CN106684708A - 一种sf6火花放电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SF6火花放电装置，包括连接选择开关第一端的充电电路；选择开关第二端连接储能电容器的一端；选择开关控制端连接用于控制选择开关的第一端和第二端或第二端和第三端导通的开关控制器；密封且侧壁安装有气动阀门的火花放电气室、分别从火花放电气室两端穿入的高压导杆和低压导杆；高压导杆位于火花放电气室外的一端连接选择开关的第三端，位于火花放电气室内部的一端设置有放电高压电极；低压导杆位于火花放电气室内的一端设置有放电低压电极，两个放电电极间存在火花放电间隙；信号采集电路包括电压采集装置、电流采集装置及波形显示器。本发明能够控制产生火花放电的频率及单次火花放电的能量，便于后续进行SF6火花放电的分析。

Description

一种SF6火花放电装置

技术领域

本发明涉及电力设备故障分析技术领域，特别是涉及一种SF6火花放电装置。

背景技术

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，简称GIS)是电力系统中重要的电气设备之一，其安全性和可靠性对于电力系统的稳定运行起到至关重要的作用。GIS中包括的重要组件为SF6气体绝缘电气设备，一旦SF6气体绝缘电气设备内发生放电性或过热性故障而导致设备停运维修，社会经济发展将受到重大损失。

SF6气体绝缘电气设备在生产、制造、运输和运行环节中，不可避免地会存在不同形式和程度的固有绝缘缺陷，在正常运行电压下，有些固有绝缘缺陷处的电场会急剧增强，随之可能产生不同程度的局部放电(PD)。一旦出现明显的PD，将大大加快缺陷周围绝缘(包括气体和固体)介质的劣化速度，而当气体介质绝缘性能劣化较为严重时，将会产生火花放电和电弧放电。一旦出现火花放电就标志着SF6气体绝缘电气设备内部绝缘状态已经下降到十分危险的地步。因此，为构建GIS设备绝缘状态在线监测和故障诊断方法体系需要对SF6气体绝缘设备进行火花放电故障分析。

目前，研究GIS内放电性故障分解特性的装置主要为研究局部放电特性的装置，尽管基于此装置，在适当升高交流电源电压时，能够在装置缺陷处产生火花放电，但是通过该装置所产生的火花放电和频率和能量均极不规律和稳定，SF6火花放电的分析困难大。

因此，如何提供一种能够产生稳定规律的火花放电的SF6火花放电装置是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种SF6火花放电装置，能够控制产生的火花放电的频率(例如每隔几秒放电一次)以及单次火花放电的能量，便于后续进行SF6火花放电的分析。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种SF6火花放电装置，包括充电电路、驱动电路、放电电路以及信号采集电路，其中：

所述充电电路的第一端与交流电源相连，所述充电电路第二端的正极连接选择开关的第一端；

所述选择开关的第二端与地之间串接有储能电容器，所述选择开关的第三端连接放电电路的正极；所述选择开关的控制端连接用于控制所述选择开关的第一端和第二端或第二端和第三端之间导通的开关控制器；

所述放电电路包括密封的火花放电气室、分别从所述火花放电气室两端穿入的高压导杆和低压导杆；所述高压导杆位于所述火花放电气室外的一端作为所述放电电路的正极，所述高压导杆位于所述火花放电气室内部的一端设置有放电高压电极；所述低压导杆位于所述火花放电气室外的一端作为所述放电电路的负极接地，所述低压导杆位于所述火花放电气室内部的一端设置有放电低压电极，所述放电高压电极与所述放电低压电极之间存在特定距离的火花放电间隙；所述火花放电气室侧壁上安装有气动阀门；

所述信号采集电路包括用于采集所述放电电路电压的电压采集装置、用于采集所述放电电路电流的电流采集装置以及波形显示器；所述波形显示器与所述电压采集装置和所述电流采集装置相连，用于显示所述放电电路的电压和电流。

优选地，所述选择开关为高压继电器，所述开关控制器为继电器驱动装置，所述继电器驱动装置具体用于按照预先设置的充放电时间周期性的控制所述高压继电器的第一端和第二端导通以及第二端和第三端导通。

优选地，所述电压采集装置具体为一组高压探针，正极高压探针两端分别连接所述放电电路的正极以及示波器的第一正极输入端，负极高压探针两端分别连接地以及所述示波器的负极输入端；相应的，所述波形显示器具体为所述示波器。

