CN103592582A - 一种六氟化硫分解实验系统 - Google Patents

Abstract

一种六氟化硫分解实验系统，包括罐体；高压发生装置；设置在罐体内的且与高压发生装置相连接的第一极板与第二极板，用于模拟实际六氟化硫绝缘电气设备在发生过热性故障时的电场特性；设置在第二极板上的加热装置，用于模拟六氟化硫绝缘电气绝缘设备过热故障条件下的热场特性；加气装置，用于向罐体内输入六氟化硫气体；气体检测装置，用于检测在在六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的电场特性、热场特性及压力特性下的六氟化硫的分解产物的具体含量，从而完成在模拟六氟化硫在真实的运行环境中过热故障作用下的分解过程，并检测分解产物的具体含量。

Description

一种六氟化硫分解实验系统

技术领域

本申请涉及高压供电技术领域，更具体地说，涉及一种六氟化硫分解实验系统。

背景技术

六氟化硫（SF₆）气体绝缘电气设备，是一种以SF₆气体作为绝缘介质，具有绝缘强度高、运行稳定、占地面积小和维护工作量小等突出优点，在电力系统中，尤其是大中城市电网建设和改造中得到愈来愈广泛的应用。

当SF₆电气设备内部存在如接触不良、磁饱和等缺陷或过载故障时，缺陷部位的热稳定将被破坏，使得绝缘介质温度不断上升，引起过热性故障的发生，进而导致固体绝缘介质发生分解、熔化、碳化或烧焦，从而发生热击穿。虽然SF₆电气设备外部过热性故障可以通过红外直接测量其表面温度来判断，但是当SF₆电气设备内部发生过热性故障时，表面最高温度主要受介质材料热阻系数和热源距离表面的距离的影响，与内部温度差别很大，且与致热源位置可能不对应，同时也不能像放电性故障那样可以通过放电过程中所激发的相关电、磁、光、超声信号进行实时的监测。因此，SF₆电气设备内部过热性故障存在着潜伏周期长、不易监测的困难。

但是，SF₆气体绝缘电气设备的过热性故障的初期表现为持续的局部温度过高，设备内的主要绝缘介质SF₆在持续的局部高温作用下会发生分解，生成如氟化硫酰（SO₂F₂）、氟化亚硫酰（SOF₂）、二氧化硫（SO₂）等特征产物，并且所生成的这些特征产物种类及其含量或含量比值又与故障点处的温度（能量）存在着极为密切的关系。因此，可以通过对SF₆在各种故障作用下的分解特性（分解产物的种类、含量及其含量比值变化规律等）来对SF₆气体绝缘设备过热性故障进行故障诊断和绝缘状态评估。

运行中的高压SF₆气体绝缘设备内部导体不仅需要流过负载电流，而且其绝缘介质还要承受极大的均匀电场作用。SF₆在局部高温热场的作用下不仅会发生分解，而且还会产生热电离，电离产生的分子碎片、带电粒子和电子在运行的SF₆气体绝缘电气设备内部固有均匀电场作用下获得能量，形成高能带电粒子又会撞击SF6分子使其进一步发生碰撞电离生成低氟硫化物SF_x（x=1,2…5），然后再与混杂在气室内的氧气（O₂）、水蒸气（H₂O）以及故障源处的金属物质发生反应，生成如SO₂F₂、SOF₂、SO₂、CO₂等产物。因此，亟需研究在SF₆在电（场）-热（场）联合作用下的分解过程与分解机理，在此基础上提取出表征过热性故障的分解组分特征量，建立SF₆气体绝缘设备过热性故障的诊断方法和分解理论。

然而，目前国内外还没有一种能够在电场和热场同时存在时对SF₆气体发生分解的过程进行模拟的实验装置。因此，为了真实的模拟运行SF₆气体绝缘设备内部SF₆在过热性故障作用下的分解过程，亟需一种能够用于实验和理论研究的六氟化硫分解实验装置，以模拟SF₆在真实的运行环境下过热故障作用下的分解过程，并检测六氟化硫分解产物的具体含量。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种能够用于实验和理论研究的六氟化硫分解实验系统，以模拟SF₆在真实的运行环境下过热故障作用下的分解过程，并检测六氟化硫分解产物的具体含量。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种六氟化硫分解实验系统，优选的，包括：

