CN104849630B - 一种用于测量气体绝缘组合开关盆式绝缘子缺陷的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量气体绝缘组合开关盆式绝缘子缺陷的装置，属于高压开关设备潜伏性故障诊断技术领域。本装置包括三根套管、三根母线导杆和多个盆式绝缘子，三根套管置于气体组合开关外壳上，多个盆式绝缘子固定于气体绝缘组合开关外壳内，相邻两个盆式绝缘子之间形成气室，气室设有采气孔和观察窗，盆式绝缘子上开有三个通孔。三根母线导杆的一端与高压线相连，另一端通过三根套管进入气体组合开关外壳内，并通过三个通孔伸入固定在气体组合开关外壳内。本装置可同时完成三种缺陷下SF6气体分解产物监测，且保证了盆式绝缘子缺陷从外施电压幅值、升降压过程、加压时间等试验条件的高度一致性，大幅提高不同缺陷的试验效率及试验系统的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量气体绝缘组合开关盆式绝缘子缺陷的装置，属于高压开关设备潜伏性故障诊断技术领域。
背景技术
我国110kV及以上电压等级的输电网中主要采用SF6气体绝缘开关设备，特别是气体绝缘组合开关(以下简称GIS)设备在电网中的广泛应用，设备运行状态对电网的安全稳定运行起着决定性的作用。随着电压等级和系统容量的提高，电网中SF6开关设备装用量快速增加，设备内部绝缘故障概率趋于上升，设备缺陷及其状态判断是亟待解决的关键问题之一。
盆式绝缘子作为GIS的核心零部件之一，其中心部分金属导体连接两个导电部分，最外侧是用于可靠连接金属筒体的圆形金属法兰，绝缘部分用环氧树脂通过模具与中心导体浇注成一体。其绝缘性能直接关系到电网的安全稳定运行，其作用可为概括为以下三方面：(1)隔离中心导体与GIS外壳，隔离不同相的高压母线，使外壳保持地电位，起到绝缘、保护工作安全的作用，因此要求绝缘子的绝缘水平足够高；(2)使两段高压母线导体穿过盆式绝缘子，由一个SF6气室进入到另一个相邻的气室，其中心导体嵌件可以固定高压母线导体，并固定母线的插接式触头；(3)气隔式盆式绝缘子对气室有密封作用，由于GIS内部SF6气体压力大，且一旦泄露会导致内部绝缘水平下降，因此要求绝缘子气密性高，机械设计要求具有一定的承受压力的能力。
目前，运行实践发现，相当比例的GIS内部故障与盆式绝缘子有很大关系。对美国投运的GIS发生的故障进行统计发现，在所有GIS故障中，涉及盆式绝缘子沿面放电所占比例最高。根据南方电网公司的运行统计数据发现，广东电网公司从2009年至2011年共发生17起GIS内部故障，其中16起都与盆式绝缘子绝缘状况相关。国家电网公司晋东南-南阳-荆门l000kV特高压交流试验示范工程，自正式投运运营3年以来，截至2013年底，己经有50个间隔的特高压GIS投入运行，其中包含约3000支特高压盆式绝缘子，在长期的运行过程中，已经有2支盆式绝缘子由于缺陷最终引发了炸裂事故，另外陆续发现有2支存在裂纹缺陷的盆式绝缘子，但现有的现场局部放电监测措施均未能提前预警缺陷故障的存在。
但目前国内外对于GIS内部盆式绝缘子状态监测和缺陷的早期预警技术仍不成熟，现有的局部放电检测方法对盆式绝缘子缺陷类型诊断的适用性仍不清晰。国内外学者曾试验研究：当盆式绝缘子表面存在大块的漆皮异物甚至漆皮贯穿高低压电极时，利用特高频检测法以及IEC-60270脉冲电流检测法在额定运行电压下均没有检测到任何的放电信号，因此推测对于盆式绝缘子而言，有些类型的绝缘子缺陷可能不能激发明显的局部放电信号。
SF6气体分解产物检测方法是一种非电学检测局部放电的化学检测法，它是通过检测运行中GIS设备内SF6气体分解产物(气体杂质)，从而判断SF6高压开关设备潜伏性故障早期判断的有效手段。这些气体杂质是由于缺陷放电电弧而产生的高温能量，使得局部SF6气体分子在极小空间高温环境中分解而产生的。该方法对于绝缘物沿面缺陷、设备内部导体间连接缺陷、异常发热、灭弧室内零部件的异常烧蚀、开关开断能力下降等潜伏性故障诊断，具有受外界环境干扰小、灵敏度高、准确性好等优点，在开关设备缺陷的带电检测中发挥了重要作用。
