CN110609217A - 一种混合气体低温击穿电压检测系统和方法 - Google Patents

一种混合气体低温击穿电压检测系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种混合气体低温击穿电压检测系统和方法,包括气体充放装置和气体击穿测量装置;气体击穿测量装置包括击穿测试电路和密闭室,密闭室上设有进气口,其内设有正电极和负电极;气体充放装置通过管道连接密闭室的进气口;还包括温度调节装置,用于调节进入密闭室气体的温度。本发明所提供的一种混合气体低温击穿电压检测系统中,温度调节装置能够调节混合气体的温度,气体击穿测量装置能够对混合气体的击穿特性进行测试,从而实现对混合气体在不同温度下的击穿特性进行研究。

Description

一种混合气体低温击穿电压检测系统和方法
技术领域
本发明涉及工业电压技术领域,具体涉及一种混合气体低温击穿电压检测系统和方法。
背景技术
自20世纪60年代开始,SF6(六氟化硫)气体因具有较高的绝缘能力和优良的灭弧性能被广泛使用在电力工业中,如气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、气体断路器(GCB)、气体输电管线(GIL)等。
但是,SF6气体的大量使用会对全球的温室效应产生影响,在《京都议定书》中,SF6被列为受限制的六种温室气体之一,其全球变暖系数(GWP)是CO2(二氧化碳)气体的23900倍;并且SF6气体在压力较大,温度较低的环境中非常容易液化,这使得采用SF6气体的电力设备在高寒地区冬季寒冷季节使用时受到很大的限制,SF6气体一旦液化,将会影响到相关电力设备甚至整个供电系统的安全运行。
基于上述原因,人们为寻找SF6的替代气体进行了大量研究,但尚未发现一种在绝缘性能和灭弧性能方面可以完全替代SF6的气体,于是人们开始寻求使用SF6混合气体(如SF6/N2、SF6/CF4混合气体)作为绝缘灭弧介质,如此不仅可以降低绝缘气体的液化温度,而且可以减少SF6气体的使用量。
当SF6混合气体应用到如气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、气体断路器(GCB)、气体输电管线(GIL)等设备中时,其击穿特性直接关系到相关设备能否安全稳定的运行,因此需要对混合气体在不同温度下的击穿特性进行研究。
申请公布号为CN105606978A的专利公开了一种混合气体击穿电压检测装置及预测方法,其混合气体击穿电压检测装置包括气体击穿测量装置和气体充放装置,气体充放装置能够将不同混合比的混合气体充入气体击穿测量装置,气体击穿测量装置能够检测混合气体的击穿电压。
但是上述申请文件中的混合气体击穿电压检测装置不能调节混合气体的温度,所以只能检测单一温度下混合气体的击穿特性,不能检测混合气体在不同温度下的击穿特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合气体低温击穿电压检测系统,用于解决现有技术中无法检测不同温度下混合气体的击穿特性,同时还提供了一种混合气体低温击穿电压检测方法。
一种混合气体低温击穿电压检测系统,包括气体充放装置和气体击穿测量装置;
气体击穿测量装置包括击穿测试电路和密闭室,密闭室上设有进气口,其内设有正电极和负电极;
气体充放装置通过管道连接密闭室的进气口;
还包括温度调节装置,用于调节进入密闭室气体的温度。
进一步的,所述温度调节装置包括热交换器,热交换器的主通道设置在气体充放装置连接气体击穿测量装置的管道上。
进一步的,所述热交换器的冷凝通道上连接一条冷凝回路,冷凝回路中串设有空气压缩机和冷凝器。
进一步的,所述冷凝回路中还串设有阀。
进一步的,所述阀为电子阀,所述温度调节装置还包括温度控制器,温度控制器检测连接设置在密闭室内的温度传感器,并控制连接阀,用于通过控制阀调节进入密闭室气体的温度。
进一步的,所述密闭室设置在密闭的容器中。
一种混合气体低温击穿电压检测方法,包括如下步骤:
(1)调节密闭室中混合气体的温度;
(2)击穿电压检测:调节正电极和负电极之间的电压,直到正电极与负电极之间的间隙被击穿,记录击穿时正电极与负电极之间的电压,作为在当前温度下正电极与负电极之间的击穿电压;
(3)改变密闭室中混合气体的温度,再次进行击穿电压检测,以得到混合气体在不同温度下正电极与负电极之间的击穿电压。
进一步的,所述方法还包括:调节正电极与负电极之间的距离,记录击穿时正电极与负电极之间的击穿电压,以得到正电极与负电极之间在不同距离下的击穿电压。
本发明的有益效果是:
