CN106291294A - 一种sf6环网柜局部放电分解组分试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，解决了现有技术中对于SF6气体绝缘电气设备故障模拟并没有采用真型设备进行模拟试验，导致试验所得结果并不具备参考性的技术问题。本发明实施例包括：交流施压系统、环网柜放电模拟平台、检测系统和绝缘缺陷模型；环网柜放电模拟平台包括有充有SF6的气室；交流施压系统输出端与环网柜放电模拟平台连接，用于提供可连续调节的交流电压；绝缘缺陷模型安装于环网柜放电模拟平台内，与交流施压系统输出端连接，用于接受交流施压系统的施压进行高压局部放电试验；检测系统与环网柜放电模拟平台连接，用于检测环网柜放电模拟平台局部放电试验结果。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备的绝缘状态带电检测技术领域，尤其涉及一种SF6环网柜局部放电分解组分试验装置。
背景技术
SF6气体绝缘环网柜因其容易实现三工位、开断电流小及不易产生截流过电压等优势，而广泛应用于10kV配网开关柜类设备中配网设备中，但由于SF6气体环网柜在制造时可能出现毛刺，在安装运输过程中出现部件松动或接触不良，这些情况都会引起电极电位浮动、局部过热、运行中绝缘老化、金属微粒，会产生早期绝缘缺陷，从而导致不同程度的局部放电，即PD，进而引起SF6气体发生不同程度的分解，而分解产生的活性气体将加速固体绝缘的老化并对金属表面造成腐蚀，加重PD的剧烈程度，形成恶性循环，严重时将导致设备发生突发性绝缘故障，甚至引发环网柜爆炸，严重影响人身及设备安全。
大量前期研究表明，SF6局部放电分解组分的成分和含量与设备内部引起PD的绝缘缺陷类型和PD的剧烈程度呈现出相关性。而现有的SF6气体PD故障分解特性均是在气体绝缘组合电器(GIS，一般气压0.4MPa～0.5MPa)中PD故障的研究基础上得到的，SF6气体绝缘环网柜的电压等级、充气气压(一般<0.15MPa)、充气总量均与GIS有很大差异，GIS中SF6气体PD故障分解特性、相应规程及导则并不适用于SF6气体绝缘环网柜。
现有的SF6气体PD故障分解特性均是在气体绝缘组合电器(GIS，一般气压0.4MPa～0.5MPa)中PD故障的研究基础上得到的，SF6气体绝缘环网柜的电压等级、充气气压(一般<0.15MPa)、充气总量均与GIS有很大差异，GIS中SF6气体PD故障分解特性、相应规程及导则并不适用于SF6气体绝缘环网柜。
现有的一种SF6气体绝缘电气设备故障的模拟实验装置，仅能模拟交流条件下SF6气体绝缘电气设备内不同绝缘缺陷模型引发PD的情况，并未采用在SF6气体绝缘电气实体设备中展开研究，没有在实体装置中模拟现实条件下的各类故障，所得到的模拟试验结果并不能有效等同于现实中SF6气体绝缘电气设备故障的情况。
发明内容
本发明实施例公开了一种SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，解决了现有技术中对于SF6气体绝缘电气设备故障模拟并没有采用真型设备进行模拟试验或基于气体绝缘组合电器模拟试验所得到实验结果，导致试验所得结果并不具备参考性的技术问题。
本发明实施例提供了一种SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，包括：
交流施压系统、环网柜放电模拟平台、检测系统和绝缘缺陷模型；
环网柜放电模拟平台包括有气室，气室充有SF6；
交流施压系统输出端与环网柜放电模拟平台连接，用于提供可连续调节的交流电压；
绝缘缺陷模型安装于环网柜放电模拟平台内，并与交流施压系统输出端连接，用于接受交流施压系统的施压进行高压局部放电试验；
检测系统与环网柜放电模拟平台连接，用于检测环网柜放电模拟平台局部放电试验结果。
可选地，交流施压系统包括：
交流调压控制台、试验变压器；
交流调压控制台输入端与220V/50Hz市电连接，交流调压控制台输出端与试验变压器输出端连接。
可选地，交流施压系统还包括：
保护电阻、电容分压器；
电容分压器通过保护电阻与试验变压器输出端并联，用于实时监测试验变压器输出端电压值。
可选地，环网柜放电模拟平台包括：
