專利名稱：一種用于測試SF₆氣體放電分解產(chǎn)物特性的試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體絕緣全封閉式組合電器(GIQ故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，涉及應(yīng)用SF6 氣體分解產(chǎn)物檢測以分析診斷設(shè)備運行狀況這一研究課題。
背景技術(shù)：
^(#^11^: -! ^ !^ ! (Gas-insulated metal-enclosed switchgear, GIS) 因其結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，可靠性高等特點在超高壓和特高壓電網(wǎng)中得到了廣泛推廣。據(jù)國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)統(tǒng)計表明，GIS年故障率為0.01 0. 02/站，約為常規(guī)設(shè)備故障率的10%。隨著GIS的大規(guī)模使用，因內(nèi)部絕緣材料和安裝質(zhì)量問題引起的故障和事故逐漸增多，作為電網(wǎng)系統(tǒng)最重要的電力設(shè)備之一，GIS—旦發(fā)生故障將會造成嚴重的后果，其直接危害變電站主設(shè)備受損，造成供電中斷，帶來大面積區(qū)域停電，影響正常的生活、生產(chǎn)甚至社會穩(wěn)定。因此，提高GIS運行的可靠性對整個電網(wǎng)的安全可靠運行具有十分重要的
眉、οGIS在工廠中制造、試驗之后，是以運輸單元的方式運往安裝工地的。設(shè)備在運輸、 儲存和安裝中可能發(fā)生的問題有零部件松動、脫落，電極表面刮傷或安裝錯位引起的電極表面缺陷，導(dǎo)電微粒進入或工具遺忘在裝置內(nèi)等，這些隱患的存在和發(fā)展會造成設(shè)備內(nèi)部發(fā)生火花放電、電暈、局部放電和過熱等問題，導(dǎo)致絕緣氣體SF6發(fā)生分解及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成多種由氟、硫和氧等組成的氣體化合物，伴隨產(chǎn)生的電信號和產(chǎn)物信號在反映故障的同時，也可用于診斷故障。局部放電檢測是對GIS進行故障診斷的重要手段之一。圍繞GIS局部放電檢測， 國內(nèi)外的研究者進行了大量的研究，提出了多種檢測方法。這些方法可以分為四類檢測超高頻(UHF)電磁波、放電電流或?qū)w電壓變動等電氣信號的方法；檢測超聲(AE)或振動的方法；檢測發(fā)光的方法；檢測SF6氣體分解物的方法。目前，國內(nèi)外關(guān)于UHF檢測法和AE檢測法的研究比較活躍，但這兩種方法有一個共同的弱點，就是易于受到外界噪聲的干擾。與 UHF檢測法和AE檢測法相比，檢測SF6氣體分解物的方法具有不受電磁噪聲和振動干擾的優(yōu)點，適合于現(xiàn)場使用；初步研究表明，不同放電類型可能導(dǎo)致SF6分解過程與氣體分解產(chǎn)物種類及含量不同，而且隨著局部放電和過熱的持續(xù)，SF6分解氣體的量也將逐漸累積，故該方法非常適合于GIS狀態(tài)長期監(jiān)測。目前，大多數(shù)研究只是簡單羅列SF6氣體分解物的種類，既沒有研究反映故障的典型氣體種類，也沒有研究缺陷條件和典型氣體濃度之間的關(guān)系，以及各種典型氣體濃度之間的相互關(guān)系。