密闭的耐压罐体；

设置在所述罐体内的第一极板和第二极板，所述第一极板与第二极板平行相对设置并有间隔；

分别与所述第一极板、所述第二极板相连接的高压发生装置，用于向所述第一极板和所述第二极板之间加载交流电压，所述交流电压与加载在六氟化硫电气绝缘设备发生过热故障时的电压相同；以模拟六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的电场特性；

设置在所述第二极板上的加热装置，用于使所述第一加班与所述第二极板之间保持预设温度，所述预设温度与六氟化硫绝缘电气设备发生过热故障时的温度相同，以模拟六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的热场特性；

与所述罐体相连通的抽真空装置，用于对所述罐体抽真空；

与所述罐体相连通的供气装置，用于向所述罐体内输送六氟化硫气体；

与所述罐体相连通的气体检测装置，用于对所述罐体内在所述电场特性和所述热场特性条件下六氟化硫气体的分解产物的含量进行检测。

优选的，所述第一极板和所述第二极板的形状为直径相同的圆盘状、材质为铜。

优选的，所述下极板设置有用于调节所述第一极板与所述第二极板的间距的调距装置。

优选的，所述高压发生装置包括：

一次侧与380v交流电源相连接的调压器；

一次侧与所述调压器的二次侧相连接的试验变压器；

一端与所述试验变压器的二次侧的高压端相连接的无局放电阻；

高压端与所述无局放电阻的另一端相连接的电容分压器；

所述电容分压器的低压端接地并分别与所述试验变压器的二次侧的低压端、第二极板相连接，所述电容分压器的高压端与所述第一极板相连接。

优选的，所述加热装置包括：

所述第二极板的中心设置有凹槽；

设置在所述凹槽内的电发热体；

与所述电发热体相连接的低压供电装置，用于向所述电加热体输送电流；

设置在所述凹槽内的第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述电发热体相接触，用于检测所述点发热体的温度并输出第一温度信号；

分别与所述第一温度传感器、所述低压供电装置相连接的温度调节装置，用于根据所述第一温度信号和所述预设温度控制所述低压供电装置的输出电流。

优选的，所述抽真空装置包括：

与所述罐体通过管路相连通的真空泵；

设置在用于连通所述真空泵与所述罐体的管路上的截止阀。

优选的，所述供气装置包括：

与所述罐体通过管路相连通的六氟化硫气瓶；

设置在用于连通所述罐体与所述六氟化硫气瓶的管路上的截止阀。

优选的，所述气体检测装置为气相色谱质谱联用仪。

优选的，还包括：

设置在所述罐体内的第二温度传感器，用于对所述罐体内的环境温度进行检测并输出第二温度信号；

设置在所述罐体外的温度显示装置，所述温度显示装置与所述第二温度传感器相连接，用于根据所述第二温度信号显示输送到罐体内的环境温度。

优选的，还包括设置所述罐体上的观察窗，用于观察实验状况。

从以上的技术方案可以看出，罐体内设置的第一极板与第二极板分别与高压发生装置相连接，用于产生均匀的电场，以模拟实际六氟化硫绝缘电气设备在发生过热性故障时的电场特性；加热装置设置在第二极板上并保持预设温度，以模拟六氟化硫绝缘电气绝缘设备过热故障条件下的热场特性；抽真空装置能够在实验前将空气预先排出以排除空气杂志的干扰；加气装置用于向罐体内输入六氟化硫气体，以模拟六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的六氟化硫气体压力特性；气体检测装置用于检测在在六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的电场特性、热场特性及压力特性下的六氟化硫的分解产物的具体含量，从而完成在模拟六氟化硫在真实的运行环境中过热故障作用下的分解过程，并检测分解产物的具体含量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种六氟化硫分解试验系统的结构图；