环网柜、下封法兰、上封法兰、密封圈、蝶形螺丝；
环网柜通过蝶形螺丝压紧下封法兰、上封法兰及密封圈，用于密封环网柜，使环网柜接地开关处于接地状态。
可选地，环网柜放电模拟平台还包括：
高压电极导杆、三通球阀接头、三通球阀、真空压力表、绝缘缺陷；
高压电极导杆为一可与接地开关高压电极间缝隙完整贴合的长方体，长方体一侧伸出一螺丝，用于固定绝缘缺陷模型；
高压电极导杆通过螺丝固定于接地开关高压电极上；
三通球阀接头左端接于与环网柜气室顶部通孔连接的钢管的一端；
真空压力表一端经钢钢管与三通球阀接头顶端经螺纹可靠连接，用于监测和显示环网柜气室内部真空度和气压大小；
三通不锈钢球阀接头右端经钢管连接有三通球阀。
可选地，检测系统包括：
脉冲电流检测系统和气相色谱质谱检测系统；
脉冲电流检测系统包括检测阻抗、示波器；
检测阻抗与电容分压器一端连接，并与示波器并联，用于放大局部放电脉冲信号；
示波器用于显示环网柜中发生的局部放电脉冲信号并存储局部放电脉冲放电信号的幅值。
可选地，气相色谱质谱检测系统通过特氟龙导气管连接到环网柜三通球阀的第三端上，用于检测环网柜气室中的SF6气体分解产生的气体产物的含量。
可选地，绝缘缺陷模型包括：
金属突出物绝缘缺陷模型，金属突出物绝缘缺陷模型采用针板电极进行模拟。
可选地，绝缘缺陷模型还包括：
绝缘子污秽绝缘缺陷，绝缘子污秽绝缘缺陷采用板板电极和圆柱形环氧树脂进行模拟；
圆柱形环氧树脂表面粘接有铜屑。
可选地，绝缘缺陷模型还包括：
绝缘子气隙绝缘缺陷，绝缘子气隙绝缘缺陷采用圆柱形环氧树脂与板板电极进行模拟；
圆柱形环氧树脂一端使用环氧树脂系胶结剂与低压板紧密胶连，圆柱形环氧树脂另一端与高压板电极之间垫一环氧树脂片形成气隙。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供了一种SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，包括：交流施压系统、环网柜放电模拟平台、检测系统和绝缘缺陷模型；环网柜放电模拟平台包括有气室，气室充有SF6；交流施压系统输出端与环网柜放电模拟平台连接，用于提供可连续调节的交流电压；绝缘缺陷模型安装于环网柜放电模拟平台内，并与交流施压系统输出端连接，用于接受交流施压系统的施压进行高压局部放电试验；检测系统与环网柜放电模拟平台连接，用于检测环网柜放电模拟平台局部放电试验结果，解决了现有技术中对于SF6气体绝缘电气设备故障模拟并没有采用真型设备进行模拟试验或基于气体绝缘组合电器模拟试验所得到实验结果，导致试验所得结果并不具备参考性的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中提供的一种SF6环网柜局部放电分解组分试验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的一种SF6环网柜局部放电分解组分试验装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中提供的一种SF6环网柜局部放电分解组分试验装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中提供的一种金属突出物绝缘缺陷模型；
图5为本发明实施例中提供的一种绝缘子污秽绝缘缺陷；
图6为本发明实施例中提供的一种绝缘子气隙绝缘缺陷。
图示说明：1交流调压控制台，2试验变压器，3保护电阻，4电容分压器，5环网柜放电模拟平台，6耦合电容，7检测阻抗，8示波器，9气相色谱质谱检测系统。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，用于解决现有技术中对于SF6气体绝缘电气设备故障模拟并没有采用真型设备进行模拟试验或基于气体绝缘组合电器模拟试验所得到实验结果，导致试验所得结果并不具备参考性的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中提供的一种的一个实施例包括：
交流施压系统、环网柜放电模拟平台、检测系统和绝缘缺陷模型；
环网柜放电模拟平台包括有气室，气室充有SF6；
交流施压系统输出端与环网柜放电模拟平台连接，用于提供可连续调节的交流电压；
