CN105652169B - 一种可控温气体绝缘性能试验系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控温气体绝缘性能试验系统及其方法，可控温气体绝缘性能试验系统包括气体绝缘性能试验装置、高低温控制箱和温度及压力监测装置；气体绝缘性能试验装置包括试验电极、试验腔体、高压套管和电极调节装置，试验电极设置于试验腔体内；试验腔体设置于高低温控制箱内，试验腔体上端与高压套管下端连接，高低温控制箱通过热传导的方式使试验腔体内部的气体与高低温控制箱内的温度达成一致；可进行不同温度、不同充气压强、不同电压类型和电场不均匀度情况下的气体绝缘性能试验，也能进行混合气体不同混合比例下的绝缘性能试验，与相同试验条件下不同气体的绝缘性能进行比较，为各种混合气体及其替代气体研究提供试验平台及其方法。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备气体绝缘材料技术领域，具体涉及一种可控温气体绝缘性能试验系统及其方法。
背景技术
SF6是一种强电负性气体，作为绝缘和灭弧介质已广泛用于气体绝缘组合电器(GIS)等电气设备中。然而SF6是一种温室效应气体，其温室效应系数(GWP)是CO2的23900倍，意味着每向大气中排放1kgSF6气体造成的温室效应相当于排放23.5t CO2气体；且SF6气体在大气中极难降解，寿命约3200年，对全球变暖具有累积效应。出于环保考虑，联合国气候变化公约缔约方于1997签订了《京都议定书》，将SF6列为6种限制使用的温室气体之一，并要求在2020年基本限制SF6气体的使用。为找到新的气体绝缘介质替代纯SF6，国内外学者进行了大量研究，目前研究较多的用于替代纯SF6气体的绝缘气体有SF6/N2混合气体、CF3I气体、g3气体等。
SF6/N2混合气体最初是为解决SF6气体在低温下易液化的问题而提出的，随着研究的不断深入，发现比例低于30％低SF6比例的SF6/N2混合气体具有较高的研究价值。目前含20％SF6的SF6/N2混合气体已成功应用于瑞士日内瓦机场的气体绝缘输电管道(GIL)中，若不考虑混合气体的灭弧性能，在GIS设备除断路器和隔离开关的其它气室中，低SF6比例的SF6/N2混合气体具备极大的潜力替代纯SF6，不仅可大量减少SF6的使用，而且可有效避免SF6气体在低温下的液化问题。同时，CF3I及一些新的气体如g3气体的绝缘性能也和SF6相当，具备较高的研究价值。对混合气体或替代气体绝缘性能的研究必须要考虑工程实际问题，如混合气体的最佳充气压强及混合比例，温度的影响，工频、直流、冲击电压下的绝缘性能，出现极不均匀电场情况下的绝缘性能和局放特性等一系列问题。并与相同情况下SF6气体的绝缘性能进行比较，综合考虑多种因素的影响，全面评价SF6混合气体或替代气体的绝缘特性。
目前，国内外已有不少研究报道了充气压强、混合气体的混合比例、电场不均匀度等多种因素对气体绝缘介质绝缘性能的影响。但是，国内外目前还没有关于SF6混合气体或替代气体在不同温度尤其是低温情况下的绝缘性能的研究报道。研究温度对气体绝缘性能的影响需要在现有的气体绝缘性能试验装置基础上进行改造，提供可以调控并监测气室内部温度的试验系统及其方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有的气体绝缘性能试验装置，提供了一种可控温气体绝缘性能试验系统及其方法，可进行不同温度、不同充气压强、不同电压类型和电场不均匀度情况下的气体绝缘性能试验，也能进行混合气体不同混合比例下的绝缘性能试验，与相同试验条件下不同气体的绝缘性能进行比较，为各种混合气体及其替代气体研究提供试验平台及其方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种可控温气体绝缘性能试验系统，包括气体绝缘性能试验装置、高低温控制箱和温度及压力监测装置；其中
所述气体绝缘性能试验装置包括试验电极、试验腔体、高压套管和电极调节装置，试验电极设置于试验腔体内，高压套管下端穿过试验腔体与试验电极的一端接触，电极调节装置穿过试验腔体与试验电极的一端电极连接，整个试验腔体具备良好的气密性，试验腔体上设有充/取气口；
