一種用于測試SF₆氣體放電分解產物特性的試驗裝置的制作方法

專利名稱：一種用于測試SF₆氣體放電分解產物特性的試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及氣體絕緣全封閉式組合電器(GIQ故障診斷技術領域，涉及應用SF6 氣體分解產物檢測以分析診斷設備運行狀況這一研究課題。
背景技術：
^(#^11^: -! ^ !^ ! (Gas-insulated metal-enclosed switchgear, GIS) 因其結構緊湊，占地面積小，可靠性高等特點在超高壓和特高壓電網中得到了廣泛推廣。據國際大電網會議(CIGRE)統計表明，GIS年故障率為0.01 0. 02/站，約為常規設備故障率的10%。隨著GIS的大規模使用，因內部絕緣材料和安裝質量問題引起的故障和事故逐漸增多，作為電網系統最重要的電力設備之一，GIS—旦發生故障將會造成嚴重的后果，其直接危害變電站主設備受損，造成供電中斷，帶來大面積區域停電，影響正常的生活、生產甚至社會穩定。因此，提高GIS運行的可靠性對整個電網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。設備在運輸、 儲存和安裝中可能發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，導電微粒進入或工具遺忘在裝置內等，這些隱患的存在和發展會造成設備內部發生火花放電、電暈、局部放電和過熱等問題，導致絕緣氣體SF6發生分解及復雜的化學反應，生成多種由氟、硫和氧等組成的氣體化合物，伴隨產生的電信號和產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、放電電流或導體電壓變動等電氣信號的方法；檢測超聲(AE)或振動的方法；檢測發光的方法；檢測SF6氣體分解物的方法。目前，國內外關于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點，適合于現場使用；初步研究表明，不同放電類型可能導致SF6分解過程與氣體分解產物種類及含量不同，而且隨著局部放電和過熱的持續，SF6分解氣體的量也將逐漸累積，故該方法非常適合于GIS狀態長期監測。目前，大多數研究只是簡單羅列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系，以及各種典型氣體濃度之間的相互關系。此外，分解產物組分較多，含量微少不易測量，化學反應復雜，使得SF6氣體在放電作用下化學反應過程成為一個研究難題。

發明內容
本發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氣體分解產物組分及含量規律，提取出反映放電故障的典型氣體及特征量，為應用SF6氣體分解產物診斷設備運行狀況這一課題奠定試驗和理論基礎。本發明是通過以下技術方案來解決一種用于研究SF6氣體放電分解產物特性的試驗裝置，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，壓力表監測氣體放電裝置內的氣壓大小，阻容分壓器和放電量檢測單元將信號通過同軸電纜傳輸到示波器，純SF6氣體經聚四氟乙烯管由進氣口充入氣體放電裝置，試驗結束后的廢氣經出氣口使用真空泵抽離，采樣口用于采集試驗氣樣，真空表監測氣體池及聚四氟乙烯管道內的氣壓情況，傅里葉紅外光譜儀掃描氣體池內的試驗氣樣，得到SF6氣體分解產物的吸光度光譜圖。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整電極的位置，此外，可便于清洗腔體內部，保持試驗環境的潔凈。所述的放電量檢測單元設計為50Ω的檢測阻抗，將放電產生的電流脈沖信號轉化成電壓脈沖信號，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，然后調節閥門，充入定量氣樣此過程由真空表(-0. IMI^a 0)進行監測。本發明具有以下有益效果1)本發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)本發明同步采集故障放電時的光信號和電信號，豐富了試驗數據，結合氣體產物試驗結果，能更全面地分析放電狀況。3)本發明設計了嚴密的取氣流程和取氣方法，保證了氣樣檢測結果的真實性和有效性。4)本發明從測量模式、切趾函數、掃描次數、分辨率，掃描范圍，光譜差減6個方面進行優化，有效地提高了試樣光譜的信噪比。


