基于红外光谱检测的SF6/N2混合电气设备泄漏特性试验研究

SF_6气体是强温室效应气体,为了减少SF_6气体用量,提升环保效益,SF_6/N_2混合电气设备逐步在电网进入应用。由于两种气体密度具有较大差异,向设备充入气体时,混合气体是否能迅速扩散均匀直接影响到设备的安全运行。搭建了快速试验平台,采用基于红外光谱的SF_6检测技术进行SF_6气体浓度监测,研究了不同比例、不同压强下混合气体的扩散效应,发现先充入N_2比先充入SF_6扩散均匀能减少大量时间;同一温度不同压强的设备发生缓慢泄漏缺陷时,可以用设备初始混合比例进行补气,从而保证混合电气设备的安全运行。     

紫外差分吸收光谱法定量分析SF6分解物SO2和H2S技术

分解物SO_2和H_2S表征SF_6电气设备内部缺陷,是SF_6电气设备试验必检项,对两种气体的准确定量分析直接关系到SF_6电气设备内部缺陷种类和定位的正确判断。现有的现场检测技术不足以解决气体组分之间的干扰问题,因此,本文开展了相关选型和设计工作,获得基于紫外差分吸收光谱法的SO_2和H_2S混合气体检测装置。采用差分法提取SO_2和H_2S紫外吸收光谱的快变部分,通过吸光度的扣减和浓度反演,去除在紫外吸收光谱区域H_2S和SO_2的交叉干扰问题。对其测试的原始谱图进行数字滤波处理,去噪后获得平滑波形,进一步进行FFT变换和线性拟合,拟合优度达到0.999 9,提高了SF_6背景气体中SO_2和H_2S混合气体检测的灵敏度。所研制装置在系统信噪比为1时,混合气体中SO_2在190～230 nm和280～320 nm波段的检测极限分别为0.108μL/L和0.444μL/L,H_2S在190～230 nm波段检测极限为0.490μL/L,为现场检测应用奠定了基础。     

基于光腔衰荡光谱法检测SF6/N2混合电气设备中特征组分H2S技术

H_2S气体是SF_6/N_2混合电气设备潜伏性故障的特征分解组分之一。现有的现场技术均需标定,腔衰荡光谱法无需标定且能检测到低极限的H_2S浓度。根据光腔衰荡光谱的检测原理,对激光器、光隔离器、低损耗光学腔、光电探测器等光路和电路器件进行选型和设计,配合软件设计、编程和数据处理完成了装置的研制,研制的光腔衰荡光谱法检测H_2S装置无需光开关,对其进行定性定量试验,光谱图正确,H_2S气体检测低限值达到1μL/L,符合现场检测的需要,为现场检测技术奠定了基础。     

环保型SF_6现场检测技术研究

如何诊断电气设备内部的SF_6气体状态对于保证电气设备正常运行至关重要。主要诊断方法为SF_6绝缘设备分解产物测量,但是现有检测方法存在响应速度慢、气体交叉、使用寿命短、检测尾气污染等弊端。基于此,提出环保型SF_6现场检测技术,研制了环保型SF_6现场检测装置,采用光学方法对SF_6纯度、微水、SO_2、H_2S和CO等气体进行检测,并在系统后端设计尾气回收装置。研制的设备在都匀变电站应用并进行了相关测试。结果表明,微水测试精度小于2.5×10~(-6),SF_6纯度测试精度小于1%,SO_2检测精度小于1.5×10~(-6),H_2S测试精度小于2.5×10~(-6),CO测试精度小于0.3×10~(-6),符合该领域检测标准。     

基于光学方法的SF_6绝缘电气设备分解产物检测技术研究现状与发展

依据SF_6分解产物在SF_6气体绝缘电气设备运行状况诊断中的重要作用,结合SF_6分解产物检测技术发展趋势,综述了SF_6分解机理研究现状与发展。讨论了光声光谱法、红外吸收光谱法、紫外吸收光谱法3种典型光学检测技术在SF_6分解产物中的应用,并进行了气体组分检测方法的对比分析。最后,对未来SF_6分解机理、特征组分提取及SF_6特征组分检测技术的研究作了展望。     

