NDIR非分光性紅外吸收原理SF6傳感器的SF6泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用中擴(kuò)散式和泵吸式架構(gòu)的應(yīng)用分析 

原理概述

非分光性紅外線(xiàn)技術(shù)(non-dispersive infrared absorption，NDIR)是基于氣體吸收理論的光譜類(lèi)氣體檢測(cè)方法。其表現(xiàn)為：紅外光源發(fā)出的紅外輻射經(jīng)過(guò)一定濃度待測(cè)的氣體吸收之后，特定波長(zhǎng)（SF6對(duì)應(yīng)10.6um，詳見(jiàn)右下圖：SF6紅外吸收光譜圖）上光強(qiáng)度會(huì)發(fā)生與氣體濃度相對(duì)應(yīng)的變化，其變化規(guī)律可由比爾-朗伯吸收定律描述。因此可以根據(jù)光強(qiáng)變化求出氣體濃度。 

比爾-朗伯氣體吸收定律示意圖              SF6紅外吸收光譜圖

行標(biāo)要求

根據(jù)2016年新發(fā)布的電力行業(yè)推行標(biāo)準(zhǔn)：《DLT 1555-2016 六氟化硫氣體泄漏在線(xiàn)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》第4.2條分類(lèi)引用如下：

首先，用戶(hù)應(yīng)確認(rèn)采購(gòu)需求和供貨廠(chǎng)家實(shí)際交貨的是以半導(dǎo)體法或聲波法等原理的定性采樣原理需求為準(zhǔn)，還是采用以非分光式紅外吸收定量采樣原理需求為準(zhǔn)。兩者相比而言，紅外定量采樣是定性采樣成本的至少兩倍以上，并且由于定性采樣的準(zhǔn)確度低（一般定性準(zhǔn)確度15%FS左右，而紅外定量在5%FS以?xún)?nèi)），導(dǎo)致受其他氣體（常見(jiàn)于現(xiàn)場(chǎng)油漆施工或分解、電纜表層材料分解等）的影響明顯，誤報(bào)警率高，實(shí)用性不強(qiáng)。

進(jìn)而，在選擇確定上述原理后，用戶(hù)應(yīng)確認(rèn)采購(gòu)需求和供貨廠(chǎng)家實(shí)際交貨的是擴(kuò)散分布式紅外傳感器采樣架構(gòu)，還是集中泵吸式紅外傳感器采樣架構(gòu)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的兩者架構(gòu)如下：

特別注意：行業(yè)中存在許多以聲波法原理，顯示界面上以定量顯示來(lái)充當(dāng)定量型紅外光譜法的產(chǎn)品，用戶(hù)在采購(gòu)時(shí)要特別注意和鑒別。 

應(yīng)用建議

擴(kuò)散式架構(gòu)比泵吸式架構(gòu)更具有的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)如下：

1. 擴(kuò)散式架構(gòu)為就地分布式實(shí)時(shí)檢測(cè)，不存在泵吸式架構(gòu)中采樣泵機(jī)械或管路等物理的干擾條件，能夠真實(shí)地反映和警示每一個(gè)就地現(xiàn)場(chǎng)的SF6超標(biāo)和氧量情況（尤其是缺氧情況一旦受到泵吸長(zhǎng)距離輸送，就破壞了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀態(tài)）。因而泵吸式不能準(zhǔn)確反映每一個(gè)泄漏點(diǎn)位的真實(shí)水平。

2. 擴(kuò)散式因?yàn)槊總€(gè)泄漏點(diǎn)位都配置了一只SF6紅外傳感器和一只氧量傳感器，每個(gè)點(diǎn)位采樣都是相互獨(dú)立的，均為就地直接接觸式模擬采集數(shù)字轉(zhuǎn)化后采樣，不存在泵吸式架構(gòu)中的二次采樣分析腔室，不受管路和分析腔室殘余氣體相互混合對(duì)檢測(cè)準(zhǔn)確度的影響。并且泵吸式架構(gòu)中一個(gè)變電站有一只紅外SF6傳感器和一只氧氣傳感器，一旦該傳感器失效或不良，整個(gè)系統(tǒng)的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位將全部失效。

3. 擴(kuò)散式為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，不存在泵吸式冗長(zhǎng)的采集管路，以及電磁閥切換并逐個(gè)分析帶來(lái)的時(shí)間差，實(shí)時(shí)性好。報(bào)警響應(yīng)速度迅速，不會(huì)因電磁閥逐個(gè)切換分析導(dǎo)致時(shí)間延遲。從上述行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)7.1.3中強(qiáng)調(diào)泵吸式架構(gòu)中導(dǎo)氣管路不應(yīng)超過(guò)30米，但實(shí)際應(yīng)用中，即使中等規(guī)模的110KV變電站，由于受電纜溝槽的彎曲規(guī)范鋪設(shè)，超過(guò)30米是極為常見(jiàn)的。并且該條款中也強(qiáng)調(diào)：若配置多個(gè)檢測(cè)采樣點(diǎn)，則每個(gè)采樣點(diǎn)采樣時(shí)間不應(yīng)超過(guò)5分鐘，總的采樣周期不應(yīng)超過(guò)1小時(shí)，既說(shuō)明實(shí)時(shí)性不好，并且在實(shí)際應(yīng)用中超過(guò)12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的項(xiàng)目非常多，因而存在很大的應(yīng)用局限性。

4. 擴(kuò)散式因不存在機(jī)械結(jié)構(gòu)的電磁閥，以及采樣吸力泵，這兩個(gè)部件都由于每時(shí)每刻經(jīng)年累月都需運(yùn)行采樣，因而存在機(jī)械磨損在1年左右就不良，甚至損毀的風(fēng)險(xiǎn)。用戶(hù)后續(xù)維護(hù)起來(lái)由于機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作十分麻煩，維護(hù)成本非常高。

5. 擴(kuò)散式也不存在因泵吸式從分析主機(jī)大量的四氟管鋪設(shè)到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，四氟管受后續(xù)施工或檢修等因素導(dǎo)致電纜擠壓，而抽取不到氣體的情況常有發(fā)生，用戶(hù)又不能自己排查或排查起來(lái)非常麻煩，工作量大。

6. 從上述行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8.4條：裝置異常原因及處理措施，也可看出因泵吸式架構(gòu)而帶來(lái)的維護(hù)問(wèn)題多。摘錄如下：

7. 采用泵吸式架構(gòu)還需要在現(xiàn)場(chǎng)布置集SF6氣體分析腔、電磁閥、氣體吸氣采樣泵的氣體分析采樣單元，通常還需要一個(gè)就地采集柜，既占用了現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地，又增加了安裝的工作量。且設(shè)備越多，維護(hù)工作量越大。

8. 泵吸式架構(gòu)是行業(yè)內(nèi)廠(chǎng)家由于非分光式紅外吸收SF6傳感器成本高，為了節(jié)省成本的一種設(shè)計(jì)方案。近年隨著紅外傳感器一定程度的成本下降，因而泵吸式架構(gòu)已逐步退出市場(chǎng)，但行業(yè)中仍然存在較少?gòu)S家出于成本考慮在推薦使用。 

結(jié)論

1. 出于實(shí)用性考慮，建議不采用以半導(dǎo)體法、聲波法等定性原理的SF6傳感器。

2.   建議采用擴(kuò)散式紅外吸收SF6傳感器原理的分布式SF6采樣檢測(cè)應(yīng)用產(chǎn)品，可極大提高系統(tǒng)可靠性和減少后續(xù)維護(hù)人員的工作量。采樣更加準(zhǔn)確，應(yīng)用效果優(yōu)越。