圖1本發明的試驗裝置結構示意圖；圖2本發明的放電電極結構示意圖；圖3本發明的放電量檢測單元；圖4本發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物標定(針板電暈放電)。
具體實施例方式下面結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氣體放電分解產物特性的試驗系統裝置，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監測氣體放電裝置3內的氣壓大小，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傳輸到示波器 10，純SF6氣體14經聚四氟乙烯管20由進氣口 11充入氣體放電裝置3，試驗結束后的廢氣經出氣口 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監測氣體池17 及聚四氟乙烯管道20內的氣壓情況，傅里葉紅外光譜儀18掃描氣體池17內的試驗氣樣。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，連接1、 3部件，4為平板電極，該模型可用于模擬導體之間接觸不良或螺絲松動引起的懸浮電位放電，懸浮電極可調節(0 IOmm)；圖2(c)為顆粒放電，1為平板電極，2為有機玻璃擋板，便于觀察放電現象，3為平板電極，該模型可用于模擬殘留在GIS腔內的金屬導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構，曲率半徑約80mm，主電極間距在4 16mm之間可調，2為觸發電極，外接觸發電路。本發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節電極間距。設計了四種不同的電極結構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物含量統一的表征方式，分析放電分解產物組分及含量變化規律，掌握主要氣體分解產物的生成機理；其次，其次展開各種模擬放電故障研究，在上述試驗規律和總結的基礎上，有效地提取反映放電故障的典型氣體及特征量。本發明的合頁門7設計出發點就是方便在試驗中更換電極及準確調整電極的位置，合頁門采用“0”密封圈進行密封。此外，可便于清洗腔體內部，保持試驗環境的潔凈。本發明的氣體放電裝置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、顆粒形狀及數目、 懸浮電位位置、吸附劑等不同因素對氣體分解產物造成的影響，分析影響因素的作用機理和作用結果，并進一步推導氣體分解產物生成的過程和機理。本發明的放電量檢測單元設計為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生的電流脈沖信號轉化成電壓脈沖信號，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腐蝕、耐高溫特點，不會與氣樣中腐蝕性氣體發生反應；不銹鋼真空閥可調節管路中氣流流速，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，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。本發明的取樣流程進行了嚴密的設計，1)取樣前先斷電，在取樣口閥門13關閉， 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)將氣體池一側閥門關閉，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值變化，充入lOOltfa時，迅速關緊取樣口閥門，然后關閉氣體池閥；4)重新對氣體放電裝置加壓，紅外掃描試驗氣樣。本發明的傅里葉紅外光譜儀進行了細致的參數優化，要想獲得一張比較理想紅外光譜圖，必須根據試驗目的，樣品特性和光譜圖效果等要求，通過大量檢測試驗，設置合理測試參數。參數優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，應盡可能地提高信噪比。影響信噪比的參數有測量時間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。本發明從測量模式、切趾函數、掃描次數、分辨率，掃描范圍，光譜差減6個方面進行優化。經過多組試驗氣樣的分析比較，切趾函數選為Happ-Genzel切趾函數，分辨率為 0. 5CHT1，掃描次數為20次，掃描范圍為400 ^OOcnT1。經過參數的優化，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。
權利要求
1.一種用于測試SF6氣體放電分解產物特性的試驗裝置，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)內部，單反相機(6)布置在合頁門(7)外側，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)、監測氣體池(17)與傅里葉紅外光譜儀(18)連接。
2.根據權利要求1所述的測試SF6氣體放電分解產物特性的試驗裝置，其特征在于所述的放電電極(4)采用外螺紋形式。
3.根據權利要求1所述的測試SF6氣體放電分解產物特性的試驗裝置，其特征在于所述的放電量檢測單元(9)設計為50Ω的檢測阻抗，將放電產生的電流脈沖信號轉化成電壓脈沖信號，同時采用二極管雙限幅電路對檢測阻抗進行保護。
4.根據權利要求1所述的測試SF6氣體放電分解產物特性的試驗裝置，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，然后調節閥門，充入定量氣樣此過程由真空表(16) (-0. IMI^a 0)進行監測。
全文摘要
本發明公開了一種用于測試SF6氣體放電分解產物特性的試驗系統裝置，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物組分及規律，結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，為應用SF6氣體分解產物診斷設備運行狀況這一技術奠定試驗和理論基礎。本發明具有操作簡單、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 優先權日2011年9月16日
發明者任明, 任重, 楊彥博, 董明, 鄭雷, 陳曉清 申請人:西安交通大學