目前，现场对开关设备内部SF6气体的检测项目主要包括气体纯度、湿度和SO2、H2S、CO等气体分解物组分，随着运行单位对设备故障诊断和状态评价要求的提高，这些检测项目不能满足对设备状态判断的要求，需要对不同类型设备潜伏性故障时分解产物组分、含量、产气速率及其影响因素等进行系统研究，提出能够指导设备状态检修的有效结论。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于测量气体绝缘组合开关盆式绝缘子缺陷的装置，对已有的测量装置的结构进行改进，以保证不同盆式绝缘子缺陷在耐压过程中电压幅值、升降压过程、加压时间等方面完全相同，使测试结果与实际GIS设备运行状态高度吻合，提高测量结果的准确性。
本发明提出的用于测量气体绝缘组合开关盆式绝缘子缺陷的装置，包括三根套管、三根母线导杆和多个盆式绝缘子；所述的三根套管置于气体组合开关外壳上，三根套管中的每两根之间空间夹角为60度；所述的多个盆式绝缘子固定于气体绝缘组合开关外壳内，相邻两个盆式绝缘子之间形成气室，每个气室设有采气孔和观察窗，盆式绝缘子上开有三个通孔；所述的三根母线导杆的一端与高压线相连，三根母线导杆的另一端通过三根套管进入气体组合开关外壳内，并通过盆式绝缘子上的三个通孔伸入并固定在气体组合开关外壳内。
本发明提出的用于测量气体绝缘组合开关盆式绝缘子缺陷的装置，其优点是：在调整好本发明装置中不同盆式绝缘子的缺陷程度后，可同时完成三种缺陷下SF6气体分解产物监测，解决了现有现有检测装置测量缺陷单一、测量耗时过长和测量效率低下的问题，且保证了盆式绝缘子缺陷从外施电压幅值、升降压过程、加压时间等试验条件的高度一致性，避免因试验条件不同带来的试验结果的偏差，可大幅提高不同缺陷的试验效率及试验系统的利用率，使得花费相同的试验时间得到更多的缺陷测试结果，减少试验能源消耗，从实验效率和测量成本上均有明显改善，并保证试验结果与实际GIS设备运行状态高度吻合，大大提高试验条件的一致性和测量结果的准确性。对于提高现场GIS内部盆式绝缘子的潜伏性缺陷检测尤为重要。
附图说明
图1是本发明提出的用于测量气体绝缘组合开关盆式绝缘子缺陷的装置的结构示意图。
图2是图1的A向视图。
图3是本发明装置中盆式绝缘子的结构示意图。
图1—图3中，1是套管，2是母线导杆，3是气体组合开关外壳，4是气室(两个绝缘盆子之间的部分)，5是盆式绝缘子，6是观察窗，7是采气孔，8是通孔。
具体实施方式
本发明提出的用于测量气体绝缘组合开关盆式绝缘子缺陷的装置，其结构如图1所示，包括三根套管1、三根母线导杆2和多个盆式绝缘子5。三根套管1置于气体组合开关外壳上，三根套管中的每两根之间空间夹角为60度，如图2中所示。多个盆式绝缘子5固定于气体绝缘组合开关外壳3内，相邻两个盆式绝缘子5之间形成气室4，每个气室均安装有观察窗6和采气孔7，盆式绝缘子上开有三个通孔8，如图3中所示。三根母线导杆2的一端与高压线相连，三根母线导杆的另一端通过三根套管进入气体组合开关外壳3内，并通过盆式绝缘子上的三个通孔8伸入并固定在气体组合开关外壳3内。
以下结合附图详细介绍本发明装置的工作原理和工作过程：
本发明提供的一种用于测量气体绝缘组合开关盆式绝缘子缺陷的装置，在使用前首先对装置进行标定，标定过程为：具体采用一段126kV三相共箱高压封闭GIS母线段作为装置的外壳，进行盆式绝缘子缺陷模拟试验，每两个气室之间均由一支盆式绝缘子分隔，共包含六个气室，为便于描述，定义图1中从左至右水平方向分别为气室一、气室二、气室三和气室四，气室三向上垂直方向分别为气室五和气室六。其工作原理是在气室四、气室五、气室六的盆式绝缘子位置分别设置盆式绝缘子的机械裂纹、沿面放电、自由金属颗粒等三种最常见潜伏性缺陷。具体安装方法：气室三、气室四间的盆式绝缘子，将带有机械裂纹缺陷的一侧置于气室四内，用于模拟盆式绝缘子的机械裂纹缺陷；气室五和气室六间的盆式绝缘子，将在母线导杆与开关外壳间电弧放电烧蚀产生碳化通道的一侧置于气室五内，用于模拟盆式绝缘子的沿面放电缺陷；将1000个半径1mm，厚度0.02mm的铜箔碎屑均匀散落于以穿过气室五和气室六间的盆式绝缘子的母线导杆为圆心、以气体绝缘组合开关外壳3为半径的圆形区域内，这一侧置于气室六内，用于模拟盆式绝缘子的自由金属颗粒缺陷。值得强调的是，三种盆式绝缘子缺陷位置分别靠近三根不同的母线导杆，这种设计可同时测量不同缺陷的局部放电特性。