试验腔体设置于高低温控制箱内，试验腔体上端设有接口，接口穿过高低温控制箱的箱体上端，与高压套管下端连接，高低温控制箱通过热传导的方式使试验腔体内部的气体与高低温控制箱内的温度达成一致，通过温度及压力监测装置监测试验腔体内部气体的温度、压强和密度。
接上述技术方案，所述试验电极包括棒-板电极、球-板电极和板-板电极，在试验过程中选择其中一种电极安装，分别模拟极不均匀电场、稍不均匀电场和均匀电场的情况。
接上述技术方案，所述电极调节装置包括绝缘杆和支撑件，绝缘杆一端与试验电极的高压端电极连接固定，绝缘杆另一端穿透试验腔体，通过螺纹与支撑件连接，支撑件固定于试验腔体外，通过旋转绝缘杆带动试验电极的高压端电极移动，调节试验电极的两端电极距离。
接上述技术方案，所述试验腔体两端设有密封盖，一个密封盖与试验电极的低压端连接，另一个密封盖与电极调节装置连接，电极调节装置与试验电极的高压端连接。
试验腔体底部设有底座，通过底座与高低温控制箱连接，试验腔体上设有观察窗，观察窗设置于试验电极附近，所述充/取气口设置于试验电极附近。
所述高低温控制箱包括制冷系统和制热系统，提供-50℃～150℃宽温度范围内的任意温度，温度误差±0.1℃。
试验腔体上端接口与高低温控制箱之间设有隔热固定件。
高低温控制箱的箱体侧面设有出线口，用于温度及压力监测装置的线引出，高低温控制箱的箱体底部采用不锈钢材料制成，以满足底部承重的要求。
使用以上所述的可控温气体绝缘性能试验系统的试验方法，包括以下步骤：
1)将本系统接入相应的高压试验电路中，确保接地可靠，确保高压试验电路中的调压器的一次侧不接入电源；
2)对试验腔体抽真空；
3)通过充/取气口将试验气体充入到试验腔体中，达到指定压强；
4)将高低温控制箱接入电源，设定指定温度，打开温度及压力监测装置监测试验腔体内部气体的温度，待试验腔体内部气体温度达到指定温度后，关闭高低温控制箱电源和温度及压力监测装置电源；
5)将调压器一次侧接入电源，进行特定温度下的气体绝缘性能试验。
当试验气体为混合气体时，所述步骤3)为：通过充/取气口将不同成分的试验气体依次充入到试验腔体中，在试验腔体内进行混合，达到指定压强。
本发明具有以下有益效果：
1.电极调节装置调节试验电极两端电极的距离来改变电场强度，采用气体绝缘性能试验装置与高低温控制箱组合，并通过实时监测腔体内部气体温度的方式，保证了气体绝缘性能试验温度可控可调，可研究温度这一关键因素对气体绝缘性能的影响，可进行不同温度、不同充气压强、不同电压类型和电场不均匀度情况下的气体绝缘性能试验，也能进行混合气体不同混合比例下的绝缘性能试验，与相同试验条件下不同气体的绝缘性能进行比较，为各种混合气体及其替代气体研究提供试验平台及其方法，利用本发明进行气体绝缘性能试验的试验结果具有较高的工程实用参考价值。
2.试验电极包括棒-板电极、球-板电极和板-板电极，通过三种不同的电极，可研究电场不均匀度对气体绝缘性能的影响。
附图说明
图1是本发明实施例中可控温气体绝缘性能试验装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中试验腔体的侧视图；
图3是本发明实施例中球-板电极系统示意图；
图4是本发明实施例中高压试验电路示意图；
图中，1-高低温控制箱，2-高压套管，3-电子器件插入处，4-密封嵌件，5-试验电极，6-电极调节装置，7-支撑件，8-温度及压力监测装置，9-试验腔体，10-充/取气口，11-左密封盖，12-右密封盖，13-观察窗，14-绝缘杆，15-隔热固定件，16-出线口，17-调压器，18-隔离变压器，19-试验变压器，20-限流电阻，21-电容分压器，22-电压测量装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图4所示，本发明提供的一个实施例中的可控温气体绝缘性能试验系统，包括气体绝缘性能试验装置、高低温控制箱1和温度及压力监测装置8，可控温气体绝缘性能试验系统通过高压试验电路接入电源；其中
所述气体绝缘性能试验装置包括试验电极5、试验腔体9、高压套管2和电极调节装置6，试验电极5设置于试验腔体9内，高压套管2下端穿过试验腔体9与试验电极5的一端接触，电极调节装置6穿过试验腔体9与试验电极5的一端电极连接，电极调节装置6调节试验电极5两端电极的距离来改变电场强度，整个试验腔体9具备良好的气密性，试验腔体9上设有充/取气口10，充/取气口10配有阀门，通过充/取气口10往试验腔体9内充/取试验气体；
