氣體泄漏檢測的準確度得到大
幅度提升。
圖1為實施例1的SF6氣體泄漏監測系統的組成示意圖。圖2為實施例1的氣體測量單元示意圖。圖3為實施例2的氣體測量單元示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。實施例1如圖1所示，本實施例的SF6氣體泄漏監測系統，包括主機部分、遠程終端部分和信號傳輸部分。所述主機部分包括激光發射模塊、氣體信號接收模塊、氣體信號處理模塊；所述遠程終端部分包括至少一個遠程終端單元；每個遠程終端單元包括激光源、激光探測器和氣體測量單元；所述信號傳輸部分包括正向激光傳輸模塊和氣體檢測信號回傳模塊。所述激光發射模塊將發射的特定波長的激光通過正向激光傳輸模塊傳輸到遠程終端單元的激光源，激光源將特定波長的激光傳送到氣體測量單元中，特定波長的激光穿過氣體測量單元后由激光探測器接收；激光探測器將檢測到的激光能量轉換為電信號，稱為氣體檢測信號；氣體檢測信號通過氣體檢測信號回傳模塊傳送到氣體信號接收模塊，并由氣體信號處理模塊對氣體檢測信號進行處理，判斷是否存在SF6氣體泄漏。1、主機部分1.1激光發射模塊激光發射模塊包括激光器、聚焦設備、和激光耦合器，從激光器生成的激光通過聚焦設備進行聚焦；再通過激光耦合器將聚焦后的激光耦合到光纖中。特定波長的激光是指SF6氣體的峰值吸收波長，即1055nm附近的激光。具體來說，就是發射出來的激光的波長峰值為1055nm附近的激光，例如波長范圍為1050nm 1060nm的激光。1.2氣體信號接收模塊氣體信號接收模塊可以通過多種不同的方法接收SF6氣體檢測信號，例如有線傳輸網絡接收信號或者無線傳輸網絡。需要一個接收裝置，如網卡、調制解調器等來接收氣體檢測信號。一個接收裝置可以同時接收多個不同來源的信號。氣體信號接收模塊可以接收來自多個遠程終端單元的氣體檢測信號。如接收來自遠程終端單元1、遠程終端單元2和遠程終端單元N的氣體檢測信號通過氣體信號接收模塊增加標記，每個標記對應一個遠程終端單元，稱為帶有標記的氣體檢測信號，例如遠程終端單元1、遠程終端單元2和遠程終端單元N的氣體檢測信號分別被標記為S1、S2和SN。氣體信號接收模塊可以同時接收多個不同來源的氣體檢測信號，例如同時接收S1、S2和SN ;也可以按照時間序列方式分別接收不同來源的氣體檢測信號,例如先接收S2，等S2信號數據接收完畢后，再接收SI，等SI信號數據接收完畢后，最后接收SN的信號數據。帶有標記的氣體檢測信號，例如S1、S2和SN，可以是待檢測氣體的激光能量信號，也可以是待檢測氣體的激光能量信號和參考激光能量信號。激光能量信號是表示激光所包含的能量大小的數值信號。待檢測氣體的激光能量信號是經過待檢測氣體吸收后的激光所包含的能量大小。例如，S1、S2和SN中的帶檢測氣體的激光能量信號表示為Sl_test、S2_test 和 SN_test。1.3氣體信號處理模塊包括信號預處理模塊、特征提取模塊和信號比較模塊。1.3.1信號預處理模塊，用于對氣體檢測信號進行濾波處理，濾除氣體檢測信號中的干擾信息。這些干擾信息可能來自信號傳輸過程中的數據變動，或者是由于氣體信號檢測過程中其他非SF6氣體引起的干擾，或者是由于氣體信號檢測過程中的其他干擾。通過濾除干擾信息，可以提高SF6氣體信號的檢測精度。1.3.2特征提取模塊，用于對經預處理后的氣體檢測信號提取特征數據；特征信號包括但不限于信號強度、信號持續時間、信號的峰值。例如標記為Si的氣體檢測信號經過濾波處理后，得到的Sl_tes_filter，經過特征提取后得到的特征記為Fl_test。特征信號被表示為一組數據序列，例如，Fl_test是一組數據序列。1.3.3信號比較模塊，用于將提取的待測氣體的特征數據與預先存儲的SF6氣體特征數據進行特征比較。特征比較方法包括但不限于相關系數比較方法、絕對值差比較方法、差平方和比較方法等，任何對兩組不同數據序列進行相似性比較的方法都可以作為特征比較方法。若計算結果超過某個閾值，則判斷SF6氣體檢測信號與SF6氣體信號相似，對應的監測點出現了 SF6氣體泄漏。2、遠程終端部分遠程終端部分包括多個遠程終端單元；每個遠程終端單元包括激光源、激光探測器和氣體測量單元。如圖2所示，本實施例中的氣體測量單元為一個有孔容器11，外部氣體可以通過氣體測量單元上的孔穿透過來。因此若氣體測量單元外部有SF6氣體時，氣體檢測單元的內部也有SF6氣體。