图2为本申请另一实施例公开的一种六氟化硫分解试验系统的结构图；

图3为本申请另一实施例公开的一种第二极板的结构图；

图4为本申请又一实施例公开的一种六氟化硫分解试验系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例公开的一种六氟化硫分解实验系统的结构图。

如图1所示，本实验系统包括罐体10、第一极板11、第二极板12、高压发生装置20、加热装置121、抽真空装置50、供气装置40和气体检测装置30，其中：第一极板11和第二极板12设置在罐体10内、并平行相对设置，高压发生装置20分别与第一极板11、第二极板12相连接，加热装置13设置在第二极板12上，罐体10分别与抽真空装置50、供气装置40、气体检测装置30相连通。

罐体10为金属材质的密闭的耐压罐，因为在进行实验时需要抽真空或者加压，所以需要能够承受一定的正压和负压，材质选用不锈钢。形状为中间为柱体，两端为两个半球形，两个半球的中心部位设置有与罐体10相连接的法兰，在法兰的中间设置有套管，套管的中心设置有导体，分别用于与第一极板11、第二极板12相连接。在本实施例中，罐体10的内径为550毫米，长度为1800毫米。

第一极板11和第二极板12的面积相等，形状优选直径120毫米的圆盘形，材质优选铜。第一极板11的厚度为12毫米，第二极板12的厚度为22毫米。第一极板11和第二极板12在罐体10内平行相对设置，以产生较为均匀的电场，用于模拟真型六氟化硫绝缘电气设备中同轴结构中中心导体和电气设备的外壁之间的均匀电场。

加热装置13用于保持预设温度，以模拟在实际运行状态下的六氟化硫电气设备的发热情形，加热装置13设置在第二极板12上。

高压发生装置20用于产生六氟化硫绝缘电气设备的实际运行时的电压强度，设置有高压端201和低压端202，高压端201与第一极板11相连接，低压端202与第二极板12相连接。

抽真空装置50用于在试验前将罐体10内的空气抽出，以排除杂质对试验的影响。包括真空泵和截止阀，真空泵的吸气口与罐体通过管路相连通，运行真空泵即可将罐体内的空气抽出；在管路上还设置有截止阀，用于在抽真空结束后防止空气漏进罐体内。

供气装置40用于向罐体10内输送六氟化硫气体，包括六氟化硫气瓶，六氟化硫气瓶通过管路与罐体10相连通，在连通罐体10与六氟化硫气瓶的管路上还设置有截止阀401，当打开截止阀401时，六氟化硫气体输送进罐体10内，当关闭截止阀401时，即可停止向罐体10内输送六氟化硫气体。

在罐体10上还设置有用于检测罐体10内六氟化硫气体压力或真空度的压力表（未示出），根据压力表的读数控制截止阀401的开关即可将罐体10内的六氟化硫压力控制在六氟化硫绝缘电气设备中六氟化硫气体的实际压力水平。

气体检测装置30用于对罐体内气体成分的含量进行检测。

从以上的技术方案可以看出，罐体内设置的第一极板与第二极板分别与高压发生装置相连接，用于产生均匀的电场，以模拟实际六氟化硫绝缘电气设备在发生过热性故障时的电场特性；加热装置设置在第二极板上并保持预设温度，以模拟六氟化硫绝缘电气绝缘设备过热故障条件下的热场特性；抽真空装置能够在实验前将空气预先排出以排除空气杂志的干扰；加气装置用于向罐体内输入六氟化硫气体，以模拟六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的六氟化硫气体压力特性；气体检测装置用于检测在在六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的电场特性、热场特性及压力特性下的六氟化硫的分解产物的具体含量，从而完成在模拟六氟化硫在真实的运行环境中过热故障作用下的分解过程，并检测分解产物的具体含量。

实施例二

图2为本申请另一实施例公开的六氟化硫分解试验系统的结构图。

如图2所示，本实施例公开的六氟化硫分解试验系统是对上一实施例的局部改进：

本实施例中的第一极板11与第二极板12可以是上下关系设置，也可以是左右关系设置，在第一极板11与第二极板12之间保留一定的间隙，间隙的具体尺寸在0-150毫米之间连续可调，通过设置在第二极板12的调距装置调节第二极板12相对于第一极板11的位置以实现调节均匀电场的强度，以进行在不同场强条件下的试验。

