CN105467284B - 开关柜空气放电模拟装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关柜空气放电模拟装置及实验方法，所述方法包括：对开关柜空气放电模拟装置的罐体进行密封性测试；清洗所述罐体；调节所述罐体内的空气湿度，使得所述空气湿度满足预定的实验要求；进行所述罐体的固有缺陷测试；进行绝缘缺陷放电实验；监测所述放电实验的放电信号；采集所述罐体内的气体并检测，得到包含气体组分的种类、含量以及变化趋势的检测结果，完成对绝缘缺陷的模拟放电实验。相应的，本发明还公开了一种开关柜空气放电模拟的装置，能在实验室模拟开关柜内因固体突出物绝缘缺陷引起的空气放电，并获得反映放电分解气体组分及其含量的数据。
Description
技术领域
本发明涉及开关柜技术领域，尤其涉及一种开关柜空气放电模拟装置及实验方法。
背景技术
开关柜是将各设备、母线、支撑绝缘子等部件在其外壳内装配成的一个整体，封闭的开关柜一旦出现事故，危害通常比过去分离的敞开式设备严重，修复工作也要比分离的敞开式设备复杂很多，修复消耗的时间也更长。当前开关柜产品结构越来越来紧凑，其内部绝缘裕度随之减小，早期绝缘缺陷很难在柜体外面被人察觉。
开关柜内部存在绝缘缺陷时，将引起局部放电，导致开关柜内的空气放电分解，会生成O3、NO、NO2、N2O等气体。由于绝缘缺陷引起的局部放电能量和频率不同，从而导致反映在开关柜内部空气分解产物存在差异。研究开关柜内气体组分的种类、含量和变化趋势，是了解开关柜内绝缘缺陷的一种有效的手段，对及时发现开关柜内部缺陷、采取有效措施避免缺陷进一步发展、降低开关柜运行事故等具有重要意义。
为了研究开关柜内空气放电产生的气体的特性和变化规律，需要在实验室开展大量的模拟实验，建立分解气体与绝缘缺陷的关联性。因此，研究开关柜空气放电模拟实验方法，是利用空气分解气体诊断开关柜绝缘缺陷的重要技术。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种开关柜空气放电模拟装置及实验方法。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
一种开关柜空气放电模拟实验方法，所述方法包括：
对开关柜空气放电模拟装置的罐体进行密封性测试；
清洗所述罐体；
调节所述罐体内的空气湿度，使得所述空气湿度满足预定的实验要求；
进行所述罐体的固有缺陷测试；
进行绝缘缺陷放电实验；
监测所述放电实验的放电信号；
采集所述罐体内的气体并检测，得到包含气体组分的种类、含量以及变化趋势的检测结果，完成对绝缘缺陷的模拟放电实验。
其中，所述调节所述罐体内的空气湿度包括：保持所述开关柜空气放电模拟装置的真空泵、真空泵球阀处于关闭状态，将湿度调节机构分别与进气球阀、排气球阀连接，并分别打开进气球阀、排气球阀，启动湿度调节机构的循环气泵，带动罐体内部气体流经装有去离子水的密闭罐以调整湿度；实时监测所述罐体内部的湿度，在所述罐体内部的湿度满足预定的实验要求时，依次关闭所述循环气泵、进气球阀、排气球阀。
其中，所述进行所述罐体的固有缺陷测试，为：对所述开关柜空气放电模拟装置的固有放电特性进行测试，测定无人工模拟缺陷时相同的实验环境下所述开关柜空气放电模拟装置本身没有产生放电时的实验电压阈值。
其中，所述进行绝缘缺陷放电实验，包括：用逐步升压法对所述开关柜空气放电模拟装置的针-板缺陷模型施加实验电压，使得所述针-板缺陷模型在允许的电压阈值内产生放电信号。
其中，采集所述罐体内的气体并检测，得到包含气体组分的种类、含量以及变化趋势的检测结果，包括：移除所述开关柜空气放电模拟装置的湿度调节机构，接入所述开关柜空气放电模拟装置的气体检测机构，通过所述气体检测机构的烟气分析仪采集所述罐体内的气体，并定时测量分解所述气体的组分，得到包含所述气体组分种类、含量和变化趋势的检测结果。
一种开关柜空气放电模拟装置，所述装置包括：罐体、真空机构、湿度调节机构、气体检测机构和用于模拟空气放电的针-板电极；