激光源12、激光探測器13分別固定在有孔容器11的兩端。激光源和激光探測器被精確校準，使得發射的激光能夠通過氣體測量單元后，能夠對準在激光探測器的中心位置，激光探測器可以將盡可能多的激光能量轉換為電信號。有孔容器的材料可以為玻璃、金屬等，能保證SF6氣體不會被該材料吸收或者穿過即可。從激光源中出來的激光經有孔容器后由激光探測器接收，為待測氣體的氣體檢測信號；所述待測氣體的氣體檢測信號通過氣體檢測信號回傳模塊傳送到氣體信號接收模塊，由氣體信號接收模塊并增加標記，再傳送到氣體信號處理模塊。3、信號傳輸部分信號傳輸部分包括正向激光傳輸模塊和氣體檢測信號回傳模塊。3.1正向激光傳輸模塊包括光纖、分光器，負責將激光發射模塊發射出來的特定波長通過光纖傳送到遠程終端部分。分光器將激光束接入到多個遠程終端單元的激光源中。激光發射模塊發射的激光和進入到激光源的激光都是同一特定波長的激光，只是激光能量存在不同。分光器可以將激光束同時接入到多個遠程終端單元中，也可以將激光以序列方式接入到多個遠程終端單元中。3.2氣體檢測信號回傳模塊為信號發送裝置，負責將激光探測器傳來的SF6氣體檢測信號傳送到主機部分。可以通過多種不同的方法傳送SF6氣體檢測信號，例如有線傳輸網絡接收信號或者無線傳輸網絡。因此需要一個發送裝置，如網卡、調制解調器等，來發送SF6氣體檢測信號。實施例2本實施例除以下特征外，其余特征與實施例1同。本實施例的激光發射模塊還包括功率控制器，用于控制激光器生成的激光功率。根據不同的實際應用場景，需要使用不同功率的激光。例如，當有多個監測點需要進行檢測，而且監測點與監控中心的距離較遠時，可以調整控制器來增加激光器發射的激光功率。本實施例的激光探測器還連接有探測靈敏度調整裝置，用于調整激光探測器接收到的激光能量的靈敏度。通過設置探測靈敏度調整裝置，可以調整激光探測器接收到的激光能量的靈敏度。由于激光經過光纖傳輸后，激光能量會發生衰減，因此從同一個激光發射模塊發射出來的激光經過不同距離的光纖傳輸后，能夠被激光探測器檢測到的激光能量是不同的。通過設置探測器靈敏度調整裝置，可以將不同激光能量的激光被激光探測器檢測到的激光能量信號調整到相同級別。本實施例的正向激光傳輸模塊包括光纖、分光器和激光能量放大裝置，所述光能量放大裝置用于增加從分光器出來的激光束的能量，以保證進入激光源的激光具有足夠的激光能量，激光放大裝置只是增加了激光的能量，但不改變激光的波長。如圖3所示，本實施例的氣體測量單元由一個充滿參考氣體的密封容器111、一個有孔容器112及一個分光裝置14組成；所述激光探測器由激光探測器131和激光探測器132組成；分光裝置14固定在密封容器111、有孔容器112的一端，激光探測器131固定在密封容器111的另一端，激光探測器132固定在有孔容器112的另一端；激光源12固定在分光裝置14的一側。從激光源12中出來的激光經分光裝置14分成相同波長的兩束激光，其中一束經密封容器111后由激光探測器131接收，作為參考信號；另一束經有孔容器112后由激光探測器132接收，作為待測氣體的氣體檢測信號。所述參考信號和待測氣體的氣體檢測信號通過氣體檢測信號回傳模塊傳送到氣體信號接收模塊，由氣體信號接收模塊增加標記，再傳送到氣體信號處理模塊。例如，將S1、S2和SN中的參考激光能量信號標志為Sl_ref、S2_ref和SN_ref，待測氣體的氣體檢測信號標志為SI—test、S2—test和SN—test ο由于本實施例中的激光探測器在檢測待測氣體檢測信號的同時檢測參考信號，因此氣體檢測信號回傳模塊、信號預處理模塊、特征提取模塊、信號比較模塊需同時對待測氣體的氣體檢測信號和參考信號進行處理。其中，特征提取模塊還需提取待檢測氣體的氣體檢測信號與參考信號的差值。一種計算差值的方法是將每個監測點的待測氣體的氣體檢測信號與參考信號直接相減，例如將Sl_ref與Sl_test相減，得到Sl_diff。其他計算兩組信號的差值的方法也適用于本實施例，在此不作過多描述。由于參考信號中沒有SF6氣體，當待測的氣體中有SF6氣體時，Sl_ref與Sl_test的值會出現明顯差別，從而Sl_diff會出現峰值；當待測的氣體中無SF6氣體時，Sl_ref與Sl_test的值非常接近，從而Sl_diff接近與O。通過上述方法，可以實現SF6氣體的高精度檢測，從而消除激光功率變化弓I起的檢測精度不準確的影響。