绝缘缺陷模型安装于环网柜放电模拟平台内，并与交流施压系统输出端连接，用于接受交流施压系统的施压进行高压局部放电试验；
检测系统与环网柜放电模拟平台连接，用于检测环网柜放电模拟平台局部放电试验结果。
进一步地，交流施压系统包括：
交流调压控制台1、试验变压器2；
交流调压控制台1输入端与220V/50Hz市电连接，交流调压控制台1输出端与试验变压器输出端连接。
进一步地，交流施压系统还包括：
保护电阻3、电容分压器4；
电容分压器4通过保护电阻3与试验变压器2输出端并联，用于实时监测试验变压器2输出端电压值。
其中，交流施压系统由调压控制台1、试验变压器2、保护电阻3、电容分压器4构成。调压控制台1的输入端通过导线与220V/50Hz的市电连接，其输出端(输出电压为0—250V)通过导线连接到试验变压器2(50kV/10kVA)的输入端，试验变压器2的输出端(高压端)通过保护电阻3(市购产品，22kΩ/0.5A)之后再并联电容分压器4(市购产品，50kV/1000:1，精度为1.0级)，用来实时监测试验变压器输出端的电压值，构成交流施压系统。
交流施压系统中电容分压器4的输出端通过导线与环网柜放电模拟平台5相连，为放置在环网柜内部的模拟绝缘缺陷模型电极发生PD时，向其提供可以连续调节的交流电压。交流施压系统的输出端通过导线与环网柜放电模拟平台5连接处接有均压球(直径为35mm的不锈钢球，且经过球心钻孔穿过导线)，均压球起均匀高压接线端电场的作用，可避免接线处产生外部局部放电影响脉冲电流法检测精度。
进一步地，环网柜放电模拟平台包括：
环网柜、下封法兰、上封法兰、密封圈、蝶形螺丝；
环网柜通过蝶形螺丝压紧下封法兰、上封法兰及密封圈，用于密封环网柜，使环网柜接地开关处于接地状态。
进一步地，环网柜放电模拟平台还包括：
高压电极导杆、三通球阀接头、三通球阀、真空压力表、绝缘缺陷；
高压电极导杆为一可与接地开关高压电极间缝隙完整贴合的长方体，长方体一侧伸出一螺丝，用于固定绝缘缺陷模型；
高压电极导杆通过螺丝固定于接地开关高压电极上；
三通球阀接头左端接于与环网柜气室顶部通孔连接的钢管的一端；
真空压力表一端经钢钢管与三通球阀接头顶端经螺纹可靠连接，用于监测和显示环网柜气室内部真空度和气压大小；
三通不锈钢球阀接头右端经钢管连接有三通球阀。
请参阅图2及图3，环网柜放电模拟平台5主要由环网柜10、下封法兰11、密封圈12、不锈钢上封法兰13、不锈钢蝶形螺丝14、高压电极导杆、三通不锈钢球阀接头、三通不锈钢球阀、真空压力表、绝缘缺陷、进样口和采样口构成。环网柜10为GA4K－B型SF6环网柜，可承受5个大气压；环网柜10后侧开内径为170mm圆口，并与一直径为170～175mm、厚度为0.8～1.5cm的不锈钢下封法兰11完全焊接好，保证焊接处无气体泄漏情况，采用矩形密封槽配合“O”形橡胶圈12密封结构，并使用8颗304不锈钢蝶形螺丝14将一直径为170～175mm、厚度为0.8～1.5cm的可拆卸不锈钢上封法兰板13和密封圈12及下法兰11压紧，完全密封，并实现操作方便，密封性能好。同时，使环网柜10的接地开关处于分离状态，将高压电极导杆通过螺丝固定在接地开关高压电极上。高压电极导杆为一能够同接地开关高压电极间缝隙完整贴合的长方体，长宽高分别为20mm、15mm、10mm，长方体左侧伸出一外径为6mm的螺丝，用于固定绝缘缺陷模型，长方体右侧顶部留有两个内径为6mm的螺孔，通过螺丝与接地开关的高压电极固定牢靠；所述环网柜10气室顶部设置一孔径为1.5～2cm的通孔，该通孔连通一根不锈钢管，三通不锈钢球阀接头左端接在不锈钢管上，真空压力表一端经不锈钢钢管同三通不锈钢球阀顶端接头经螺纹可靠连接，用以监测和显示气室内部真空度和气压大小，三通不锈钢球阀接头右端经不锈钢管连接一个三通不锈钢球阀，该三通不锈钢球阀另一端通过特氟龙导气管(外径6mm)与SF6钢瓶连通用以充气，第三端通过特氟龙导气管同真空泵相连，用以对环网柜气室抽真空；三通不锈钢球阀第三端在无需抽真空情况下通过特氟龙导气管与气相色谱质谱联用仪连通，用以检测SF6气体在试验条件下的PD的分解组分及其含量。
进一步地，检测系统包括：
脉冲电流检测系统和气相色谱质谱检测系统9；
脉冲电流检测系统包括检测阻抗7、示波器8；
