红外SF6气体传感器 NDIR红外SF6泄漏检测传感器简介

发布时间：2024-10-08 22:10:54

NDIR红外SF6泄漏检测传感器简介

一、红外技术工作原理介绍

SF6 泄漏检测有两种方法：

1、非色散红外 (NDIR) 原理

2、高压电离

NDIR 原理使用双波长 NDIR（非色散红外）传感器来监测 SF6。大多数分子可以吸收红外光，导致它们弯曲、拉伸或扭曲。吸收的红外光量与浓度成正比。光子的能量不足以引起电离，因此检测原理与光电离检测器（PID）有很大不同。能量转化为动能，使分子加速，从而加热气体。每个分子吸收代表存在的键类型的波长的红外光。

非色散红外光源（图-1）

SF6 在 10.7 µm（947 cm-1，图 2）处具有强吸光度，CH 键在 3.3 到 3.5 µm 范围内吸收，具体取决于分子其余部分的结构，H2O 在 5 到 8 µm 范围内吸收和低于 3 µm。 SF6 吸收带是独特的，因此具有高度选择性。相比之下，许多化合物具有相似的 C-H 键，这种吸光度适用于非选择性检测一系列碳氢化合物。

SF6 的红外光谱（图 2）

H20 的红外光谱（图 3）

现在，如果我们比较图 2 和图 3，可以发现在 SF6 测量中没有水吸收的干扰，因为水在 10.7 µm (947 cm-1) 处没有吸收。

气体的吸光度与其浓度成正比，如下

朗伯-比尔定律：

A = -log (I/ I0) = εbc

I = I010-A = I010-εbc

其中，

I0 = 从灯发出的初始光强度（在纯空气中测量）

I = 到达检测器末端的光强度（存在样气）

A = 吸光度

ε = 摩尔吸光系数。它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关。

b = 吸收层厚度，单位为cm

c = 吸光物质的浓度，单位为mol/L.

因为 I 和 ε 是固定的，所以测量样品前后的光强度可以测量浓度。

从图 1 中可以看出，非色散是指所有光都通过气体样品，并且仅在检测器之前被过滤掉。检测器前面的滤光片去除所有光，除了 10.7 µm 的光，对应于 SF6。

二、使用 NDIR 原理进行 SF6 泄漏检测的优势

采用NDIR原理检漏装置，断路器和GIS漏电可在线检测，无需停机

与传统的泄漏检测技术相比，NDIR 具有相当高的检测效率

NDIR 传感器具有更快的响应时间和更高的灵敏度

NDIR技术适用于监测接触式测量工具难以触及的设备，可以在几米外检测到潜在的危险泄漏

在存在水分或常见挥发性有机化合物 (VOC) 的情况下，测量不会受到影响

测量不会受到中等风流的影响

NDIR 传感器比传统传感器具有更长的寿命

SF6气体用于电力行业介绍

SF6 气体因其优异的介电强度特性被用作 AIS / GIS 变电站的绝缘介质。此外，SF6 无色、无味、不易燃、具有化学惰性且高度稳定。 SF6 泄漏是安装了 GIS 或 AIS 断路器的电力公司常见的问题之一。泄漏可能发生在断路器/GIS 的任何部分，其中两个部分连接在一起，例如阀门配件、衬套和法兰，但在少数情况下，由于铸造不良，它可能直接通过铝泄漏。这些泄漏可以通过使用气体泄漏检测器或热成像来发现。泄漏测试还可以减少维护并减少环境排放。

SF6 泄漏检测的重要性

在 HV、EHV 或 UHV 断路器/GIS 室中，SF6 气体以高压储存，以在故障期间熄灭电弧。如果开始发生 SF6 泄漏，则 SF6 室内的压力会迅速降低，从而降低灭弧能力。此外，纯 SF6 气体是一种无色、无味、有毒且易燃的卤素化合物，但由于其高全球变暖潜势（二氧化碳的 23000 倍）和大气寿命（约 3200 年），SF6 泄漏根本不适合作为它会消耗对人体有害的臭氧层。

GIS 中的 SF6 也可能有害，尤其是在进行故障维护时。在大功率电弧、火花放电和电晕放电的作用下，SF6气体会分解形成SO2和H2S等有毒副产物。此外，根据环境指南，每个公用事业公司都将 SF6 的使用限制在一定限度内。使用超过一定限度的过量 SF6 只会对单个公用事业单位造成额外的损失，这就是为什么 SF6 泄漏最小化并且需要尽早进行整改的原因。

INFS520P六氟化硫+氧气传感器简介

INFS520P六氟化硫+氧气传感器 是一款多气体传感器模组，可以同时检测 SF6 和 O2 两种气体，SF6传感器部分，采用 NDIR 红外吸收检测原理；O2传感器部分，采用电化学原理。该模组中 SF6 检测采用 MEMS 光源、特殊结构的光学腔体和双通道探测器。微处理器进行信号采集、处理和输出。INFS520P 具有很好的选择性，高灵敏度，寿命长，低功耗；内置温度传感器；采用 485 输出。