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述實施例的限制，如所述遠程終端部分還可采用單個遠程終端的形式，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種SF6氣體泄漏監測系統，其特征在于，包括主機部分、遠程終端部分和信號傳輸部分， 所述主機部分包括激光發射模塊、氣體信號接收模塊、氣體信號處理模塊； 所述遠程終端部分包括至少一個遠程終端單元；每個遠程終端單元包括激光源、激光探測器和氣體測量單元； 所述信號傳輸部分包括正向激光傳輸模塊和氣體檢測信號回傳模塊； 所述激光發射模塊將發射的特定波長的激光通過正向激光傳輸模塊傳輸到遠程終端單元的激光源，激光源將特定波長的激光傳送到氣體測量單元中，特定波長的激光穿過氣體測量單元后由激光探測器接收；激光探測器將檢測到的激光能量轉換為電信號，稱為氣體檢測信號；氣體檢測信號通過氣體檢測信號回傳模塊傳送到氣體信號接收模塊，并由氣體信號處理模塊對氣體檢測信號進行處理，判斷是否存在SF6氣體泄漏； 所述特定波長為SF6氣體的峰值吸收波長。
2.根據權利要求1所述的SF6氣體泄漏監測系統，其特征在于，所述激光發射模塊包括激光器、聚焦設備和激光耦合器，從激光器生成的激光通過聚焦設備進行聚焦；再通過激光耦合器將聚焦后的激光耦合到光纖中。
3.根據權利要求2所述的SF6氣體泄漏監測系統，其特征在于，所述激光發射模塊還包括功率控制器，用于控制激光器生成的激光功率。
4.根據權利要求1所述的SF6氣體泄漏監測系統，其特征在于，所述氣體信號處理模塊包括 用于對氣體檢測信號進行濾波處理的信號預處理模塊； 用于對經預處理后的氣體檢測信號提取特征數據的特征提取模塊； 用于將提取的待測氣體的特征數據與預先存儲的SF6氣體特征數據進行特征比較的信號比較模塊。
5.根據權利要求1所述的SF6氣體泄漏監測系統，其特征在于，所述氣體測量單元為一個有孔容器，激光源、激光探測器分別固定在有孔容器的兩端；從激光源中出來的激光經有孔容器后由激光探測器接收，為待測氣體的氣體檢測信號； 所述待測氣體的氣體檢測信號通過氣體檢測信號回傳模塊傳送到氣體信號接收模塊，由氣體信號接收模塊并增加標記，再傳送到氣體信號處理模塊。
6.根據權利要求1所述的SF6氣體泄漏監測系統，其特征在于，所述氣體測量單元由一個充滿參考氣體的密封容器、一個有孔容器及一個分光裝置組成；所述激光探測器由第一激光探測器和第二激光探測器組成；分光裝置固定在密封容器、有孔容器的一端，第一激光探測器固定在密封容器的另一端，第二激光探測器固定在有孔容器的另一端；激光源固定在分光裝置的一側； 從激光源中出來的激光經分光裝置分成相同波長的兩束激光，其中一束經密封容器后由第一激光探測器接收，作為參考信號；另一束經有孔容器后由第二激光探測器接收，為待測氣體的氣體檢測信號； 所述參考信號和待測氣體的氣體檢測信號通過氣體檢測信號回傳模塊傳送到氣體信號接收模塊，由氣體信號接收模塊增加標記，再傳送到氣體信號處理模塊。
7.根據權利要求1所述的SF6氣體泄漏監測系統，其特征在于，所述激光探測器還連接有用于調整激光探測器接收到的激光能量的靈敏度的探測靈敏度調整裝置。
8.根據權利要求1所述的SF6氣體泄漏監測系統，其特征在于，所述正向激光傳輸模塊包括光纖、分光器，所述分光器將激光束接入到多個遠程終端單元的激光源中。
9.根據權利要求8所述的SF6氣體泄漏監測系統，其特征在于，所述正向激光傳輸模塊還包括用于增加從分光 器出來的激光束的能量的激光能量放大裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種SF6氣體泄漏監測系統，包括主機部分、遠程終端部分和信號傳輸部分，所述主機部分包括激光發射模塊、氣體信號接收模塊、氣體信號處理模塊；所述遠程終端部分包括至少一個遠程終端單元；每個遠程終端單元包括激光源、激光探測器和氣體測量單元；所述信號傳輸部分包括正向激光傳輸模塊和氣體檢測信號回傳模塊。與現有技術相比，本實用新型可以真實地監控被監測點的SF6泄漏情況，可以實現SF6氣體泄漏狀況的自動監測，減少了工作人員的現場巡視檢修次數。
文檔編號G01M3/02GK202994382SQ20122071319
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者劉希喆, 陳睿, 潘霞遠 申請人:華南理工大學