优选地，所述电流采集装置具体为罗氏线圈，所述罗氏线圈与所述放电电路的负极相连，且所述罗氏线圈的末端连接所述示波器的第二正极输入端。

优选地，所述充电电路具体包括感应调压器、单相变压器、第一保护电阻、电容分压器、第二保护电阻和二极管组件；

所述感应调压器的原边通过电源线与所述交流电源连接，所述感应调压器的副边与所述单相变压器的低压侧连接；所述单相变压器的高压侧与所述第一保护电阻的一端相连接，所述第一保护电阻的另一端分别与所述电容分压器的高压端以及所述第二保护电阻的一端相连接，所述电容分压器的低压端接地，所述第二保护电阻的另一端与所述二极管组件的正极相连，所述二极管组件的负极作为所述充电电路第二端的正极。

优选地，所述放电高压电极具体为针状电极，所述放电低压电极具体为板状电极。

优选地，所述气动阀门与气相色谱质谱联用仪相连，所述气相色谱质谱联用仪用于周期性的对所述火花放电气室内的进行火花放电时产生的分解气体产物进行检测分析。

优选地，所述放电电路还包括第三保护电阻，所述第三保护电阻串接于所述高压导杆位于所述火花放电气室外的一端与所述选择开关的第三端之间。

本发明提供了一种SF6火花放电装置，由于充电电路的第二端的正极连接选择开关的第一端，选择开关的第二端与地之间串接有储能电容器，故当选择开关控制第一端与第二端导通时，储能电容器相当于连接在充电电路第二端的正负极之间，此时储能电容器进行充电；选择开关的第三端连接放电电路的正极，当选择开关控制第二端与第三端导通时，储能电容器连接于放电电路的正负极之间，此时储能电容器放电，放电电路中的放电高压电极与放电低压电极之间会产生火花放电。可见，本发明的装置中产生的火花放电的频率(例如每隔几秒放电一次)可通过调整选择开关的闭合情况来实现，单次火花放电的能量可通过控制储能电容器的充电时间以及储能电容器的电容量来实现控制，故本发明产生的火花放电具有稳定的规律，便于后续进行SF6火花放电的分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种SF6火花放电装置的电路结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种SF6火花放电装置，能够控制产生的火花放电的频率(例如每隔几秒放电一次)以及单次火花放电的能量，便于后续进行SF6火花放电的分析。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种SF6火花放电装置，包括充电电路、驱动电路、放电电路以及信号采集电路，其中：

充电电路的第一端与交流电源相连，充电电路第二端的正极连接选择开关8的第一端；

选择开关8的第二端与地之间串接有储能电容器9，选择开关8的第三端连接放电电路的正极；选择开关8的控制端连接用于控制选择开关8的第一端和第二端或第二端和第三端之间导通的开关控制器7；

放电电路包括密封的火花放电气室11、分别从火花放电气室11两端穿入的高压导杆12和低压导杆13；高压导杆12位于火花放电气室11外的一端作为放电电路的正极，高压导杆12位于火花放电气室11内部的一端设置有放电高压电极14；低压导杆13位于火花放电气室11外的一端作为放电电路的负极接地，低压导杆13位于火花放电气室11内部的一端设置有放电低压电极15，放电高压电极14与放电低压电极15之间存在特定距离的火花放电间隙；火花放电气室11侧壁上安装有气动阀门16；

可以理解的是，这里的气动阀门16用于方便实验中向火花放电气室11中充入SF6气体和采集气室内气体样品。另外，这里的火花放电气室11以密封的圆柱不锈钢罐体为主体。上述特定距离可通过试验确定，本发明不限定特定距离的具体数值。

信号采集电路包括用于采集放电电路电压的电压采集装置17、用于采集放电电路电流的电流采集装置18以及波形显示器20；波形显示器20与电压采集装置17和电流采集装置18相连，用于显示放电电路的电压和电流。

作为优选地，这里的选择开关8为高压继电器，开关控制器7为继电器驱动装置，继电器驱动装置具体用于按照预先设置的充放电时间周期性的控制高压继电器的第一端和第二端导通以及第二端和第三端导通。

其中，这里的充放电时间可自由设置。具体的，开关控制器7可以采用循环时间继电器，其额定工作电流为1.5A，其接通和断开时分别控制高压继电器处于不同的连接状态，接通时间和断开时间的设置范围为0.1s～99h，当然，也可采用其他开关控制器7，或进行人为控制，本发明对此不作特别限定。