试验腔体9设置于高低温控制箱1内，试验腔体9上端设有接口，接口穿过高低温控制箱1的箱体上端，与高压套管2下端连接，高低温控制箱1通过热传导的方式使试验腔体9内部的气体与高低温控制箱1内的温度达成一致，通过温度及压力监测装置8监测试验腔体9内部气体的温度、压强和密度。
电极调节装置6调节试验电极5两端电极的距离来改变电场强度，高低温控制箱1产生不同的温度，可进行不同温度、不同充气压强、不同电压类型和电场不均匀度情况下的气体绝缘性能试验，也能进行混合气体不同混合比例下的绝缘性能试验，与相同试验条件下SF6气体的绝缘性能进行比较，为SF6混合气体及其替代气体研究提供试验平台及其方法。
进一步地，所述高压套管为现有220kV电压等级GIS进线套管，即内部充SF6气体的硅橡胶套管，可耐受最高460kV工频电压，1050kV雷电冲击电压。
进一步地，所述试验电极5包括棒-板电极、球-板电极和板-板电极，在试验过程中选择其中一种电极安装，分别模拟极不均匀电场、稍不均匀电场和均匀电场的情况，电极材质及表面不均匀度与实际GIS设备中的电极相同，均为铝电极，与高压端接触的电极始终采用板电极。
进一步地，所述电极调节装置6包括绝缘杆14和支撑件7，绝缘杆14一端与试验电极5的高压端电极连接固定，绝缘杆14另一端穿透试验腔体9，通过螺纹与支撑件7连接，支撑件7固定于试验腔体9外，通过旋转绝缘杆14带动试验电极5的高压端电极移动，调节试验电极5的两端电极距离；绝缘杆14与试验腔体9之间通过支撑件7提供支撑，电极调节装置6不影响腔体9的气密性。
进一步地，所述试验腔体9两端设有密封盖，左密封盖11与试验电极5的低压端连接，右密封盖12与电极调节装置连接，电极调节装置与试验电极5的高压端连接，试验电极5的低压端接地，更换电极时只需更换与密封盖相连并接地的电极，在试验腔体9外通过电极调节装置6调节高压侧电极来改变电极距离，密封盖上设有密封嵌件4，确保试验腔体9的密封性，左端密封盖外侧设有电子器件插入处3。
进一步地，试验腔体9为不锈钢材质。
进一步地，试验腔体9底部设有底座，通过底座与高低温控制箱1连接，试验腔体9上设有观察窗13(所述观察窗13为石英观察窗)，观察窗13设置于试验电极5附近；便于用紫外仪直接观察试验电极5处出现的电晕放电，所述充/取气口10设置于试验电极5附近；便于混合气体在电极处能尽快混合均匀，也便于取气检测电极间放电的气体分解产物。
进一步地，试验腔体9为220kV电压等级GIS的一个气室，整个腔体具备良好的气密性。
进一步地，所述高低温控制箱1包括制冷系统和制热系统，提供-50℃～150℃宽温度范围内的任意温度，温度误差±0.1℃。在1h内可使试验环境由常温到达试验要求温度，在本试验系统中可进行-50℃～150℃范围内，不同环境温度下的气体绝缘性能试验，高低温控制箱1的尺寸结合试验腔体9的尺寸，通过热传导的方式使试验腔体9内部的气体与高低温控制箱1内的温度达成一致，高低温控制箱1的温度调节的灵敏度高，高低温控制箱1带有PID温度自动控制程序，可保证腔体内部温度误差范围在±0.1℃以内。
进一步地，试验腔体9上端接口与高低温控制箱1之间设有隔热固定件15；隔热固定件15起到固定和保温的作用，高低温控制箱1的箱体上端配装于试验腔体9上端接口垂直段的外壳上。
进一步地，高低温控制箱1的箱体侧面设有出线口16，用于温度及压力监测装置8的线引出，高低温控制箱1的箱体底部采用不锈钢材料制成，以满足底部承重的要求。
使用权利要求1所述的可控温气体绝缘性能试验系统的试验方法，以单一气体SF6为例，包括以下步骤：
1)如图4所示，将本系统接入高压试验电路中，确保接地可靠，确保高压试验电路中的调压器17的一次侧不接入电源；
2)对试验腔体9抽真空，将真空泵接到试验腔体9的充/取气口10上，打开充气口的阀门，启动真空泵对腔体进行抽真空，连续抽真空30min；
3)通过充/取气口10将试验气体充入到试验腔体9中，达到指定压强(其具体操作过程为：将SF6气瓶通过充气管道接到试验腔体9的充/取气口10上，打开试验腔体9上的阀门，缓慢调整SF6气瓶的阀门对试验腔体9充气至指定压强)；
4)将高低温控制箱1接入电源，设定指定温度，打开温度及压力监测装置8监测试验腔体9内部气体的温度，待试验腔体9内部气体温度达到指定温度后，关闭高低温控制箱1电源和温度及压力监测装置8电源；
5)将调压器17的一次侧接入电源，进行特定温度下的气体绝缘性能试验。