惰性气氛对煤自燃过程的竞争吸附差异性研究

为探究在CO_2与N_2气氛中吸附后的煤低温氧化自燃特性,以寺河2号井9号煤层无烟煤为研究对象,开展煤低温氧化程序升温试验与热重(TG)试验,分析煤自燃过程中CO和CH_4气体的产物特性与失重特性;建立煤大分子表面对O_2分子、CO_2分子与N_2分子等不同气体分子的物理吸附模型,应用巨正则系综蒙特卡罗模拟(GCMC)法,从微观角度分析煤表面对O_2气体分子的吸附作用,探讨混合气体分子在煤大分子表面的气体竞争差异性。研究表明:经CO_2与N_2气氛中吸附后的煤低温氧化自燃特性发生变化,CO和CH_4气体产物浓度减小,煤自燃失重速率降低,煤低温氧化能力受到抑制;煤大分子对CO_2与N_2等气体分子的混合吸附对其吸附O_2分子起到了抑制作用;煤大分子表面的气体竞争吸附排序如下:H2OCO_2N_2O_2CH_4CO。     

N2/CO2混合气体对丙烯爆炸特性的影响

为了研究N₂、CO₂及其混合气体对丙烯爆炸特性的影响，使用可燃气体爆炸极限试验装置，将气体按一定比例进行混合，从爆炸极限与危险度、临界氧体积分数和惰化效果3个方面研究了N₂/CO₂混合气体对丙烯爆炸的影响。结果表明：1)N₂和体积比分别为2∶1、1∶1、1∶2的N₂/CO₂混合气体，以及CO₂的添加对丙烯的爆炸均有抑制作用，且使丙烯的爆炸范围缩小，爆炸危险度减小，变化趋势近似为线性；2)随着惰性气体体积分数的增加，爆炸极限对应的氧体积分数呈下降趋势，CO₂惰化丙烯比N₂惰化丙烯时的临界氧体积分数提高了约1.87个百分点；3)结合爆炸三角形图，对比发现，在5种不同的比例下，CO₂惰化丙烯时的爆炸区域面积最小，表明CO₂对丙烯的抑爆效果更好。     

SF_6电气设备绝缘状态在线监测系统的研制及应用

对前期研制的在线监测系统不足之处进行优化,研制出SF_6电气设备绝缘状态在线监测系统,实现了单对多的监测目标。一台系统可同时监测3台SF_6设备中SO_2含量、SF_6纯度及湿度,并通过61850转换模块,将监测信息接入贵州电网变电设备在线监测及状态评价系统主网平台,全网远程监控,便于对设备状态进行综合评估。经第三方检验和现场应用,研制的SF_6电气设备绝缘状态在线监测系统满足应用要求。     

基于绝热火焰温度多元混合气体可燃性极限的理论预测

为了预测多元混合气体可燃性极限,通过化学平衡计算软件分析确定了气体在可燃性下限（LFL）和可燃性上限（UFL）的燃烧产物及计算绝热火焰温度（CAFT）,基于能量平衡方程和简化反应模型,分别建立了混合气体LFL和UFL预测模型。应用该预测模型对CH4、C2H4、C3H8、C3H6和CO组成的不同比例混合气体可燃性极限进行预测。结果表明:简化反应模型对于LFL和UFL预测值与文献中实验值的平均相对误差分别为2.76%和5.45%,相关系数分别为0.995和0.950;同时发现两步简化模型对含有C2H4和CO混合组分预测结果误差较大,但对于平均碳原子数大于2的混合气体,预测结果一致性较好。     