另外，高压继电器可以为ROSS高压继电器，其耐压值为40kV，控制电压为220V AC/50Hz，最大动作时间为20ms，最大释放时间为30ms，持续通流能力为125A，瞬时电流峰值可达2500A。当然，以上仅为优选方案，本发明对此不作具体限定。

具体的，电压采集装置17具体为一组高压探针，正极高压探针两端分别连接放电电路的正极以及示波器的第一正极输入端，负极高压探针两端分别连接地以及示波器的负极输入端；相应的，波形显示器20具体为上述示波器。该高压探针能够对每次火花放电使得电压瞬时值进行检测，这组高压探针具体可以为HVP-40型高压探针。当然，也可采用其他型号的高压探针或其他装置获取电压，例如示波器匹配的金属夹子等，本发明不作具体限定。该示波器具体可以为宽屏高速超大容量数字荧光示波器，带宽1GHz，最大采样率20GS/s，存储长度为100M，当然，本发明并不具体限定示波器的型号。

另外，电流采集装置18具体为罗氏线圈，罗氏线圈与放电电路的负极相连，且罗氏线圈的末端连接示波器的第二正极输入端。其中，这里的罗氏线圈能够对每次火花放电电流瞬时值进行检测，具体可以采用为Pearson101型罗氏线圈。高压探针和罗氏线圈的末端均通过同轴信号线与示波器的信号输入端相连，通过示波器的屏幕能够清楚地反映出火花放电瞬时电压和电流信号。

具体的，充电电路具体包括感应调压器1、单相变压器2、第一保护电阻3、电容分压器4、第二保护电阻5和二极管组件6；

感应调压器1的原边通过电源线与交流电源连接，感应调压器1的副边与单相变压器2的低压侧连接；单相变压器2的高压侧与第一保护电阻3的一端相连接，第一保护电阻3的另一端分别与电容分压器4的高压端以及第二保护电阻5的一端相连接，电容分压器4的低压端接地，第二保护电阻5的另一端与二极管组件6的正极相连，二极管组件6的负极作为充电电路第二端的正极。

这里的电容分压器4具体为两个串联的电容。

其中，这里的二极管组件6可以为高压硅堆，单相变压器2为无晕试验变压器，其额定容量为60kVA，额定电压为60kV。当然，本发明不限定充电电路中各个元器件的具体类型。

作为优选地，放电电路还包括第三保护电阻10，第三保护电阻10串接于高压导杆12位于火花放电气室11外的一端与选择开关8的第三端之间。

另外，本发明中的储能电容器9可以为脉冲型储能电容器，其电容值为0.1μF，能够满足短时间释放储存电荷的要求，当然，也可采用其他类型的储能电容器9。

在一种优选实施例中，放电高压电极14具体为针状电极，放电低压电极15具体为板状电极。参见图1所示，图1为本发明提供的一种SF6火花放电装置的电路结构示意图。

在另一种优选实施例中，放电高压电极14具体为针状电极，放电低压电极15具体为针状电极，放电高压电极14和放电低压电极15之间构成了针-针火花间隙。

具体的，这里的针状电极为钨针电极，针总长度为60mm，针尾部直径为10mm，头部直径为4mm，针尖曲率半径为0.5mm，板状电极为不锈钢板电极。当然，也可采用其他材质，本发明对此不作具体限定，本发明也不限定上述两个电极的具体参数。

在另一种优选实施例中，气动阀门16与气相色谱质谱联用仪19相连，气相色谱质谱联用仪19用于周期性的对火花放电气室11内的进行火花放电时产生的分解气体产物进行检测分析。

其中，气相色谱质谱联用仪19的色谱柱采用的是CP-Sil 5CB型毛细柱，用来分离SF6火花放电分解后的气体组分，色谱柱载气选用纯度为99.999％的He气，柱流量设定为1.2ml/min，分流比为25:1，柱箱温度恒定为40℃并保持6.8min。以上参数均由优选方案，本发明对此不作限定。