进一步地，当试验气体为混合气体时，以混合气体SF6/N2为例，所述步骤3)为：通过充/取气口10将不同成分的试验气体依次充入到试验腔体9中，在试验腔体9内进行混合，达到指定压强；(具体操作过程为：将N2气瓶通过充气管道接到试验腔体9的充气口上，打开腔体上的充气阀门，缓慢调整N2气瓶的阀门对腔体充气至指定压强，N2的分压力与SF6的分压力之比等于其体积比。
进一步地，如图4所示，所述高压试验电路包括调压器17、隔离变压器18、试验变压器19、限流电阻20、电容分压器21和电压测量装置22，调压器17输入端接入电源，输出端与隔离变压器18的输入端连接，隔离变压器18的输出端与试验变压器19的输入端连接，试验变压器19的输出高压端通过限流电阻20同时与电容分压器21的上端、可控温气体绝缘性能试验系统的上端相连，试验变压器19的输出低压端与接地点相连，电容分压器21的下端部接地，电容分压器21的两端接有压测量装置22。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种可控温气体绝缘性能试验系统，其特征在于，包括气体绝缘性能试验装置、高低温控制箱和温度及压力监测装置；其中
所述气体绝缘性能试验装置包括试验电极、试验腔体、高压套管和电极调节装置，试验电极设置于试验腔体内，高压套管下端穿过试验腔体与试验电极的一端接触，电极调节装置穿过试验腔体与试验电极的一端电极连接，整个试验腔体具备良好的气密性，试验腔体上设有充/取气口；
试验腔体设置于高低温控制箱内，试验腔体上端设有接口，接口穿过高低温控制箱的箱体上端，与高压套管下端连接，高低温控制箱通过热传导的方式使试验腔体内部的气体与高低温控制箱内的温度达成一致，通过温度及压力监测装置监测试验腔体内部气体的温度、压强和密度；
所述试验电极包括棒-板电极、球-板电极和板-板电极，在试验过程中选择其中一种电极安装，分别模拟极不均匀电场、稍不均匀电场和均匀电场的情况。
2.根据权利要求1所述的可控温气体绝缘性能试验系统，其特征在于，所述电极调节装置包括绝缘杆和支撑件，绝缘杆一端与试验电极的高压端电极连接固定，绝缘杆另一端穿透试验腔体，通过螺纹与支撑件连接，支撑件固定于试验腔体外，通过旋转绝缘杆带动试验电极的高压端电极移动，调节试验电极的两端电极距离。
3.根据权利要求1所述的可控温气体绝缘性能试验系统，其特征在于，所述试验腔体两端设有密封盖，一个密封盖与试验电极的低压端连接，另一个密封盖与电极调节装置连接，电极调节装置与试验电极的高压端连接。
4.根据权利要求1所述的可控温气体绝缘性能试验系统，其特征在于，试验腔体底部设有底座，通过底座与高低温控制箱连接，试验腔体上设有观察窗，观察窗设置于试验电极附近，所述充/取气口设置于试验电极附近。
5.根据权利要求1所述的可控温气体绝缘性能试验系统，其特征在于，所述高低温控制箱包括制冷系统和制热系统，提供-50℃～150℃宽温度范围内的任意温度，温度误差±0.1℃。
6.根据权利要求1所述的可控温气体绝缘性能试验系统，其特征在于，试验腔体上端接口与高低温控制箱之间设有隔热固定件。
7.根据权利要求1所述的可控温气体绝缘性能试验系统，其特征在于，高低温控制箱的箱体侧面设有出线口，用于温度及压力监测装置的线引出，高低温控制箱的箱体底部采用不锈钢材料制成，以满足底部承重的要求。
8.使用权利要求1所述的可控温气体绝缘性能试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将本系统接入相应的高压试验电路中，确保接地可靠，确保高压试验电路中的调压器的一次侧不接入电源；
2)对试验腔体抽真空；
3)通过充/取气口将试验气体充入到试验腔体中，达到指定压强；
4)将高低温控制箱接入电源，设定指定温度，打开温度及压力监测装置监测试验腔体内部气体的温度，待试验腔体内部气体温度达到指定温度后，关闭高低温控制箱电源和温度及压力监测装置电源；
5)将调压器一次侧接入电源，进行特定温度下的气体绝缘性能试验。
9.根据权利要求8所述的可控温气体绝缘性能试验方法，其特征在于，当试验气体为混合气体时，所述步骤3)为：通过充/取气口将不同成分的试验气体依次充入到试验腔体中，在试验腔体内进行混合，达到指定压强。
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