调距装置（未示出）为与第二极板12相连接的连杆（未示出），连杆为金属材质，同时作为与第二极板12相连接的导线，连杆设置有螺纹，通过设置在罐体10端部的法兰的螺丝调节第二极板12的上下位置。

加热装置13包括低压供电装置130、温度调节装置133、电发热体131和第一温度传感器132，低压供电装置包括开关电源135和电流调节装置134。

在第二极板12的中部相对于第一极板11的一侧设置有长形的凹槽121，如图3所示，电发热体131设置在凹槽121内，电发热体131的材质为铝或电解铜，用于模拟六氟化硫绝缘设备的材质；第一温度传感器132与电发热体131相接触，用于对电发热体131的温度进行检测，并输出第一温度信号。

开关电源135使用市电220伏交流电源供电，并向电流调节装置134输出12伏的直流电。温度调节装置133分别与第一温度传感器132、电流调节装置134相连接，并根据第一温度传感器132输出的第一温度信号控制电流调节装置134的输出电流，以此将电发热体131的温度保持在预设的温度值。

高压发生装置20用于产生六氟化硫绝缘电气设备的实际运行时的电压强度，设置有高压端201和低压端202，高压端201与第一极板11相连接，低压端202与第二极板12相连接。

高压发生装置包括调压器T1、试验变压器T2、无局放电阻R和电容分压器21。

调压器T1的一次侧与380伏交流电源相连接，用于将380伏交流电源调节为试验变压器T2输入所需要的电压，调压器T1的二次侧与试验变压器T2的一次侧相连接，优选容量为60KVA，最大电流为140安。

试验变压器T2采用无晕试验变压器，优选的额定容量为60KVA，高低压绕组的变比为60KV/400V，额定电流为1.0A/150A，最大局放量为5pF。试验变压器T2的二次侧的高压端203与无局放电阻R的一端相连接，试验变压器T2的低压端204分别与第二极板11、电容分压器21的低压端202相连接。

无局放电阻R的另一端分别与电容分压器21的高压端201、第一极板11相连接，用于对电路进行过流保护，无局放电阻R的额定值优选20KΩ/100KV。

电容分压器21的优选额定电压为100KV，额定电容为2000pF，分压比为1/500，其低压端202接地。

气体检测装置30为气相色谱质谱联用仪（未示出），气象色谱质谱联用仪通过管路与罐10体相连通，用于检测ppmV级水平的氟化硫酰、氟化亚硫酰、四氟化亚硫酰、二氧化硫、硫化氢、四氟化碳等六氟化硫的分解产物的含量。

当第一极板11与第二极板12之间加载交流电压时，电发热体13可能处于一个悬浮电位，为防止电发热体耦合到高压电压对开关电源135造成危害，在电流调节装置134的输出端上还设置有稳压管70。

从以上的技术方案可以看出，罐体内设置的第一极板与第二极板分别与高压发生装置相连接，用于产生均匀的电场，以模拟实际六氟化硫绝缘电气设备在发生过热性故障时的电场特性；加热装置设置在第二极板上并保持预设温度，以模拟六氟化硫绝缘电气绝缘设备过热故障条件下的热场特性；抽真空装置能够在实验前将空气预先排出以排除空气杂志的干扰；加气装置用于向罐体内输入六氟化硫气体，以模拟六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的六氟化硫气体压力特性；气体检测装置用于检测在在六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的电场特性、热场特性及压力特性下的六氟化硫的分解产物的具体含量，从而完成在模拟六氟化硫在真实的运行环境中过热故障作用下的分解过程，并检测分解产物的具体含量。