所述针-板电极设置在所述罐体内部；
所述真空机构与所述罐体连接且相通；
在需要调节所述罐体内部的湿度时，所述湿度调节机构与所述罐体连接且相通，并与所述罐体形成密闭的气体回路；
在需要检测所述罐体内部的空气放电气体时，所述气体检测机构与所述罐体连接且相通，并与所述罐体形成密闭的气体回路。
其中，所述湿度调节机构包括：装有去离子水的密封罐、第一导管和循环气泵；所述密封罐、循环气泵、罐体通过所述第一导管连接且相通，并形成密闭的气体回路。
其中，所述气体检测机构包括：装有多种气体传感器的烟气分析仪和第二导管，所述烟气分析仪与所述罐体通过所述第二导管连接且相通，并形成密封的气体回路。
其中，所述罐体的两侧壁上分别设置有进气口和排气口，所述进气口上设置有第一管道，所述第一管道上设置有进气球阀；所述排气口上设置有第二管道，所述第二管道上设置有排气球阀；
所述湿度调节机构的第一导管将所述循环气泵与所述排气球阀连接且相通，并将所述密封罐与所述进气球阀连接且相通；或者，所述气体检测机构中烟气分析仪的采气口通过所述第二导管连接所述排气球阀，所述烟气分析仪的排气口通过所述第二导管连接所述进气球阀。
其中，所述罐体包括筒壁、上法兰和下底座，所述筒壁的上端开口固接所述上法兰，所述筒壁的下端开口固接所述下底座；所述针-板电极包括针电极和板电极，所述针电极通过所述上法兰的通孔与外部导线连接，所述板电极通过所述下底座的通孔与外部导线连接。
本发明实施例提供一种开关柜空气放电模拟装置及实验方法，能在实验室模拟开关柜内因固体突出物绝缘缺陷引起的空气放电，并获得反映放电分解气体组分及其含量的数据，为进一步完善建立基于空气放电组分诊断开关柜内部缺陷技术提供可靠的实验基础。
本发明实施例能够达到如下技术效果：
1)能够模拟开关柜因绝缘缺陷引起的空气放电，为开关柜内部缺陷诊断提供了有效的实验方法，模拟的准确度高，检测的精度高；
2)本发明实施例的装置及方法能真实的模拟开关柜内部空气在不同湿度环境下的放电情况，具有较高的准确性和精确度。
3)本发明实施例的装置及方法易于实现，操作流程简单，成本低，节省时间。
附图说明
在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1为本发明实施例开关柜空气放电模拟装置的部分组成机构示意图；
图2为本发明实施例开关柜空气放电模拟装置的气体检测机构的组成机构示意图；
图3为本发明实施例开关柜内部空气放电模拟实验方法的流程图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明实施例的开关柜空气放电模拟装置主要可以包括罐体11、真空机构12、湿度调节机构13、气体检测机构14和针-板电极15。其中，针-板电极15用于模拟空气放电，设置在所述罐体11内部；所述真空机构12与所述罐体11连接且相通；在需要调节所述罐体11内部的湿度时，所述湿度调节机构13与所述罐体11连接且相通，并与所述罐体11形成密闭的气体回路；在需要检测所述罐体11内部的空气放电气体时，所述气体检测机构14与所述罐体11连接且相通，并与所述罐体11形成密闭的气体回路。
其中，罐体11包括筒壁111、上法兰112、下底座113，筒壁111的材料优选为有机玻璃，筒壁111的形状可以为内径为30～35cm、厚度为0.8～1cm、高度为45～55cm的圆柱形。在筒壁111的上端开口处固接一直径为36～41cm、厚度为0.8～1.5cm的不锈钢材质的上法兰112。这里，上法兰112可以通过O型密封圈和螺栓与直径36～41cm、厚度为0.8～1.5cm的不锈钢材质的封口连接，用以保证所述罐体11的密封性。筒壁111的下端开口固接一直径为36～41cm、厚度为0.8～1.5cm的不锈钢材质的下底座112。