检测阻抗7与电容分压器4一端连接，并与示波器8并联，用于放大局部放电脉冲信号；
示波器8用于显示环网柜中发生的局部放电脉冲信号并存储局部放电脉冲放电信号的幅值。
进一步地，气相色谱质谱检测系统9通过特氟龙导气管连接到环网柜三通球阀的第三端上，用于检测环网柜气室中的SF6气体分解产生的气体产物的含量。
检测系统包括脉冲电流检测系统和气相色谱质谱检测系统9两部分。脉冲电流检测系统采用并联法接线，所述电容分压器4的高压电极端引出一导线连接检测阻抗7。检测阻抗7起信号放大作用，并与示波器8(泰克DPO5104B)并联，示波器8用于显示环网柜放电模拟平台5中发生的局部放电脉冲信号并存储脉冲放电信号的幅值，便于后期分析。气相色谱质谱检测系统9(岛津GC/MS-QP2010Ultra)通过特氟龙导气管连接到环网柜放电模拟平台三通不锈钢球阀的第三端上，用以检测出环网柜试验平台气室中的SF6气体分解产生的诸如：SO2F2、SOF2、CO2、CF4、H2S、SO2等SF6气体的各种分解气体产物的含量。
进一步地，绝缘缺陷模型包括：
金属突出物绝缘缺陷模型，金属突出物绝缘缺陷模型采用针板电极进行模拟。
进一步地，绝缘缺陷模型还包括：
绝缘子污秽绝缘缺陷，绝缘子污秽绝缘缺陷采用板板电极和圆柱形环氧树脂进行模拟；
圆柱形环氧树脂表面粘接有铜屑。
进一步地，绝缘缺陷模型还包括：
绝缘子气隙绝缘缺陷，绝缘子气隙绝缘缺陷采用圆柱形环氧树脂与板板电极进行模拟；
圆柱形环氧树脂一端使用环氧树脂系胶结剂与低压板紧密胶连，圆柱形环氧树脂另一端与高压板电极之间垫一环氧树脂片形成气隙。
请参阅图4～图6，绝缘缺陷模型为金属突出物绝缘缺陷模型、绝缘子污秽绝缘缺陷模型、绝缘子气隙绝缘缺陷模型。金属突出物绝缘缺陷模型使用针板电极模拟，针电极采用优质黄铜，其直径为4mm，长度为40mm，针电极由20mm长的螺纹部分和5mm长的针尖部分组成，针尖部分曲率半径为0.3mm。绝缘子污秽绝缘缺陷使用板板电极和表面粘接有铜屑的圆柱形环氧树脂模拟，环氧树脂与板板电极间使用环氧树脂胶结剂紧密胶连，板电极直径为100mm，厚度为8mm，电极连接杆直径为6mm，长度为30mm，其中螺纹长度为20mm；圆柱形环氧树脂直径为75mm，高度为25mm；圆柱形环氧树脂外壁粘接长19mm，宽2mm的铜屑，铜屑直径约为10～100μm。绝缘子气隙绝缘缺陷模型使用圆柱形环氧树脂与板板电极来模拟，圆柱形环氧树脂一端与低压板使用环氧树脂系胶结剂紧密胶连，另一端与高压板电极之间垫一厚度为1mm的环氧树脂片形成气隙。板电极直径为100mm，厚度为8mm，电极连接杆直径为6mm，长度为30mm，其中螺纹长度为20mm；圆柱形环氧树脂直径为75mm，高度为25mm。
本发明提供的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置能够用于试验研究低气压下SF6气体发生PD的状况，符合工程实际中SF6气体绝缘环网柜的电压等级、充气气压(一般<0.15MPa)、充气总量，利用本发明提供的装置可研究SF6气体绝缘环网柜中SF6气体PD故障分解特性，为进一步建立SF6气体特征分解组分与局部放电故障类型及局部放电强度之间的关联关系奠定了基础。且本发明提供的装置能够有效模拟GIS设备中的典型绝缘缺陷，并将其应用于SF6气体绝缘环网柜中，具有较高的准确度。
此外，本发明提供的装置中，将位于环网柜平台内的导电杆及绝缘缺陷模型的电极连接杆设置为较长螺纹结构，配合高压导杆可实现根据需要有效调节电极间距，具有较好的灵活性和可替换性。同时可用于间距对SF6气体绝缘环网柜中局部放电特性的研究。
本发明提供的装置中使用了脉冲电流法有效测得局部放电的放电量，使用气相色谱质谱联用仪精确检测SF6气体的各类特征分解组分，能够有效建立放电量同分解特征组分间的关联关系。
本发明提供的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置可真实模拟SF6绝缘环网柜中的各类局部放电情况，为SF6绝缘环网柜中典型绝缘缺陷PD分解特性的研究提供了一套完整易用的实验平台。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，其特征在于，包括：