INFS520P SF6+氧气传感器 可广泛应用于电力行业 SF6 六氟化硫气体泄漏检测及 O2氧气浓度监测的场合。

应用：

-电力行业

-配电室 SF6 气体泄漏检测和氧气浓度监测

国网安徽电科院专家提出SF6气体泄漏检测的新技术

SF6分解气体在线监测装置在长期运行过程中可能会发生SF6泄漏，严重时会影响一次设备的安全运行，需要对其泄漏状态进行检测。通过比较现有SF6气体泄漏检测方法，国网安徽省电力有限公司电力科学研究院、国家电网有限公司六氟化硫气体特性分析与净化处理技术实验室的研究人员马凤翔、袁小芳等，在2021年第10期《电气技术》上撰文，提出采用非分散红外吸收传感器检测SF6气体泄漏，搭建传感器检测电路及泄漏模拟实验平台，研究传感器对不同泄漏速度、不同泄漏点的响应特性，以及布置位置、进气口朝向对传感器检测特性的影响。

研究结果显示，随着泄漏速度增大，传感器响应增加并最终趋于稳定，且不同位置传感器对三种泄漏点的响应速度、响应值不同，其中3号位置的传感器对三种泄漏点都具有较好的响应特性，是传感器安装的优选位置；同时传感器侧向安装响应速度更快。该技术能对不同速度的SF6泄漏进行实时检测，通过传感器多点布置可以实现对泄漏区域的定位。

六氟化硫（SF6）气体具有优异的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated switchgear, GIS）、互感器、套管等电气设备中。SF6气体化学性质稳定，但在放电或过热条件下会发生解离；在没有其他杂质存在时，解离的SF6会迅速复合还原为SF6气体。

但在实际使用中，SF6气体中难免会混有少量水分和氧气等杂质，解离的SF6与这些杂质组分进一步反应，生成多种毒性大且腐蚀性强的分解产物（SO2F2、SOF2、SO2、H2S等）。

这些分解产物存在于电气设备中，会进一步加速设备故障发展、危害检修人员的安全。因此，分析SF6分解产物的组成和含量，是做好电气设备故障诊断和运行维护工作的一项重要内容。

近年来，SF6气体分解产物检测技术不断发展，检测灵敏度逐步提高、检测组分种类不断拓展，检测方法由传统的检测管法发展为传感器法、气相色谱法、光声光谱法等。检测方式也由离线检测发展为带电检测、状态检测。

然而，SF6气体分解产物检测技术仍然面临挑战，部分SF6分解产物化学性质活泼，与设备内部材料和吸附剂相互作用而迅速消耗。为了及时检测分解产物，研究者开发了可自动完成气体取样、回充等过程的取样装置。

但是，该装置存在气缸活塞等运动部件，且管路复杂、接口多，由于安装不良、运行中振动松动或分解气体的强腐蚀性，长期运行后一些部件和密封材料劣化，进而影响密封导致气体泄漏，严重时将影响一次设备的安全运行。因此亟需适用于监测仪器的SF6泄漏检测技术方案。

国网安徽省电力有限公司电力科学研究院、国家电网有限公司六氟化硫气体特性分析与净化处理技术实验室的研究人员针对光声光谱在线监测仪器气体泄漏异常问题，提出气体泄漏检测方法，并研究气体泄漏检测传感器对仪器内部气体泄漏的响应特性，以及传感器最佳布设方式，为光声光谱在线监测仪器的研发提供基础。

图1a-b 红外吸收SF6传感器

图1c 红外吸收SF6传感器

图2 SF6传感器及模拟泄漏点

研究人员最后得出的结果如下：

1）SF6气体泄漏检测方法中，传统的负电晕法存在传感器寿命短的问题；新型的激光红外成像法设备体积较大、价格昂贵，通常用于一次设备气体泄漏检测；红外吸收法可实现小型化、价格低、与控制电路接口简单、易于监测仪器集成、寿命可达6年，适合用于检测设备内部气体泄漏。

2）采用基于非分光差分红外吸收的SF6检测传感器，可以检测监测仪器内部的气体泄漏，且响应较快。传感器对不同泄漏点、不同泄漏速度的泄漏故障都有响应；泄漏速度增大，传感器检测结果增大；同一传感器随着泄漏时间增加，响应值变大，泄漏初期气体浓度急速上升，后期会趋于稳定；传感器进气口朝向对传感器响应值影响很大，侧向放置时传感器响应更灵敏。

3）综合考虑各方面因素，为实现监测仪器内部气体泄漏故障检测，布置两个SF6传感器是最佳选择，一个布置在检测仪器底部，另一个布置在检测模块安装层，传感器进气口侧放；若只能装设一个传感器，则应装设在检测仪器底部。

4）目前泄漏检测传感器响应速度、灵敏度仍相对较差，在分解气体在线监测仪器的开发中应尽量减少管路接头和运动部件，以减少泄漏。监测仪器与主设备的连接部分不应有运动部件，且接头和运动部件应集中布置在监测仪器内部以便于检测。

本文编自2021年第10期《电气技术》，论文标题为“基于红外吸收原理的SF6气体泄漏检测技术应用研究”，作者为马凤翔、袁小芳等。

红外SF6气体传感器 NDIR红外SF6泄漏检测传感器简介

NDIR红外SF6泄漏检测传感器简介

国网安徽电科院专家提出SF6气体泄漏检测的新技术

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