如图1所示，筒壁111的两侧壁上分别设置有进气口和排气口，所述进气口上设置有第一管道114，所述第一管道114上设置有进气球阀116；所述排气口上设置有第二管道115，所述第二管道115上设置有排气球阀117。其中，进气口和排气口可以设置在侧壁下部位置，均可以是孔径为1.5～2cm的通孔。第一管道114与所述第二管道115均可采用不锈钢管道。排气球阀117的一端通过第二管道115与排气口连通，用于控制罐体11内部气体的排出。进气球阀116的一端通过第一管道114与进气口连通，用于控制气体流入罐体11内部。
如图1所示，真空机构12通过第一管道114连接罐体11的排气口，用于对罐体11进行抽真空。真空机构12包括真空泵121和真空泵球阀122，真空泵球阀122连接第一管道114，所述真空泵121的抽气口连接所述真空泵球阀122，真空泵121的抽气口通过真空泵球阀122连接第一管道114，进而与罐体11相通，真空泵球阀122用于控制真空泵121与罐体11之间的通断。
如图1所示，罐体11内部设置用于模拟空气放电的针-板电极15。针-板电极15包括针电极151和板电极152，针电极151通过上法兰112的通孔与外部导线连接，板电极152通过下底座113的通孔与外部导线连接。针电极151和板电极152的材料都可以选用黄铜材料，并对其表面进行良好的抛光处理。针电极151和板电极152的间距为10mm，针电极151的针尖端部曲率半径约为0.3mm、锥尖角300度，接地的板电极152为直径120mm、厚度10mm的Bruce电极。
如图1所示，湿度调节机构13包括循环气泵131、装有去离子水的密封罐132和导管133。实际使用时，导管133可选用塑料导管。导管133将所述循环气泵131与所述排气球阀117连接且相通，并将所述密封罐132与所述进气球阀116连接且相通。如此，循环气泵131的一端通过所述导管133、排气球阀117、以及第二管道115与所述罐体11的排气口相通，另一端通过所述导管133与所述密封罐132相通，所述密封罐132通过所述导管133、进气球阀116、以及第一管道114与所述罐体11的进气口相通。湿度调节时，塑料导管133分别通过与进气球阀116和排气球阀117连接，将循环气泵131、装有去离子水的密封罐132、和罐体11形成完整、密闭的气体回路。通过循环气泵131抽气，使罐体11内部空气从排气孔流出，经过装有去离子水的密封罐133，再经进气口流入罐体11，从而实现对罐体11内部空气湿度的调节。罐体11内部还可以设置用于检测空气湿度的湿度计，实时监测湿度。一旦湿度满足要求，即关闭进气球阀116、排气球阀117和循环气泵131。
如图2所示，气体检测机构14包括装有多种气体传感器的烟气分析仪141和导管142。导管142也可以采用塑料导管。烟气分析仪141可用于检测出ppmv级的NO、NO2、O3、CO等空气放电产生的各种分解气体。烟气分析仪141内部设置有微型气泵。检测罐体11内部空气放电气体时，将湿度调节机构13移除，换上气体检测机构14，即利用塑料导管142将烟气分析仪141与罐体11连接并形成密闭的其他回路，其中，烟气分析仪141的采气口与罐体11的排气球阀117相连，烟气分析仪141的排气口与罐体11的进气球阀116相连。检测时，开启烟气分析仪141，利用其内部微型气泵，使罐体11内部的空气放电气体流经烟气分析仪141进行检测，检测后的气体再次经罐体11的进气孔流回罐体11内部，保证空气放电模拟实验维持在同一压力进行，避免检测时气体的流失导致罐体11内部压力下降。
如图1所示，本发明的装置中还包括真空表16和压力表17，分别固定安装在第二管道115上。真空表16用于在抽真空时实时检测罐体11内部真空度并显示真空度值供实验人员随时查看；压力表17用于在向罐体11内部充气的过程中实时检测罐体11内部气压并显示气压值供实验人员查看，使得实验人员实时了解罐体11内的气体压力是否满足实验要求。
如图3所示，本发明实施例的开关柜空气放电模拟实验方法，可以通过可调湿度的空气放电模拟装置实现，能够对开关柜内部固体突出物绝缘缺陷引起的空气放电进行模拟实验、分析，本发明实施例具体可以包括如下步骤：
步骤301：密封性测试。