利用真空泵通过每个气室的采气孔对GIS内部进行抽真空，使真空度至1Pa后，充入纯度为99.99％的SF6气体，使SF6气体为0.4MPa。外施高电压从气室一端部的三根母线导杆引入，将三根套管端部裸露金属用导线短路，保证三根母线导杆上电压一致。在外施电压长时耐压试验过程中，三种盆式绝缘子缺陷导致空间电场畸变，形成局部放电的发生、发展，伴随SF6气体分解物的产生，每一定时间内(例如，间隔4小时)通过气室四、气室五、气室六的采气孔取气样，利用气相色谱分析仪测量SF6气体分解产物的组分(包含H2S和SO2等15种特征气体)、含量及产气速率，由于盆式绝缘子具有良好的密封作用，各气室间的气体之间不产生流通，同时进行三种缺陷模拟测量所得结果相互之间不产生干扰。同时，长时耐压试验过程中辅助以脉冲电流法、特高频局部放电方法、超声局部放电方法进行的局部放电信号特征的监测，建立SF6气体分解产物特性与盆式绝缘子的机械裂纹、沿面放电、自由金属颗粒等三种缺陷故障类型和严重程度之间的关系曲线，并建立局部放电信号特征变化规律与盆式绝缘子机械裂纹、沿面放电、自由金属颗粒三种缺陷故障类型和严重程度之间的内在关系曲线，完成装置的标定过程。
在使用本发明的装置时，定期监测实际运行中GIS内各气室的SF6分解产物特性及局部放电信号特征变化，根据上述标定所得到的SF6气体分解产物特性与盆式绝缘子缺陷类型和严重程度之间的内在关系曲线以及局部放电信号特征变化规律与盆式绝缘子缺陷类型和严重程度之间的内在关系曲线，反推出实际运行中GIS内部盆式绝缘子的缺陷类型和严重程度，若发生相似的变化，即可判定GIS内存在的盆式绝缘子缺陷类型及严重程度，操作人员可对GIS制定合理的状态维修策略。
Claims (1)
1.一种用于测量气体绝缘组合开关盆式绝缘子缺陷的装置，其特征在于该装置包括三根套管、三根母线导杆和多个盆式绝缘子；所述的三根套管置于气体组合开关外壳上，三根套管中的每两根之间空间夹角为60度；所述的多个盆式绝缘子固定于气体绝缘组合开关外壳内，每相邻两个盆式绝缘子之间形成气室，每个气室设有采气孔和观察窗；盆式绝缘子上开有三个通孔；所述的三根母线导杆的一端与高压线相连，三根母线导杆的另一端通过三根套管进入气体组合开关外壳内，并通过盆式绝缘子上的三个通孔伸入并固定在气体组合开关外壳内；采用126kV三相共箱高压封闭气体组合开关母线段作为装置的外壳，进行盆式绝缘子缺陷模拟试验，每两个气室之间均由一支盆式绝缘子分隔，共包含六个气室，从左至右水平方向分别为气室一、气室二、气室三和气室四，气室三向上垂直方向分别为气室五和气室六，在气室四、气室五、气室六的盆式绝缘子位置分别设置盆式绝缘子的机械裂纹、沿面放电、自由金属颗粒三种潜伏性缺陷；具体安装方法为：气室三、气室四间的盆式绝缘子，将带有机械裂纹缺陷的一侧置于气室四内，用于模拟盆式绝缘子的机械裂纹缺陷；气室五和气室六间的盆式绝缘子，将在母线导杆与开关外壳间电弧放电烧蚀产生碳化通道的一侧置于气室五内，用于模拟盆式绝缘子的沿面放电缺陷；将1000个半径1mm，厚度0.02mm的铜箔碎屑均匀散落于以穿过气室五和气室六间的盆式绝缘子的母线导杆为圆心、以气体绝缘组合开关外壳为半径的圆形区域内，该侧置于气室六内，用于模拟盆式绝缘子的自由金属颗粒缺陷。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |