一種基于石墨烯負極的放電檢測池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于放電檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯負極的放電檢測池。
【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器、變電開關(guān)等很多大型電力設(shè)備，其運行過程中需要通過絕緣油將產(chǎn)生的 熱量散發(fā)出去，同時對設(shè)備內(nèi)部各元件之間進行絕緣隔離。下面以變壓器為例，但是本文 發(fā)明的適用范圍并不限于變壓器。變壓器狀態(tài)的好壞直接影響電網(wǎng)的安全運行，潛伏或存 在故障的變壓器，其絕緣紙或絕緣油在熱或電的作用下會發(fā)生分解而產(chǎn)生H2,CO,CH4,C02， C2H4,C2H6,C2H2等特征故障氣體。變壓器油中溶解氣體的組分、含量和產(chǎn)生速率能有效地反 映變壓器內(nèi)部的絕緣故障情況。為此，要加強對設(shè)備運行狀態(tài)的檢測，及時查出內(nèi)部的早期 故障，防范事故于未然。利用在線監(jiān)測裝置對絕緣油中溶解氣體的濃度變化進行監(jiān)測，從而 預(yù)測變壓器等充油電氣設(shè)備的內(nèi)部故障是這類設(shè)備絕緣監(jiān)測的重要方法之一。
[0003] 根據(jù)Q/GDW536-2010《變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置技術(shù)規(guī)范》的要求，少組 分在線監(jiān)測裝置要求監(jiān)測絕緣油中溶解的氣體成分少于6種，監(jiān)測一種或多種特征氣體， 常用于缺陷或故障報警。面前市場銷售的少組分在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠連續(xù)監(jiān)測運行變壓器油 中的H2,CO,CH4,C2H4,C2H6,C2H2等混合氣體的含量，以達到檢測潛伏性故障的目的。
[0004] 相對于微型熱導(dǎo)檢測器而言，離子化檢測器響應(yīng)速度快、靈敏度高，而且受溫度影 響較小，適于野外工作，但是均存在儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、消耗功耗大。發(fā)開一種適于變壓器在線 系統(tǒng)的快速、靈敏、穩(wěn)定、低功耗的氣體放電檢測器非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于石墨烯負極的放電檢測池，旨在克 服儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、消耗功耗大等問題。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007] -種基于石墨烯負極的放電檢測池，包括石墨烯負極棒、連接塊、正極環(huán)和緊固密 封件，所述正極環(huán)兩側(cè)卡接有連接塊，所述連接塊有2個，均呈L型，分別連接在正極環(huán)卡槽 內(nèi)，兩個連接塊的L型氣路通道通過正極環(huán)的環(huán)孔相接，形成整體為Z型的氣路管道，所述 緊固密封件分別設(shè)置在連接塊端面，所述緊固密封件正中間設(shè)置有石墨烯負極棒，所述石 墨烯負極棒穿過氣路管道，并從兩端的緊固密封件伸出，所述石墨烯負極棒從正極環(huán)的正 中心穿過。
[0008] 所述石墨烯負極棒內(nèi)部采用不銹鋼材料，中間設(shè)有石墨烯薄膜，外部涂覆負極材 料層。
[0009] 所述石墨稀負極棒的內(nèi)芯不銹鋼直徑為0. 3mm，石墨稀層的厚度為0. 3mm，陰極材 料層為〇·lmm〇
[0010] 所述負極材料層主要選自金、鍍金、鉑、鉬、鎢的一種或幾種。
[0011] 所述正極環(huán)內(nèi)圈涂覆有鉑膜層。
[0012] 所述正極環(huán)內(nèi)圈厚度為l-l〇mm。
[0013] 所述正極環(huán)內(nèi)圈內(nèi)徑為10_13mm。
[0014] 所述石墨烯負極棒的制備方法如下：
[0015] 1)將粒徑為l-1000nm的石墨烯粉末放入到乙醇含量為50-100 %的乙醇水溶液 中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，進行超聲分散，得到納米級石墨烯懸濁液，所述納米級石墨 烯懸濁液的石墨烯含量為1-15% ;
[0016] 2)以提拉法將潔凈后的不銹鋼內(nèi)芯浸漬在納米級石墨烯懸濁液中，干燥1-2小 時，提拉速度為100-300mm/min，干燥溫度為20-100°C;
[0017] 3)將干燥后的石墨烯膜不銹鋼內(nèi)芯浸漬在負極材料的乙醇分散液中，采用提拉鍍 膜法進行鍍膜，并在70_90°C下進行干燥，得到石墨烯負極棒。