将可调湿度的开关柜空气放电模拟装置上罐体的法兰螺栓紧固，打开其真空压力表球阀，再打开其真空泵球阀，其他阀门关闭，然后启动真空泵，对罐体内抽真空，当罐体内的真空度为0.005～0.01MPa时，依次关闭所述的真空泵球阀和真空泵，静置一定时间(如24小时)后再观察真空压力表示值，当真空压力表示值保持不变时，表明所述空气放电模拟装置的密封性完好。
步骤302：清洗罐体。
在密封性测试完成后，首先用无水乙醇仔细清洗罐体内壁和针-板缺陷模型，去除气室内的杂质和灰尘，避免这些杂质和灰尘及上次实验可能附着在内壁上的残留分解物影响实验结果。然后，打开真空泵球阀，其他阀门关闭，启动真空泵，对罐体抽真空，当罐体真空度为0.005～0.01MPa时，依次关闭真空泵球阀和真空泵，再打开进气球阀(此时不接入湿度调节机构)，向罐体内充入空气，直到所述的缸体内气压值为0.1MPa时为止，然后关闭进气球阀，对罐体进行清洗。之后，如此重复冲洗，即按前述操作先抽真空、再充入空气清洗，重复冲洗一定次数(如3次)后，再次对所述的缸体抽真空，充入空气待实验用。
步骤303：调节罐体内空气湿度。
为了研究湿度对空气放电分解产物的影响，利用湿度调节机构调节罐体内部空气湿度。保持真空泵、真空泵球阀处于关闭状态，将湿度调节机构分别与进气球阀、排气球阀连接，并分别打开进气球阀、排气球阀，启动湿度调节机构的循环气泵，带动罐体内部气体流经装有去离子水的密闭罐，调整湿度。观察罐体内部放置的湿度计示值，待湿度满足预定的实验要求时，依次关闭循环气泵、进气球阀、排气球阀。
步骤304：罐体固有缺陷测试。
进行空气放电实验前，要对所述开关柜空气放电模拟装置的固有放电特性进行测试，即无人工模拟缺陷时，测定在相同的实验环境下(即相同的气压、温度、湿度等条件下)所述开关柜空气放电模拟装置本身没有产生放电时的实验电压阈值。在不放入模拟缺陷的情况下，装置内充入空气，接好实验线路，调节感应调压器缓慢升高实验电压，仔细观察数字示波器上的信号变化，当出现微小放电脉冲信号时，记录此时装置上的外施电压，该外施电压即为所述开关柜空气放电模拟装置本身没有产生放电的实验电压阈值。在进行绝缘缺陷空气放电实验时确定实验电压不超过该外施电压的电压值，否则由装置固有缺陷产生的放电信号会与绝缘缺陷模型产生的放电信号混淆，导致无法识别人工模拟缺陷。
步骤305：绝缘缺陷放电实验。
在步骤102之前将针-板缺陷模型置入放电室内，并采用步骤102提到的方法完成清洗、充气工作之后，用逐步升压法对所述针-板缺陷模型施加实验电压，使得所述针-板缺陷模型在允许的电压阈值内(即外施电压小于固有缺陷起始放电电压)产生稳定的放电信号，否则调整所述针-板缺陷模型的参数，重新进行本步骤的加压试验，直到所述针-板缺陷模型在允许的电压阈值内产生稳定的放电信号。
步骤306：放电信号监测。
通过脉冲电流检测单元和数字存储示波器监测所述针-板缺陷模型的放电信号，以确保绝缘缺陷产生有效、稳定的空气放电。在本步骤中，可以通过调整电压值、湿度值得到不同放电能量、不同湿度下空气的放电分解特性。
步骤307：样品气体采集与检测。
实验开始后，移除湿度调节机构，接入气体检测机构。用烟气分析仪定时(例如，每4小时)测量一次分解组分，对分解气体进行定性定量分析，以了解气体组分种类、含量和变化趋势，从而完成对绝缘缺陷的长时间模拟放电实验。
本发明实施例的上述装置及方法可用于开关柜中绝缘缺陷引起的空气放电的模拟，为研究开关柜内空气放电机理、分解气体性质和变化规律提供了一种简单易用的实验室模拟方法。本发明实施例的方法能够模拟开关柜因绝缘缺陷引起的空气放电，为开关柜内部缺陷诊断提供了有效的实验方法，模拟的准确度高，检测的精度高；本发明实施例能够真实的模拟开关柜内部空气在不同湿度环境下的放电情况，提高模拟的准确性和精确度。并且，本发明实施例的上述方法易于实现，操作流程简单，成本低且能够节省时间。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种开关柜空气放电模拟实验方法，其特征在于，所述方法包括：
对开关柜空气放电模拟装置的罐体进行密封性测试；
