一種混合氣體低溫擊穿電壓及光譜檢測裝置的制作方法

文檔序號：12314231閱讀：234來源：國知局

本實用新型屬于高壓電試驗技術領域，具體涉及一種混合氣體低溫擊穿電壓及光譜檢測裝置。

背景技術：

自20世紀60年代開始，SF₆氣體因具有較高的絕緣能力和優(yōu)良的滅弧性能被廣泛使用在電力工業(yè)中，如氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)、氣體斷路器(GCB)、氣體輸電管線(GIL)等。然而，SF₆在實際應用中存在著一些不如人意之處：SF₆氣體在壓力較大，環(huán)境溫度過低的情況下容易液化，這使在高寒地區(qū)冬季寒冷季節(jié)使用受到限制，對電力設備的安全運行構成嚴重威脅；此外，SF₆氣體的大量使用會對全球的溫室效應產生影響，在《京都議定書》中，SF₆被列為受限制的六種溫室氣體之一，其全球變暖系數(GWP)是CO₂氣體的23900倍。長期以來，人們?yōu)閷ふ襍F₆的替代氣體進行了大量研究，但尚未發(fā)現(xiàn)一種在絕緣性能和滅弧性能方面可以完全替代SF₆的氣體，于是人們開始尋求使用SF₆混合氣體(如SF₆/N₂、SF₆/CF₄混合氣體)作為絕緣滅弧介質，不僅可以降低絕緣氣體的液化溫度，而且可以減少SF₆氣體的使用量。目前，對混合氣體在高壓開關中的應用還處于理論探索階段，已有的實驗研究也是局限于常溫狀態(tài)下的混合氣體擊穿特性研究，對于低溫條件下混合氣體擊穿絕緣特性及等離子體光譜的問題，有待進一步研究。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型提供一種混合氣體低溫擊穿電壓及光譜檢測裝置。

本實用新型的技術方案：

一種混合氣體低溫擊穿電壓及光譜檢測裝置，包括：

SF₆混合氣體充放與回收裝置、低溫環(huán)境設定裝置、混合氣體擊穿電壓檢測裝置和光譜采集裝置；

所述SF₆混合氣體充放與回收裝置包括：用于存放SF₆氣體的高壓氣瓶、用于存放另一種氣體的高壓氣瓶、混合氣體儲氣罐、壓縮機1、過濾吸收裝置、真空泵、氣體連接管路、氣體流量計G₁、氣閥K₁、氣體流量計G₂、氣閥K₂、電接點壓力表G₄和氣閥K₃；

所述低溫環(huán)境設定裝置包括：溫度控制系統(tǒng)、壓縮機2、熱交換器、冷凝器、膨脹閥、電動機和存儲器；

所述混合氣體擊穿電壓檢測裝置包括：氣體密封系統(tǒng)、用于測量瞬態(tài)高電壓的阻容分壓器、用于顯示阻容分壓器低壓端輸出電壓的示波器、高壓電產生裝置和第一電阻；所述氣體密封系統(tǒng)包括：封閉容器、密封氣室、正電極、負電極、溫度傳感器和調距旋鈕；

所述光譜采集裝置包括：上位機、光同步觸發(fā)探頭、光纖探頭和光纖光譜儀；

所述高壓氣瓶分別與混合氣體儲氣罐的兩個進氣口相連，所述氣體流量計G₁和氣閥K₁設置在存放SF₆氣體的高壓氣瓶與混合氣體儲氣罐的氣體連接管路上，氣體流量計G₂和氣閥K₂設置在存放另一種氣體的高壓氣瓶與混合氣體儲氣罐的氣體連接管路上，可實現(xiàn)SF₆氣體與另一氣體以任意比例混合，所述混合氣體儲氣罐上設置有電接點壓力表G₄，用于檢測混合氣體儲氣罐中兩種氣體的分壓力，混合氣體儲氣罐出氣口通過氣體連接管路分別連接壓縮機和真空泵，真空泵連接過濾吸收裝置，壓縮機1通過氣體連接管路與熱交換器的混合氣體輸入端連接，氣體連接管路上設置有氣閥K₃；所述壓縮機1用于將混合氣體儲氣罐中的混合氣體充入氣體密封系統(tǒng)，或者將氣體密封系統(tǒng)中的混合氣體回收至混合氣體儲氣罐中；