[0018] 所述放電檢測池的工作電路，還包括高壓電源、限流電阻和取樣電阻；高壓電源的 正極通過限流電阻連接到檢測池再通過取樣電阻回到電源負極；分離后的氣體經(jīng)由做連接 塊的進氣口通入，經(jīng)由正極環(huán)，再由連接塊的出氣口通出；正極環(huán)與石墨烯負極棒之間連接 有高壓電，形成高壓放電，取樣電阻兩端形成恒定電壓；當載氣通入時引起放電電流變化， 放電電流變化通過取樣電阻產(chǎn)生輸出電壓信號，通過取樣電阻上電壓變化數(shù)值的大小與樣 品濃度存在線性關(guān)系測得樣品氣濃度。
[0019] 所述高壓電源采用直流電，電壓為1000-3000V，電流0. 01-10A，限流電阻為 10-200MΩ，取樣電阻為 10-3000kΩ。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0021] 1.放電電流極其微弱，只需很小的波動即可檢測出來，檢測限低，很大程度上減輕 了陰極濺射消耗問題，維持檢測器穩(wěn)定性，延長使用壽命，采用石墨烯作為中間層基材，增 加兩者間的電流傳遞，降低材質(zhì)間形成空穴侵蝕。
[0022] 2.本發(fā)明提供的石墨烯負極棒膜層結(jié)構(gòu)牢固，降低放電產(chǎn)生高溫對負極材料的影 響，同時以導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m·K，常溫下其電子迀移率超過15000cm2/V·s，而電阻率 只約1Ω·m，降低了負極材料的導(dǎo)電損耗。
[0023] 3.檢測電路簡單，提高了檢測器可靠性，同時采用的低電流高靈敏，提高檢測器的 使用效果。
[0024] 4.僅需一路載氣就能完成分析，氣路系統(tǒng)簡單，適用于多組分氣體檢測。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明所述放電檢測池的結(jié)構(gòu)圖。
[0026] 圖2是實施例1的檢測示意圖。
[0027] 圖3是實施例2的檢測穩(wěn)定性示意圖。
[0028] 附圖標記說明如下：
[0029] 1-石墨烯負極棒；2-連接塊；3-正極環(huán)；4-緊固密封件。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并 不限于此。
[0031] -種基于石墨烯負極的放電檢測池，包括石墨烯負極棒、連接塊、正極環(huán)和緊固密 封件，所述正極環(huán)兩側(cè)均有直角臺階，所述連接塊有2個，均呈L型，分別連接在正極環(huán)的直 角臺階內(nèi)，兩個連接塊的L型氣路通道通過正極環(huán)的環(huán)孔相接，形成整體為Z型的氣路管 道，所述緊固密封件分別設(shè)置在連接塊側(cè)面，其正中間設(shè)置有石墨烯負極棒，所述石墨烯負 極棒貫穿整個檢測室，并從兩端的緊固密封件伸出，所述石墨烯負極棒從正極環(huán)的正中心 穿過。
[0032] 所述石墨烯負極棒內(nèi)部采用不銹鋼材料，中間設(shè)有石墨烯薄膜，外部涂覆負極材 料層，所述石墨稀負極棒的內(nèi)芯不銹鋼直徑為0. 3_，石墨稀層的厚度為0. 3_，陰極材料 層為0. 1_，所述負極材料層主要選自金、鍍金、鉑、鉬、鎢的一種或幾種，所述正極環(huán)內(nèi)圈涂 覆有鉬膜層，所述正極環(huán)內(nèi)圈厚度為l-l〇mm，所述正極環(huán)內(nèi)圈內(nèi)徑為l〇-13mm。
[0033] 所述放電檢測池的工作電路由檢測池、高壓電源、限流電阻和取樣電阻組成；高壓 電源的正極通過限流電阻連接到檢測池再通過取樣電阻回到電源負極；分離后的氣體經(jīng)由 做連接塊的進氣口通入，經(jīng)由正極環(huán)，再由連接塊的出氣口通出；正極環(huán)與石墨烯負極棒之 間連接有高壓電，形成高壓放電，取樣電阻兩端形成恒定電壓；當載氣通入時引起放電電流 變化，放電電流變化通過取樣電阻產(chǎn)生輸出電壓信號，通過取樣電阻上電壓變化數(shù)值的大 小與樣品濃度存在線性關(guān)系測得樣品氣濃度。
[0034] 所述高壓電源采用直流電，電壓為1000-3000V，電流0.Ol-lOmA，限流電阻為 10-200MΩ，取樣電阻為 10-3000kΩ。
[0035] 實施例1
[0036] 一種基于石墨烯負極的放電檢測池，采用的取樣電阻為82kQ，限流電阻為 100ΜΩ，高壓電壓為2000v，電流為0. 1mA，通過0)2、(：2!14、(： 2!16、(：2!12四種混合氣體，效果如圖 2所述，本發(fā)明的放電檢測池對四種混合氣體具有良好的檢測效果，能夠準確分離，且放電 電流極其微弱，只需很小的波動即可檢測出來。
[0037] 實施例2
[0038] 一種基于石墨烯負極的放電檢測池，采用的取樣電阻為82kQ，限流電阻為 100ΜΩ，高壓電壓為 2000v，電流為 0. 1mA，通過H2、CH4、