交流施压系统、环网柜放电模拟平台、检测系统和绝缘缺陷模型；
所述环网柜放电模拟平台包括有气室，所述气室充有SF6；
所述交流施压系统输出端与所述环网柜放电模拟平台连接，用于提供可连续调节的交流电压；
所述绝缘缺陷模型安装于所述环网柜放电模拟平台内，并与所述交流施压系统输出端连接，用于接受所述交流施压系统的施压进行高压局部放电试验；
所述检测系统与所述环网柜放电模拟平台连接，用于检测所述环网柜放电模拟平台局部放电试验结果。
2.根据权利要求1所述的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，其特征在于，所述交流施压系统包括：
交流调压控制台、试验变压器；
所述交流调压控制台输入端与220V/50Hz市电连接，所述交流调压控制台输出端与试验变压器输出端连接。
3.根据权利要求2所述的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，其特征在于，所述交流施压系统还包括：
保护电阻、电容分压器；
所述电容分压器通过所述保护电阻与所述试验变压器输出端并联，用于实时监测所述试验变压器输出端电压值。
4.根据权利要求1所述的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，其特征在于，所述环网柜放电模拟平台包括：
环网柜、下封法兰、上封法兰、密封圈、蝶形螺丝；
所述环网柜通过所述蝶形螺丝压紧所述下封法兰、上封法兰及密封圈，用于密封所述环网柜，使所述环网柜接地开关处于接地状态。
5.根据权利要求1所述的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，其特征在于，所述环网柜放电模拟平台还包括：
高压电极导杆、三通球阀接头、三通球阀、真空压力表、绝缘缺陷；
所述高压电极导杆为一可与接地开关高压电极间缝隙完整贴合的长方体，所述长方体一侧伸出一螺丝，用于固定所述绝缘缺陷模型；
所述高压电极导杆通过螺丝固定于接地开关高压电极上；
所述三通球阀接头左端接于与所述环网柜气室顶部通孔连接的钢管的一端；
所述真空压力表一端经钢钢管与所述三通球阀接头顶端经螺纹可靠连接，用于监测和显示所述环网柜气室内部真空度和气压大小；
三通不锈钢球阀接头右端经钢管连接有所述三通球阀。
6.根据权利要求1所述的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，其特征在于，所述检测系统包括：
脉冲电流检测系统和气相色谱质谱检测系统；
所述脉冲电流检测系统包括检测阻抗、示波器；
所述检测阻抗与所述电容分压器一端连接，并与所述示波器并联，用于放大局部放电脉冲信号；
所述示波器用于显示所述环网柜中发生的局部放电脉冲信号并存储所述局部放电脉冲放电信号的幅值。
7.根据权利要求6所述的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，其特征在于，所述气相色谱质谱检测系统通过特氟龙导气管连接到所述环网柜三通球阀的第三端上，用于检测所述环网柜气室中的SF6气体分解产生的气体产物的含量。
8.根据权利要求1所述的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，其特征在于，所述绝缘缺陷模型包括：
金属突出物绝缘缺陷模型，所述金属突出物绝缘缺陷模型采用针板电极进行模拟。
9.根据权利要求1所述的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，其特征在于，所述绝缘缺陷模型还包括：
绝缘子污秽绝缘缺陷，所述绝缘子污秽绝缘缺陷采用板板电极和圆柱形环氧树脂进行模拟；
所述圆柱形环氧树脂表面粘接有铜屑。
10.根据权利要求1所述的SF6环网柜局部放电分解组分试验装置，其特征在于，所述绝缘缺陷模型还包括：
绝缘子气隙绝缘缺陷，所述绝缘子气隙绝缘缺陷采用圆柱形环氧树脂与板板电极进行模拟；
所述圆柱形环氧树脂一端使用环氧树脂系胶结剂与低压板紧密胶连，所述圆柱形环氧树脂另一端与高压板电极之间垫一环氧树脂片形成气隙。
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