实施例三

图4为本申请又一实施例公开的一种六氟化硫分解试验系统的结构图。

如图4所示，本实施例公开的六氟化硫分解试验系统是在上一实施例的基础上增设了罐体内环境温度的监测装置，用于保证实验设备和操作人员的安全。

罐体内环境温度监测装置包括第二温度传感器61和温度显示装置60。

第二温度传感器61设置在罐体10内，用于对罐体10内的环境温度进行测量并输出温度信号。

温度显示装置60设置在罐体10外，并与第二温度传感器61相连连接，用于根据温度信号显示罐体10内的环境温度，温度显示装置60选用数字温度指示器。

为了直接观察罐体10内的实验的状况，本实施例还包括观察窗（未示出），观察窗为设置在罐体10上的窗口，窗口上设置有与罐体固定连接的石英玻璃。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种六氟化硫分解实验系统，其特征在于，包括：

密闭的耐压罐体；

设置在所述罐体内的第一极板和第二极板，所述第一极板与第二极板平行相对设置并有间隔；

分别与所述第一极板、所述第二极板相连接的高压发生装置，用于向所述第一极板和所述第二极板之间加载交流电压，所述交流电压与加载在六氟化硫电气绝缘设备发生过热故障时的电压相同；以模拟六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的电场特性；

设置在所述第二极板上的加热装置，用于使所述第一加班与所述第二极板之间保持预设温度，所述预设温度与六氟化硫绝缘电气设备发生过热故障时的温度相同，以模拟六氟化硫绝缘电气设备在发生过热故障时的热场特性；

与所述罐体相连通的抽真空装置，用于对所述罐体抽真空；

与所述罐体相连通的供气装置，用于向所述罐体内输送六氟化硫气体；

与所述罐体相连通的气体检测装置，用于对所述罐体内在所述电场特性和所述热场特性条件下六氟化硫气体的分解产物的含量进行检测。

2.如权利要求1所述的六氟化硫分解实验系统，其特征在于，所述第一极板和所述第二极板的形状为直径相同的圆盘状、材质为铜。

3.如权利要求2所述的六氟化硫分解实验系统，其特征在于，所述下极板设置有用于调节所述第一极板与所述第二极板的间距的调距装置。

4.如权利要求1所述的六氟化硫分解实验系统，其特征在于，所述高压发生装置包括：

一次侧与380v交流电源相连接的调压器；

一次侧与所述调压器的二次侧相连接的试验变压器；

一端与所述试验变压器的二次侧的高压端相连接的无局放电阻；

高压端与所述无局放电阻的另一端相连接的电容分压器；

所述电容分压器的低压端接地并分别与所述试验变压器的二次侧的低压端、第二极板相连接，所述电容分压器的高压端与所述第一极板相连接。

5.如权利要求1所述的六氟化硫分解实验系统，其特征在于，所述加热装置包括：

所述第二极板的中心设置有凹槽；

设置在所述凹槽内的电发热体；

与所述电发热体相连接的低压供电装置，用于向所述电加热体输送电流；

设置在所述凹槽内的第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述电发热体相接触，用于检测所述点发热体的温度并输出第一温度信号；

分别与所述第一温度传感器、所述低压供电装置相连接的温度调节装置，用于根据所述第一温度信号和所述预设温度控制所述低压供电装置的输出电流。

6.如权利要求1所述的六氟化硫分解实验系统，其特征在于，所述抽真空装置包括：

与所述罐体通过管路相连通的真空泵；

设置在用于连通所述真空泵与所述罐体的管路上的截止阀。

7.如权利要求1所述的六氟化硫分解实验系统，其特征在于，所述供气装置包括：

与所述罐体通过管路相连通的六氟化硫气瓶；

设置在用于连通所述罐体与所述六氟化硫气瓶的管路上的截止阀。

8.如权利要求1所述的六氟化硫分解实验系统，其特征在于，所述气体检测装置为气相色谱质谱联用仪。

9.如权利要求1-8任一项所述的六氟化硫分解实验系统，其特征在于，还包括：

设置在所述罐体内的第二温度传感器，用于对所述罐体内的环境温度进行检测并输出第二温度信号；

设置在所述罐体外的温度显示装置，所述温度显示装置与所述第二温度传感器相连接，用于根据所述第二温度信号显示输送到罐体内的环境温度。

10.如权利要求9所述的六氟化硫分解实验系统，其特征在于，还包括设置所述罐体上的观察窗，用于观察实验状况。

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