本发明所提供的技术方案,在混合气体低温击穿电压检测系统中设置有温度调节装置,通过温度调节装置调节进入气体击穿测量装置的混合气体温度,气体击穿电压检测装置检测混合气体在不同温度下的击穿电压,为混合气体在不同温度下的击穿特性提供研究基础。
附图说明
图1为混合气体低温击穿电压检测系统实施例中混合气体低温击穿电压检测系统的原理图;
图2为混合气体低温击穿电压检测系统实施例中击穿测试电路的原理图;
图3为混合气体低温击穿电压检测系统实施例中高压电源的原理图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种混合气体低温击穿电压检测系统和方法,用于实现对于混合气体在不同温度下的击穿特性进行研究。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种混合气体低温击穿电压检测系统,包括气体充放装置和气体击穿测量装置;气体击穿测量装置包括击穿测试电路和密闭室,密闭室上设有进气口,其内设有正电极和负电极;气体充放装置通过管道连接密闭室的进气口;还包括温度调节装置;还包括温度调节装置,用于调节进入密闭室气体的温度。
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
混合气体低温击穿电压检测系统实施例:
本实施例提供一种混合气体低温击穿电压检测系统,其结构原理如图1所示,包括气体充放装置、温度调节装置和气体击穿测量装置三部分,其中气体充放装置通过管道连接气体击穿测量装置,将混合气体按照特定的混合比充入气体击穿测量装置。
温度调节装置包括热交换器,热交换器的主通道设置在气体充放装置连接气体击穿测量装置的管道上,冷凝通道设置在冷凝回路中。冷凝回路由调节阀、储存器、冷凝器、第二空气压缩机和热交换器的冷凝管道通过管道串接而成。在管道中设有冷却介质,冷却介质在冷凝器处放热,并在热交换器的冷凝管道处吸热,对热交换器主管道中的混合气体进行冷却。在本实施例中,冷凝回路采用空气作为冷却介质,作为其他实施方式,可以采用其他的气体或液体作为冷却介质。第二空气压缩机采用电机驱动,用于将管道中的空气压缩到冷凝器处,冷凝器将空气冷凝,转化为液体,存储在储存器中。储存器中的液体通过调节阀到达热交换器的冷凝通道,在热交换器处汽化吸热,对主通道中的气体冷却降温。由于热交换器的主管道设置在气体充放装置连接气体击穿测量装置的管道上,混合气体通过热交换器的主管道进入气体击穿测量装置,所以能够降低气体充放装置充入气体击穿测量装置中混合气体的温度。调节阀打开的程度可调节,调节阀打开的程度不同时,储存器中的液体流到热交换器冷凝通道处的流量不同,对流经热交换器主通道处混合气体的降温程度也不同。当气体击穿测量装置中混合气体的温度高于设定值时,加大调节阀打开的程度,使流入热交换器冷凝管道处液体的量增加,增强降温能力,使气体击穿测量装置中混合气体的温度降低;当气体击穿测量装置中混合气体的温度低于设定值时,减小调节阀打开的程度,使流入热交换器冷凝管道处液体的量减少,降低降温能力,使气体击穿测量装置中混合气体的温度升高。
为了方便对气体击穿检测装置中混合气体的温度进行调节,本实施例中还设置了温度传感器和温度控制器,并将调节阀设置成为电子阀,其中温度传感器设置在气体击穿测量装置中,温度控制器检测连接温度传感器,并控制连接电子阀。温度传感器检测气体击穿测量装置中混合气体的温度信号,并将其发送给温度控制器,温度控制器根据温度传感器检测到的温度信号,判断气体击穿测量装置中的混合气体温度与设定值之间的关系;如果大于设定值,判断温度偏高,控制电子阀的打开程度变大,使流入热交换器冷凝管道处液体的量增加,增强降温能力,使气体击穿测量装置中混合气体的温度降低;如果小于设定值,判断为温度偏低,控制电子阀的打开程度变小,使流入热交换器冷凝管道处液体的量减少,降低降温能力,使气体击穿测量装置中混合气体的温度升高,从而实现对气体击穿检测装置中混合气体温度的自动调节。
气体击穿检测装置包括密闭室和击穿测试电路。
密闭室用于存储混合气体,在本实施例中,密闭室采用圆柱形,直径为100mm,高度为500mm,侧壁采用有机玻璃。在密闭室上设有进气口,进气口连接进气管道,用于向密闭室充放混合气体。为了保证密闭室中混合气体的温度的稳定性,本实施例将密闭室放置在密封的低温密室中,并将温度传感器设置在密闭室处,使温度传感器检测连接密闭室。