油品储罐H_2S对铁锈腐蚀产物自燃性研究

为了分析有氧条件下H2S对铁锈腐蚀产物的自燃性,模拟含硫油品储罐中铁锈(Fe2O3:75%;Fe(OH)3:7%;Fe3O4:18%)在有氧条件下与H2S气体的反应试验。将铁锈与H2S气体、O2按不同比例混合形成的混合物进行反应,再进行所得产物的氧化反应。采用X射线衍射分析法鉴定混合气体与铁锈的反应产物,并研究不同初始O2体积分数下的混合气体与铁锈的反应及其产物的再氧化反应,通过温度变化评价铁锈与H2S气体反应产物的自燃性。结果表明,在有氧条件下,H2S对铁锈腐蚀产物主要是FeS;随着初始O2体积分数的增加,铁锈与H2S的反应伴随其产物的氧化反应,HS对铁锈腐蚀产物的量减小,这种产物再氧化自燃性降低。     

Fluent模拟结合SF_6示踪法测定钻孔有效抽采半径

根据煤层瓦斯流动理论,通过Fluent软件建立钻孔抽采瓦斯流动模型,模拟出SF_6气体在瓦斯流场内的运动情况以及钻孔周围瓦斯压力下降的情况。使用SF_6气体示踪法进行现场测定,根据相似理论,把软件模拟结果与现场实测结果结合确定钻孔的抽采有效半径。并以屯兰矿做实证研究,为今后抽采钻孔及钻场的设计提供了理论和参考依据。     

煤矿其他可燃气体对空气中甲烷爆炸极限的影响

为研究矿井火区中一氧化碳(CO),氢气(H2),乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)等可燃气体对空气中甲烷(CH4)爆炸极限和爆炸危险度(F值)的影响及双组份可燃气体爆炸界限和爆炸危险度的变化,采用空气中可燃气体爆炸极限测定方法完成一系列试验,测定加入不同体积分数其他可燃气体时CH4的爆炸极限。其他可燃气体的加入,均使空气中CH4和混合可燃气体的爆炸界限加宽;同时加大了CH4和混合可燃气体的爆炸危险度。试验结果表明:加入C2H4气体对CH4爆炸极限影响较大,使CH4及其双组份混合气体的爆炸危险度明显增大;加入量为2.0%时,CH4的F值增加了540%。而加入CO气体比加入C2H6,C2H4和H2等气体对CH4及混合气体的爆炸极限影响都小。     

受限空间泄漏孔径对气体扩散影响的模拟研究

室内天然气意外泄漏后极易引起火灾爆炸事故,为避免或减少其事故的发生,得到泄漏后气体扩散规律及爆炸危险浓度分布状况,利用Fluent软件对某12m×7m厂房在不同泄漏孔径下泄漏扩散情况进行了数值模拟.分析风速为1 m/s时,泄漏孔径对甲烷气体扩散的影响,并将燃气管道泄漏速率的模拟结果与理论预测值进行对比分析.结果表明:所建立的数学模型和设置参数是合理的;在不同泄漏孔径下,监测受限空间内5个不同点气体分布状况,得出在风速和壁面的影响下,排气扇附近相对较危险,窗户下方相对较安全.     

密闭空间内天然气混合及爆炸传播规律研究

为研究密闭容器内甲烷-空气不均匀分布对混合气体燃烧的影响,将数值模拟和实验相结合,发现在重力作用下混合气体浓度分布不均匀,长径比越大的容器,混合气体浓度分布梯度越大。混合气体浓度分布影响气体火焰传播规律。宏观浓度为5%的甲烷与空气混合后,容器上部甲烷浓度高于5%,在该处点火时非均匀混合甲烷-空气火焰传播较快,非均匀混合气体的爆炸压力比均匀混合气体压力上升快,且分层混合气体的超压峰值高于均匀混合气体的值。由于浓度分布不均匀,点火位置影响甲烷/空气火焰传播的规律。     