此外，分解產(chǎn)物組分較多，含量微少不易測量，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，使得SF6氣體在放電作用下化學(xué)反應(yīng)過程成為一個研究難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在實驗室模擬多種故障放電，采用傅里葉紅外光譜作為檢測手段，研究各種放電類型下SF6氣體分解產(chǎn)物組分及含量規(guī)律，提取出反映放電故障的典型氣體及特征量，為應(yīng)用SF6氣體分解產(chǎn)物診斷設(shè)備運行狀況這一課題奠定試驗和理論基礎(chǔ)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來解決一種用于研究SF6氣體放電分解產(chǎn)物特性的試驗裝置，包括帶有過流保護的試驗變壓器、阻容分壓器、氣體放電裝置，放電電極的放電發(fā)光情況，可用單反相機透過嵌在合頁門上的石英玻璃進行記錄，壓力表監(jiān)測氣體放電裝置內(nèi)的氣壓大小，阻容分壓器和放電量檢測單元將信號通過同軸電纜傳輸?shù)绞静ㄆ?，純SF6氣體經(jīng)聚四氟乙烯管由進氣口充入氣體放電裝置，試驗結(jié)束后的廢氣經(jīng)出氣口使用真空泵抽離，采樣口用于采集試驗氣樣，真空表監(jiān)測氣體池及聚四氟乙烯管道內(nèi)的氣壓情況，傅里葉紅外光譜儀掃描氣體池內(nèi)的試驗氣樣，得到SF6氣體分解產(chǎn)物的吸光度光譜圖。所述的放電電極采用外螺紋形式，可以方便地更換，模擬不同類型的放電故障，包括針板電暈放電，火花放電，顆粒放電和懸浮電位放電等類型。所述的合頁門便于試驗中更換電極及準確調(diào)整電極的位置，此外，可便于清洗腔體內(nèi)部，保持試驗環(huán)境的潔凈。所述的放電量檢測單元設(shè)計為50Ω的檢測阻抗，將放電產(chǎn)生的電流脈沖信號轉(zhuǎn)化成電壓脈沖信號，同時采用二極管雙限幅電路對檢測阻抗進行保護。所述的氣體池用于采集試驗氣樣，首先使用真空泵將聚四氟乙烯管及氣體池抽真空，然后調(diào)節(jié)閥門，充入定量氣樣此過程由真空表(-0. IMI^a 0)進行監(jiān)測。本發(fā)明具有以下有益效果1)本發(fā)明的氣體放電裝置能模擬多種放電故障，包括針板電暈放電，火花放電，顆粒放電和懸浮電位放電等類型，操作簡單，靈活方便。2)本發(fā)明同步采集故障放電時的光信號和電信號，豐富了試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合氣體產(chǎn)物試驗結(jié)果，能更全面地分析放電狀況。3)本發(fā)明設(shè)計了嚴密的取氣流程和取氣方法，保證了氣樣檢測結(jié)果的真實性和有效性。4)本發(fā)明從測量模式、切趾函數(shù)、掃描次數(shù)、分辨率，掃描范圍，光譜差減6個方面進行優(yōu)化，有效地提高了試樣光譜的信噪比。


圖1本發(fā)明的試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明的放電電極結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明的放電量檢測單元；圖4本發(fā)明的針板電極放電時示波器顯示波形(部分)；圖5試驗氣樣的吸光度光譜圖及分解產(chǎn)物標定(針板電暈放電)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖進一步加以詳細說明；如附圖1所示，一種用于測試SF6氣體放電分解產(chǎn)物特性的試驗系統(tǒng)裝置，包括 帶有過流保護的試驗變壓器1、阻容分壓器2、氣體放電裝置3，放電電極4的放電發(fā)光情況， 可用單反相機6透過嵌在合頁門7上的石英玻璃5進行記錄，壓力表8監(jiān)測氣體放電裝置3內(nèi)的氣壓大小，阻容分壓器2和放電量檢測單元9將信號通過同軸電纜19傳輸?shù)绞静ㄆ?10，純SF6氣體14經(jīng)聚四氟乙烯管20由進氣口 11充入氣體放電裝置3，試驗結(jié)束后的廢氣經(jīng)出氣口 12使用真空泵15抽離，采樣口 13用于采集試驗氣樣，真空表16監(jiān)測氣體池17 及聚四氟乙烯管道20內(nèi)的氣壓情況，傅里葉紅外光譜儀18掃描氣體池17內(nèi)的試驗氣樣。附圖2(a)為針板電極放電，1為針電極，2為平板電極，電極間為極不均勻場，該模型可用于模擬GIS電極表面毛刺或小突起引起的電暈放電，針電極曲率為0. 