所述熱交換器的氣體出口連接壓縮機2氣體輸入端，壓縮機2驅動端連接電動機，壓縮機2氣體輸出端連接冷凝器一端，冷凝器另一端連接存儲器，存儲器連接膨脹閥，膨脹閥連接交換器的氣體入口，熱交換器和膨脹閥分別與溫度控制系統(tǒng)輸出端連接，溫度控制系統(tǒng)輸入端連接溫度傳感器；

所述密封氣室放在封閉容器內，密封氣室側壁上設有窗口，封閉容器側面設置有溫度傳感器，密封氣室一端設有調距旋鈕，正電極和負電極設置在密封氣室內，正電極和負電極之間的距離可以通過密封氣室上方的調節(jié)旋鈕調節(jié)，密封氣室通過氣體連接管道連接熱交換器的混合氣體輸出端，氣體連接管道上設置有壓力表G₃，正電極和負電極分別與高壓電產生裝置正輸出端和負輸出端連接，阻容分壓器的高壓端連接用于保護線路的第一電阻的一端，第一電阻的另一端連接高壓電產生裝置正輸出端，阻容分壓器的低壓端連接示波器，阻容分壓器的接地端接地；

所述光纖光譜儀和上位機通過數據線連接，用于采集氣體密封系統(tǒng)中光譜信息光同步觸發(fā)探頭和光纖探頭分別與光纖光譜儀連接，所述光同步觸發(fā)探頭和光纖探頭分別通過密封氣室側面窗口對準正電極和負電極之間的中心處。

有益效果：本實用新型的一種混合氣體低溫擊穿電壓及光譜檢測裝置與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)勢：

(1)測量低溫環(huán)境下混合氣體的擊穿電壓，彌補低溫環(huán)境下實驗測量的空缺，對嚴寒地區(qū)電力設備應用有一定的研究意義；

(2)測量低溫環(huán)境下混合氣體的等離子體光譜，對研究低溫混合氣體微觀參量具有突破；

(3)混合氣體儲氣罐可認為零泄漏，不同氣體由不同的進氣口進入，極大的保證了混合氣體可以充分混合，防止分層現(xiàn)象，通過儲氣罐表面安有的電接點壓力表、流量計控制氣體流速，方便準確控制混合氣體混合比；

(4)可完成混合氣體的回收循環(huán)利用，提高資源利用和節(jié)約實驗成本，可基本實現(xiàn)SF₆向大氣中的零排放；

(5)低溫環(huán)境設定裝置可以很好的設定混合氣體的溫度實驗不受外界環(huán)境溫度影響，保證了實驗的可靠性；

(6)光纖探頭及光同步觸發(fā)探頭可以在產生電弧的一瞬間采集光譜信息并保存到上位機，具有實時性。

附圖說明

圖1為本實用新型一種實施方式的混合氣體低溫擊穿電壓及光譜檢測裝置示意圖，其中，1為SF₆混合氣體充放與回收裝置，2為低溫環(huán)境設定裝置，3為混合氣體擊穿電壓檢測裝置，4為光譜采集裝置，5為用于存放SF6氣體的高壓氣瓶，6為用于存放另一種氣體的高壓氣瓶，7為混合氣體儲氣罐，8為壓縮機，9為過濾吸收裝置，10為真空泵，11為氣體連接管路，12為壓縮機，13為熱交換器，14為冷凝器，15為膨脹閥，16為電動機，17為存儲器，18為溫度控制系統(tǒng)，19為阻容分壓器，20為示波器，21為高壓電產生裝置，22為第一電阻，23為封閉容器，24為密封氣室，25為正電極，26為負電極，27為溫度傳感器，28為窗口，29為調距旋鈕，30為上位機，31為光同步觸發(fā)探頭，32為光纖探頭，33為光纖光譜儀；