清洗所述罐体；
调节所述罐体内的空气湿度，使得所述空气湿度满足预定的实验要求；
进行所述罐体的固有缺陷测试；
进行绝缘缺陷放电实验；
监测所述放电实验的放电信号；
采集所述罐体内的气体并检测，得到包含气体组分的种类、含量以及变化趋势的检测结果，完成对绝缘缺陷的模拟放电实验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节所述罐体内的空气湿度包括：保持所述开关柜空气放电模拟装置的真空泵、真空泵球阀处于关闭状态，将湿度调节机构分别与进气球阀、排气球阀连接，并分别打开进气球阀、排气球阀，启动湿度调节机构的循环气泵，带动罐体内部气体流经装有去离子水的密闭罐以调整湿度；实时监测所述罐体内部的湿度，在所述罐体内部的湿度满足预定的实验要求时，依次关闭所述循环气泵、进气球阀、排气球阀。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行所述罐体的固有缺陷测试，为：对所述开关柜空气放电模拟装置的固有放电特性进行测试，测定无人工模拟缺陷时相同的实验环境下所述开关柜空气放电模拟装置本身没有产生放电时的实验电压阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行绝缘缺陷放电实验，包括：用逐步升压法对所述开关柜空气放电模拟装置的针-板缺陷模型施加实验电压，使得所述针-板缺陷模型在允许的电压阈值内产生放电信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集所述罐体内的气体并检测，得到包含气体组分的种类、含量以及变化趋势的检测结果，包括：移除所述开关柜空气放电模拟装置的湿度调节机构，接入所述开关柜空气放电模拟装置的气体检测机构，通过所述气体检测机构的烟气分析仪采集所述罐体内的气体，并定时测量分解所述气体的组分，得到包含所述气体组分种类、含量和变化趋势的检测结果。
6.一种开关柜空气放电模拟装置，其特征在于，所述装置包括：罐体、真空机构、湿度调节机构、气体检测机构和用于模拟空气放电的针-板电极；
所述针-板电极设置在所述罐体内部；
所述真空机构与所述罐体连接且相通；
在需要调节所述罐体内部的湿度时，所述湿度调节机构与所述罐体连接且相通，并与所述罐体形成密闭的气体回路；
在需要检测所述罐体内部的空气放电气体时，所述气体检测机构与所述罐体连接且相通，并与所述罐体形成密闭的气体回路；
所述湿度调节机构包括：装有去离子水的密封罐、第一导管和循环气泵；所述密封罐、循环气泵、罐体通过所述第一导管连接且相通，并形成密闭的气体回路。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述气体检测机构包括：装有多种气体传感器的烟气分析仪和第二导管，所述烟气分析仪与所述罐体通过所述第二导管连接且相通，并形成密封的气体回路。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述罐体的两侧壁上分别设置有进气口和排气口，所述进气口上设置有第一管道，所述第一管道上设置有进气球阀；所述排气口上设置有第二管道，所述第二管道上设置有排气球阀；
所述湿度调节机构的第一导管将所述循环气泵与所述排气球阀连接且相通，并将所述密封罐与所述进气球阀连接且相通；或者，所述气体检测机构中烟气分析仪的采气口通过所述第二导管连接所述排气球阀，所述烟气分析仪的排气口通过所述第二导管连接所述进气球阀。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述罐体包括筒壁、上法兰和下底座，所述筒壁的上端开口固接所述上法兰，所述筒壁的下端开口固接所述下底座；
所述针-板电极包括针电极和板电极，所述针电极通过所述上法兰的通孔与外部导线连接，所述板电极通过所述下底座的通孔与外部导线连接。
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