5mm，針板電極間距0 15mm;圖2(b)為懸浮電位放電，1、3為針狀電極，2為聚四氟乙烯絕緣環(huán)，連接1、 3部件，4為平板電極，該模型可用于模擬導(dǎo)體之間接觸不良或螺絲松動引起的懸浮電位放電，懸浮電極可調(diào)節(jié)(0 IOmm)；圖2(c)為顆粒放電，1為平板電極，2為有機玻璃擋板，便于觀察放電現(xiàn)象，3為平板電極，該模型可用于模擬殘留在GIS腔內(nèi)的金屬導(dǎo)電顆粒引起的顆粒放電，，試驗分單顆粒放電和多顆粒放電。圖2(d)為三電極火花放電模型，可用于模擬隔離開關(guān)操作時的火花等，1、3兩個電極為主電極，直徑60mm，主電極頂部為球冠結(jié)構(gòu)，曲率半徑約80mm，主電極間距在4 16mm之間可調(diào)，2為觸發(fā)電極，外接觸發(fā)電路。本發(fā)明的放電電極均采用采用外螺紋形式，可以方便地更換電極和調(diào)節(jié)電極間距。設(shè)計了四種不同的電極結(jié)構(gòu)用于模擬不同類型的放電故障，包括針板電暈放電，火花放電，顆粒放電和懸浮電位放電，如附圖2所示。相關(guān)的研究首先在一種放電下深入展開，采用放電量作為氣體產(chǎn)物含量統(tǒng)一的表征方式，分析放電分解產(chǎn)物組分及含量變化規(guī)律，掌握主要氣體分解產(chǎn)物的生成機理；其次，其次展開各種模擬放電故障研究，在上述試驗規(guī)律和總結(jié)的基礎(chǔ)上，有效地提取反映放電故障的典型氣體及特征量。本發(fā)明的合頁門7設(shè)計出發(fā)點就是方便在試驗中更換電極及準確調(diào)整電極的位置，合頁門采用“0”密封圈進行密封。此外，可便于清洗腔體內(nèi)部，保持試驗環(huán)境的潔凈。本發(fā)明的氣體放電裝置3最高承受氣壓為0. 6MPa，氣壓表的量程為0 0. 6MPa。 在本試驗的條件下，可以考察氣壓、微水含量、電極材料、電暈電流強度、顆粒形狀及數(shù)目、 懸浮電位位置、吸附劑等不同因素對氣體分解產(chǎn)物造成的影響，分析影響因素的作用機理和作用結(jié)果，并進一步推導(dǎo)氣體分解產(chǎn)物生成的過程和機理。本發(fā)明的放電量檢測單元設(shè)計為50 Ω的檢測阻抗，同時采用二極管雙限幅電路對檢測阻抗進行保護，如附圖3所示。放電量檢測單元的功能就是將放電產(chǎn)生的電流脈沖信號轉(zhuǎn)化成電壓脈沖信號，如附圖4所示，故放電量為式中U——檢測電阻兩端電壓瞬時值；R——檢測阻抗阻值。本發(fā)明的氣體池17用于采集試驗氣樣，為保證所采氣樣的可靠性和有效性，設(shè)計了由不銹鋼真空閥13、真空壓力表16、氣體池17、聚四氟乙烯管路20、真空泵15等組成的取樣回路。聚四氟乙烯管路具有耐化學(xué)腐蝕、耐高溫特點，不會與氣樣中腐蝕性氣體發(fā)生反應(yīng)；不銹鋼真空閥可調(diào)節(jié)管路中氣流流速，使氣樣勻速充入氣體池；為防止取樣過程中取樣口的閥門操作不慎，打開過快導(dǎo)致氣體池充入超量氣樣，取樣時，將此閥控制在合適的打開狀態(tài)，可保證氣體池的安全；真空壓力表的測量范圍0 0. IMPa，用于監(jiān)測取樣回路和氣體池中的氣壓，可保證氣體池每次準確充入定值氣壓；真空泵用于充氣前對取樣回路抽真空，其極限真空度可達0. 002個大氣壓，試驗驗證了整個氣路密封性良好。本發(fā)明的取樣流程進行了嚴密的設(shè)計，1)取樣前先斷電，在取樣口閥門13關(guān)閉， 氣體池17閥門均打開時，用真空泵15將取樣回路及氣體池抽真空，并保持IOmin ；2)將氣體池一側(cè)閥門關(guān)閉，使其與真空泵隔離，此時緩速打開取樣口閥門，將氣樣勻速通入氣體池；3)密切注視真空壓力表的數(shù)值變化，充入lOOltfa時，迅速關(guān)緊取樣口閥門，然后關(guān)閉氣體池閥；4)重新對氣體放電裝置加壓，紅外掃描試驗氣樣。本發(fā)明的傅里葉紅外光譜儀進行了細致的參數(shù)優(yōu)化，要想獲得一張比較理想紅外光譜圖，必須根據(jù)試驗?zāi)康模瑯悠诽匦院凸庾V圖效果等要求，通過大量檢測試驗，設(shè)置合理測試參數(shù)。