圖2為本實用新型一種實施方式的混合氣體低溫擊穿電壓及光譜檢測裝置工作過程流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的一種實施方式作詳細說明。

SF₆和另一種不會與其發(fā)生反應的氣體，如氮氣、四氟化碳、二氧化碳等混合后，根據Dalton分壓定律，通過控制混合氣體中SF₆氣體的分壓從而調節(jié)SF₆和另一氣體的混合比，即

式中：n_A、n_B為兩種氣體的摩爾數；p_A、p_B為兩種氣體的分壓力，即兩種氣體混合后承擔的壓強，因此可以通過控制兩種氣體的壓強比來控制混合氣體中SF₆氣體的含量。

如圖1所示，本實施方式的一種混合氣體低溫擊穿電壓及光譜檢測裝置，包括：SF₆混合氣體充放與回收裝置1、低溫環(huán)境設定裝置2、混合氣體擊穿電壓檢測裝置3和光譜采集裝置4；

所述SF₆混合氣體充放與回收裝置1包括：用于存放SF₆氣體的高壓氣瓶5、用于存放另一種氣體的高壓氣瓶6、混合氣體儲氣罐7、壓縮機8、過濾吸收裝置9、真空泵10、氣體連接管路11、氣體流量計G₁、氣閥K₁、氣體流量計G₂、氣閥K₂、氣閥K₃和電接點壓力表G₄。

所述另一種氣體為液化點在-50℃以下的氣體，包括氮氣、二氧化碳、四氟化碳、惰性氣體。

所述低溫環(huán)境設定裝置2包括：壓縮機12、熱交換器13、冷凝器14、膨脹閥15、電動機16、存儲器17和溫度控制系統(tǒng)18。

所述混合氣體擊穿電壓檢測裝置3包括：氣體密封系統(tǒng)、用于測量瞬態(tài)高電壓的阻容分壓器19、用于顯示阻容分壓器低壓端輸出電壓的示波器20、高壓電產生裝置21、第一電阻22和壓力表G₃；所述氣體密封系統(tǒng)包括：封閉容器23、密封氣室24、正電極25、負電極26、溫度傳感器27和調距旋鈕29，密封氣室24側面設置有窗口28，溫度傳感器27設置在封閉容器23側面。密封氣室24一端設有調距旋鈕29。封閉容器23將密封氣室24與外界環(huán)境隔離，保持短時間實驗低溫環(huán)境。

所述光譜采集裝置4包括：上位機30、光同步觸發(fā)探頭31、光纖探頭32和光纖光譜儀33。

所述高壓氣瓶5和高壓氣瓶6分別與混合氣體儲氣罐7的兩個進氣口相連，并且氣體連接管路11上分別設有氣體流量計G₁、氣閥K₁和氣體流量計G₂、氣閥K₂，可實現(xiàn)SF₆氣體與另一氣體以任意比例混合；混合氣體儲氣罐7上設置有電接點壓力表G₄，混合氣體儲氣罐7出氣口通過氣體連接管路11分別連接壓縮機8和真空泵10，真空泵10連接過濾吸收裝置9；壓縮機8通過氣體連接管路11與熱交換器13的混合氣體輸入端連接，氣體連接管路11上設置有氣閥K₃。所述混合氣體儲氣罐7上設有保護裝置，用于當混合氣體儲氣罐7中氣體壓力超過設定值時控制壓縮機8自動斷開。所述有電接點壓力表G₄用于檢測混合氣體儲氣罐中兩種氣體的分壓力，所述壓縮機8用于將混合氣體儲氣罐7中的混合氣體充入密封氣室24中，或者將密封氣室24中的混合氣體回收至混合氣體儲氣罐7中。所述真空泵10用于將密封氣室24或者混合氣體儲氣罐7進行抽真空。