LNG储罐泄漏危险性计算及影响因素分析

针对LNG储罐泄漏气体扩散模拟分析过程中存在计算和分析过程复杂的问题,选取适当的气体扩散模型,对危险气体的扩散进行模拟和分析,绘制蒸汽扩散UFL(爆炸上限)、LFL(爆炸下限)、1/2LFL浓度等值线图,实现蒸汽扩散伤害分区的准确划分,提高了计算速率和精确度。并利用程序模拟分析了风速、地表粗糙度、泄漏速率等因素对LNG泄漏气体扩散影响。研究结果表明,当风速方向和泄漏源泄漏方向相同时,蒸汽扩散距离和危害范围随风速增大呈减小趋势;蒸汽在下风向扩散距离随着地表粗糙度的增大而减小;扩散距离和危害范围随泄漏速率的增大而增大。     

隧道内燃料电池机车氢气泄漏扩散特性分析

氢燃料电池动力系统应用于轨道车辆,替代传统内燃机或弓网受流系统,能显著降低建设投资,并具有高效率、无污染、零碳排放、低噪音等优势。然而由于氢气（H₂）易燃易爆,一旦泄漏,会威胁到人或财产安全,特别在狭小封闭或半封闭空间,空间受限不利于H₂扩散会加剧H₂聚集,因此氢燃料电池机车的广泛推广需要深入分析其安全性。对不同泄漏位置情况下的H₂在隧道内泄漏扩散特性进行数值模拟,研究不同泄漏工况下H₂浓度分布随时变规律,结果显示：在泄漏初始阶段,上部泄漏时受实际气流组织和自身浮力的影响,泄漏后H₂沿隧道顶部向下游方向进行扩散,可燃气体云的轮廓变大,危险区域存在于隧道顶部;下部泄漏时,气体沿列车底部扩散,危险区域存在于隧道底部。研究结果对促进氢燃料电池机车应用推广具有参考意义。     

管廊内泄漏口朝向对天然气管道泄漏扩散影响的模拟分析*

为掌握综合管廊内天然气输气管道泄漏口朝向对气体扩散的影响,使用FLUENT软件对4种不同朝向的泄漏口泄漏过程进行3维数值模拟,对比分析不同工况下气体浓度分布。结果表明:泄漏形成的射流产生强烈气体掺混,降低泄漏口附近气体浓度梯度;随着距泄露孔距离的增加,气体受惯性力作用减弱,并在浮力作用下抬升。管廊纵截面气体浓度场可分为泄漏口附近的均匀区和距离泄漏口较远的分层区。在均匀区内,探测器高度上气体质量分数纵向分布呈阶梯状;距泄漏口较远距离(大于20 m),泄漏口朝向对探测器高度上气体浓度纵向分布影响较小。基于稳态气体分布控制方程,提出气体在分层区内纵向分布关系式。当泄漏口刚好位于2探测器中央（最不利工况）时,泄漏孔朝向为X+（管道距离壁面较远侧）的泄漏气体在喷出后与空气接触时间长,产生涡量更大,使气体在管廊纵向上蔓延速度降低,探测器响应时间相对较长。     

输气管道泄漏压力波的频谱特性模拟

为了研究输气管道泄漏压力波的频谱特性,基于大涡模拟对管道泄漏进行了非稳态分析。模拟了不同管道压力、不同泄漏孔径以及不同管道气体流速下的泄漏压力波频谱分布,探讨了不同条件对压力波频谱特性的影响。所得结论对各类管道泄漏压力波的频谱分析具有一定的借鉴作用。     

基于红外和紫外光谱的现场SF6气体综合检测技术

通过研究基于红外和紫外光谱SF_6气体检测技术,采用紫外光谱法检测特征分解物SO_2和H_2S含量,采用可调谐激光法检测分解物CO和水分含量,采用红外吸收光谱法检测SF_6纯度,长效高精度检测保证了SF_6设备状态的正确判断,并实现了模块化集成,节约人力物力。     

易燃混合气体爆炸完全基元反应模型数值模拟

采用完全基元反应模型和高精度ENO格式对易燃混合气体爆炸过程进行了数值研究,对H2/O2/Ar混合气体起爆和爆轰波传播过程的数值模拟结果表明,计算的爆轰波阵面参数和实验相当符合,对轰波反应区化学反应的研究表明,参与反应的不同组分具有不同类型的变化特征,这些特征为爆炸灾害的预防设计提供了线索。