參數(shù)優(yōu)化的目的就是為了提高光譜圖的信噪比，信噪比SNiUsignal-to-noise ratio)是信號與和噪聲的比值。進行紅外光譜掃描時，應(yīng)盡可能地提高信噪比。影響信噪比的參數(shù)有測量時間t、分辨率△ ν、紅外光通量E、干涉儀動鏡掃描速度和切趾函數(shù)等。其表達式如下所示SNR t1/2 Δ νΕ式中t——測量時間/min ；Δ ν-分辨率 /cnT1 ；E——紅外光通量。本發(fā)明從測量模式、切趾函數(shù)、掃描次數(shù)、分辨率，掃描范圍，光譜差減6個方面進行優(yōu)化。經(jīng)過多組試驗氣樣的分析比較，切趾函數(shù)選為Happ-Genzel切趾函數(shù)，分辨率為 0. 5CHT1，掃描次數(shù)為20次，掃描范圍為400 ^OOcnT1。經(jīng)過參數(shù)的優(yōu)化，所得試驗氣樣吸光度光譜圖有比較好的掃描效果，如附圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種用于測試SF6氣體放電分解產(chǎn)物特性的試驗裝置，包括帶有過流保護的試驗變壓器(1)、阻容分壓器O)、氣體放電裝置(3)，其特征在于，放電電極(4)在氣體放電裝置 (3)內(nèi)部，單反相機(6)布置在合頁門(7)外側(cè)，合頁門(7)上嵌石英玻璃(5)，壓力表(8) 與放電裝置C3)連接，阻容分壓器( 和放電量檢測單元(9)通過同軸電纜(19)連接到示波器(10)，純SF6氣體(14)經(jīng)聚四氟乙烯管(20)、進氣口(11)與放電裝置(3)連接，出氣口(12)與真空泵(15)連接，樣氣通過采樣口(13)、真空表(16)、監(jiān)測氣體池(17)與傅里葉紅外光譜儀(18)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試SF6氣體放電分解產(chǎn)物特性的試驗裝置，其特征在于所述的放電電極(4)采用外螺紋形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試SF6氣體放電分解產(chǎn)物特性的試驗裝置，其特征在于所述的放電量檢測單元(9)設(shè)計為50Ω的檢測阻抗，將放電產(chǎn)生的電流脈沖信號轉(zhuǎn)化成電壓脈沖信號，同時采用二極管雙限幅電路對檢測阻抗進行保護。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試SF6氣體放電分解產(chǎn)物特性的試驗裝置，其特征在于所述的氣體池(17)用于采集試驗氣樣，首先使用真空泵(15)將聚四氟乙烯管00)及氣體池抽真空，然后調(diào)節(jié)閥門，充入定量氣樣此過程由真空表(16) (-0. IMI^a 0)進行監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測試SF6氣體放電分解產(chǎn)物特性的試驗系統(tǒng)裝置，包括試驗變壓器、阻容分壓器、氣體放電裝置、單反相機、放電量檢測單元、取氣回路和傅里葉紅外光譜儀。能夠模擬不同類型的放電故障，包括針板電暈放電，火花放電，顆粒放電和懸浮電位放電，利用響應(yīng)快速、精度高的傅里葉紅外光譜儀分析不同放電故障下氣體分解產(chǎn)物組分及規(guī)律，結(jié)合單反相機記錄的光信號和示波器記錄的電信號，提取出反映放電故障的典型氣體及特征量，為應(yīng)用SF6氣體分解產(chǎn)物診斷設(shè)備運行狀況這一技術(shù)奠定試驗和理論基礎(chǔ)。本發(fā)明具有操作簡單、嚴密實用、拓展便宜、測量準確、獲取信息量多的優(yōu)點。
文檔編號G01R31/12GK102435919SQ201110276458
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者任明, 任重, 楊彥博, 董明, 鄭雷, 陳曉清 申請人:西安交通大學(xué)