所述熱交換器13的氣體出口連接壓縮機12氣體輸入端，壓縮機12驅動端連接電動機16，壓縮機12氣體輸出端連接冷凝器14一端，冷凝器14另一端連接存儲器17，存儲器17連接膨脹閥15，膨脹閥15連接交換器13的氣體入口，熱交換器13和膨脹閥15分別與溫度控制系統(tǒng)18輸出端連接。

當混合氣體流經低溫環(huán)境設定裝置前，開啟低溫環(huán)境設定裝置，壓縮機開始壓縮該裝置中用于產生低溫環(huán)境的氣體，將壓縮后的氣體送至與壓縮機連接的冷凝器，冷凝器將壓縮后的氣體轉化成液體存放在儲存器中，儲存器將液體通過膨脹閥送至熱交換器，熱交換器通過蒸發(fā)吸熱對流經熱交換器的混合氣體降溫后，傳輸給混合氣體密封氣室。

所述混合氣體密封氣室24放在封閉容器23內，密封氣室24為圓柱形，地面直徑100mm，高500mm，側壁由有機玻璃構成，且密封氣室24側壁上設有石英視窗即窗口28，正電極25和負電極26可以采用平板電極、棒-板電極或針-板電極，電極的邊緣有倒角以防止邊緣效應。正電極25和負電極26設置在密封氣室24內，正電極25和負電極26之間的距離可以通過密封氣室24上方的調節(jié)旋鈕29調節(jié)，密封氣室24通過氣體管道連接熱交換器13的混合氣體輸出端。密封氣室與熱交換器相連接的氣體管道上在靠近密封氣室下端處設有壓力表G₃，用于監(jiān)控進入密封氣室的氣體壓力情況。溫度控制系統(tǒng)18輸入端連接溫度傳感器27，正電極25和負電極26分別與高壓電產生裝置21正輸出端和負輸出端連接；阻容分壓器19的高壓端連接用于保護線路的第一電阻22的一端，第一電阻22的另一端連接高壓電產生裝置21正輸出端，阻容分壓器19的低壓端連接示波器20，阻容分壓器19的接地端接地。所述第一電阻22采用水電阻。

所述高壓電產生裝置包括：ZDFI-1200kV/50mA型直流電壓發(fā)生器、TZF400-400型電阻分壓器、TCF400-200型沖擊分壓器及MWF400-0.25型脈沖電容器。

所述光纖光譜儀33和上位機30通過數據線連接，光同步觸發(fā)探頭31和光纖探頭32分別與光纖光譜儀33連接，光同步觸發(fā)探頭31和光纖探頭32分別通過石英視窗28對準正電極25和負電極26之間的中心處。

如圖2所示，混合氣體低溫擊穿電壓及光譜檢測裝置的工作過程，包括如下步驟：

步驟1：通過調節(jié)旋鈕調節(jié)密封氣室內正電極與負電極之間的距離；

步驟2：壓縮機將密封氣室中的混合氣體回收至混合氣體儲氣罐中，除去密封氣室內殘余的氣體，開啟真空泵將混合氣體儲氣罐抽真空，并通過過濾吸收裝置排放抽取的殘余氣體；

步驟3：調節(jié)氣閥K₁和氣閥K₂，觀察電接點壓力表G₄，控制高壓氣瓶向混合氣體儲氣罐中充氣；

步驟4：混合氣體儲氣罐將氣體混合后，打開氣閥K₃，混合氣體傳輸給低溫環(huán)境設定裝置；

步驟5：混合氣體通過低溫環(huán)境設定裝置冷卻后，傳輸給密封氣室：

步驟5-1：混合氣體輸入熱交換器混合氣體輸入端；

步驟5-2：壓縮機開始壓縮低溫環(huán)境設定裝置中用于產生低溫環(huán)境的氣體，將壓縮后的氣體送至與壓縮機連接的冷凝器；

步驟5-3：冷凝器將壓縮后的氣體轉化成液體存放在儲存器中；

步驟5-4：儲存器將液體通過膨脹閥送至熱交換器，熱交換器通過蒸發(fā)吸熱對流經熱交換器的混合氣體降溫后，傳輸給混合氣體密封氣室；