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NDIR非分光性红外吸收原理SF6传感器

来源:http://www.winfoss.com/article_read_743.html    日期:2017-06-14    浏览量:载入中...

NDIR非分光性红外吸收原理SF6传感器的SF6泄漏监测系统应用中扩散式和泵吸式架构的应用分析 

原理概述

非分光性红外线技术(non-dispersive infrared absorptionNDIR)是基于气体吸收理论的光谱类气体检测方法。其表现为:红外光源发出的红外辐射经过一定浓度待测的气体吸收之后,特定波长(SF6对应10.6um,详见右下图:SF6红外吸收光谱图)上光强度会发生与气体浓度相对应的变化,其变化规律可由比尔-朗伯吸收定律描述。因此可以根据光强变化求出气体浓度。 


 

比尔-朗伯气体吸收定律示意图              SF6红外吸收光谱图

行标要求

根据2016年新发布的电力行业推行标准:《DLT 1555-2016 六氟化硫气体泄漏在线监测报警装置运行维护导则》第4.2条分类引用如下:

首先,用户应确认采购需求和供货厂家实际交货的是以半导体法或声波法等原理的定性采样原理需求为准,还是采用以非分光式红外吸收定量采样原理需求为准。两者相比而言,红外定量采样是定性采样成本的至少两倍以上,并且由于定性采样的准确度低(一般定性准确度15%FS左右,而红外定量在5%FS以内),导致受其他气体(常见于现场油漆施工或分解、电缆表层材料分解等)的影响明显,误报警率高,实用性不强。

SF6红外传感器

进而,在选择确定上述原理后,用户应确认采购需求和供货厂家实际交货的是扩散分布式红外传感器采样架构,还是集中泵吸式红外传感器采样架构。行业标准要求的两者架构如下


特别注意:行业中存在许多以声波法原理,仅仅显示界面上以定量显示来充当定量型红外光谱法的产品,用户在采购时要特别注意和鉴别。 

应用建议

扩散式架构比泵吸式架构更具有的优势,表现如下:

1. 扩散式架构为就地分布式实时检测,不存在泵吸式架构中采样泵机械或管路等物理的干扰条件,能够真实地反映和警示每一个就地现场的SF6超标和氧量情况(尤其是缺氧情况一旦受到泵吸长距离输送,就破坏了现场的实际状态)。因而泵吸式不能准确反映每一个泄漏点位的真实水平。

2. 扩散式因为每个泄漏点位都配置了一只SF6红外传感器和一只氧量传感器,每个点位采样都是相互独立的,均为就地直接接触式模拟采集数字转化后采样,不存在泵吸式架构中的二次采样分析腔室,不受管路和分析腔室残余气体相互混合对检测准确度的影响。并且泵吸式架构中一个变电站仅有一只红外SF6传感器和一只氧气传感器,一旦该传感器失效或不良,整个系统的所有监测点位将全部失效。

3. 扩散式为现场实时检测,不存在泵吸式冗长的采集管路,以及电磁阀切换并逐个分析带来的时间差,实时性好。报警响应速度迅速,不会因电磁阀逐个切换分析导致时间延迟。从上述行业标准7.1.3中强调泵吸式架构中导气管路不应超过30米,但实际应用中,即使中等规模的110KV变电站,由于受电缆沟槽的弯曲规范铺设,超过30米是极为常见的。并且该条款中也强调:若配置多个检测采样点,则每个采样点采样时间不应超过5分钟,总的采样周期不应超过1小时,既说明实时性不好,并且在实际应用中超过12个监测点的项目非常多,因而存在很大的应用局限性。

4. 扩散式因不存在机械结构的电磁阀,以及采样吸力泵,这两个部件都由于每时每刻经年累月都需运行采样,因而存在机械磨损在1年左右就不良,甚至损毁的风险。用户后续维护起来由于机械结构复杂,维护工作十分麻烦,维护成本非常高。

5. 扩散式也不存在因泵吸式从分析主机大量的四氟管铺设到现场监测点位,四氟管受后续施工或检修等因素导致电缆挤压,而抽取不到气体的情况常有发生,用户又不能自己排查或排查起来非常麻烦,工作量大。

6. 从上述行业标准8.4条:装置异常原因及处理措施,也可看出因泵吸式架构而带来的维护问题多。摘录如下:




7. 采用泵吸式架构还需要在现场布置集SF6气体分析腔、电磁阀、气体吸气采样泵的气体分析采样单元,通常还需要一个就地采集柜,既占用了现场场地,又增加了安装的工作量。且设备越多,维护工作量越大。

8. 泵吸式架构是行业内厂家由于非分光式红外吸收SF6传感器成本高,为了节省成本的一种设计方案。近年随着红外传感器一定程度的成本下降,因而泵吸式架构已逐步退出市场,但行业中仍然存在较少厂家出于成本考虑在推荐使用。 

结论

1. 出于实用性考虑,建议不采用以半导体法、声波法等定性原理的SF6传感器。

2.   建议采用扩散式红外吸收SF6传感器原理的分布式SF6采样检测应用产品,可极大提高系统可靠性和减少后续维护人员的工作量。采样更加准确,应用效果优越。




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