本发明提供了一种SF6火花放电装置，由于充电电路的第二端的正极连接选择开关的第一端，选择开关的第二端与地之间串接有储能电容器，故当选择开关控制第一端与第二端导通时，储能电容器相当于连接在充电电路第二端的正负极之间，此时储能电容器进行充电；选择开关的第三端连接放电电路的正极，当选择开关控制第二端与第三端导通时，储能电容器连接于放电电路的正负极之间，此时储能电容器放电，放电电路中的放电高压电极与放电低压电极之间会产生火花放电。可见，本发明的装置中产生的火花放电的频率(例如每隔几秒放电一次)可通过调整选择开关的闭合情况来实现，单次火花放电的能量可通过控制储能电容器的充电时间以及储能电容器的电容量来实现控制，故本发明产生的火花放电具有稳定的规律，便于后续进行SF6火花放电的分析，并且，本发明能够减小在火花放电时对电源产生的损伤，具有在长时间实验周期下各元件均能可靠而安全运行的优点，提高了试验可靠性和维护经济性。

需要说明的是，在本说明书中，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。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明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 (8)

1.一种SF6火花放电装置，其特征在于，包括充电电路、驱动电路、放电电路以及信号采集电路，其中：

所述充电电路的第一端与交流电源相连，所述充电电路第二端的正极连接选择开关的第一端；

所述选择开关的第二端与地之间串接有储能电容器，所述选择开关的第三端连接放电电路的正极；所述选择开关的控制端连接用于控制所述选择开关的第一端和第二端或第二端和第三端之间导通的开关控制器；

所述放电电路包括密封的火花放电气室、分别从所述火花放电气室两端穿入的高压导杆和低压导杆；所述高压导杆位于所述火花放电气室外的一端作为所述放电电路的正极，所述高压导杆位于所述火花放电气室内部的一端设置有放电高压电极；所述低压导杆位于所述火花放电气室外的一端作为所述放电电路的负极接地，所述低压导杆位于所述火花放电气室内部的一端设置有放电低压电极，所述放电高压电极与所述放电低压电极之间存在特定距离的火花放电间隙；所述火花放电气室侧壁上安装有气动阀门；

所述信号采集电路包括用于采集所述放电电路电压的电压采集装置、用于采集所述放电电路电流的电流采集装置以及波形显示器；所述波形显示器与所述电压采集装置和所述电流采集装置相连，用于显示所述放电电路的电压和电流。

2.根据权利要求1所述的SF6火花放电装置，其特征在于，所述选择开关为高压继电器，所述开关控制器为继电器驱动装置，所述继电器驱动装置具体用于按照预先设置的充放电时间周期性的控制所述高压继电器的第一端和第二端导通以及第二端和第三端导通。

3.根据权利要求1所述的SF6火花放电装置，其特征在于，所述电压采集装置具体为一组高压探针，正极高压探针两端分别连接所述放电电路的正极以及示波器的第一正极输入端，负极高压探针两端分别连接地以及所述示波器的负极输入端；相应的，所述波形显示器具体为所述示波器。

4.根据权利要求3所述的SF6火花放电装置，其特征在于，所述电流采集装置具体为罗氏线圈，所述罗氏线圈与所述放电电路的负极相连，且所述罗氏线圈的末端连接所述示波器的第二正极输入端。

5.根据权利要求1所述的SF6火花放电装置，其特征在于，所述充电电路具体包括感应调压器、单相变压器、第一保护电阻、电容分压器、第二保护电阻和二极管组件；

所述感应调压器的原边通过电源线与所述交流电源连接，所述感应调压器的副边与所述单相变压器的低压侧连接；所述单相变压器的高压侧与所述第一保护电阻的一端相连接，所述第一保护电阻的另一端分别与所述电容分压器的高压端以及所述第二保护电阻的一端相连接，所述电容分压器的低压端接地，所述第二保护电阻的另一端与所述二极管组件的正极相连，所述二极管组件的负极作为所述充电电路第二端的正极。

6.根据权利要求1所述的SF6火花放电装置，其特征在于，所述放电高压电极具体为针状电极，所述放电低压电极具体为板状电极。

7.根据权利要求1所述的SF6火花放电装置，其特征在于，所述气动阀门与气相色谱质谱联用仪相连，所述气相色谱质谱联用仪用于周期性的对所述火花放电气室内的进行火花放电时产生的分解气体产物进行检测分析。

8.根据权利要求1所述的SF6火花放电装置，其特征在于，所述放电电路还包括第三保护电阻，所述第三保护电阻串接于所述高压导杆位于所述火花放电气室外的一端与所述选择开关的第三端之间。