在密闭室内还设有正电极和负电极,两者之间的间距可调,且正电极和负电极可以设置为平板形电极,也可以将其中一个设置为棒形,另一个设置为平板形,或者其中一个设置为针形,另一个设置为平板型,在电极的边缘处设有10°的倒角,以防出现边缘效应。在密闭室内还设有分别用于测量其真空度的真空表,以及测量其内部混合气体压强的气压表。在本实施例中,真空表的型号为Z100,测量范围为-0.1MPa~0MPa,所述气压表的型号为Y100,测量范围为0MPa~2.5MPa。
击穿测试电路如图2所示,包括高压电源、阻容分压器和示波器,高压电源的正极通过第一水电阻连接正电极,负极连接负电极,其作用是保护线路。阻容分压器与正电极和负电极并联,用于检测正电极和负电极之间的电压。示波器检测连接阻容分压器的分压点,通过检测阻容分压器分压点的电压信号,得到正电极与负电极之间的电压。
本实施例所提供的高压电源,其结构如图3所示,包括调压器和变压器,调压器的一次侧连接工频交流电源,二次侧连接变压器的一次侧,变压器的二次侧其中一端依次连接第二水电阻和二级管的阴极,二极管的阳极即为高压电源的正极,变压器二次侧的另一端即为高压电源的负极,且在正极和负极之间设有滤波电容。调压器的一次侧从工频交流电源处获取电压,通过调节调压器,能够调节变压器一次侧的电压,从而调节正极与负极之间的电压。由于变压器的二次侧其中一端连接有二极管,所以其正极和负极之间输出的是直流电。在本实施例中,工频交流电源为220V/50HZ;变压器的型号为YDJ-10/100,容量10kVA,变比11/5000;第二电阻为水电阻,阻值150MΩ;调压器型号为TDGC2J-10,额定输入电压220V,额定输出电压0V-250V,额定输出频率50HZ;滤波电容为CH82型电容器,额定电容值为0.22μF±10%;二极管的型号为2DL 200/0.2。
气体充放装置用于向密闭室中充放气体,可以向密闭室中充放混合气体,也可以将各种气体分别充入密闭室。
当向密闭室中充放混合气体时,只需设置一个用于连接混合气体罐的接口即可,该接口依次连接有真空泵、第一空气压缩机和气阀,然后再通过管道连接密闭室的进气口。第一空气压缩机用于将混合气体罐中的混合气体充入密闭室,或者将密闭室中的混合气体回收到混合气体罐中,真空泵用于将密闭室或者混合气体罐抽成真空。在本实施例中,气阀的型号为Q91SAF-64。
当各气体分别充入密闭室时,需要设置多个用于连接相应储气罐的接口,且这些接口连接密闭室进气口的管道上设有计量器G1和G2,通过计量器G1和G2计量各气体进入密闭室的量,从而得到任意配比的混合气体。
方法实施例:
本实施例还提供了一种采用上述混合气体低温击穿电压检测系统实施例所提供的混合气体低温击穿电压检测系统进行检测的方法,具体步骤如下:
(1)调节密闭室内正电极与负电极之间的距离;
(2)利用气体充放装置除去密闭室中残余的气体;
(3)持续将混合气体充入密闭室中,直到密闭室中的压强达到设定值,并且通过温度调节装置调节密闭室中混合气体的温度,使其保持在设定的温度值;
(4)调节调压器,使正电极与负电极之间的电压持续升高,直到正电极与负电极之间的间隙被击穿时停止;在此过程中,采用示波器通过阻容分压器采集正电极与负电极之间的电压信号并显示;
(5)重复步骤(4),测量6次密闭室中正电极与负电极被击穿时的电压,求取平均值,将其作为混合气体在当前温度下,正电极与负电极之间为当前间距时的击穿电压;
(6)调节正电极和负电极之间的间距,重复步骤(4)和步骤(5);
(7)采用气体充放装置抽出密闭室中的混合气体,改变混合气体的温度值,重复执行步骤(3)至步骤(6)。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式,但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下,采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改,并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同,这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的,这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种混合气体低温击穿电压检测系统,包括气体充放装置和气体击穿测量装置;
气体击穿测量装置包括击穿测试电路和密闭室,密闭室上设有进气口,其内设有正电极和负电极;
气体充放装置通过管道连接密闭室的进气口;
其特征在于,还包括温度调节装置,用于调节进入密闭室气体的温度。
2.根据权利要求1所述的一种混合气体低温击穿电压检测系统,其特征在于,所述温度调节装置包括热交换器,热交换器的主通道设置在气体充放装置连接气体击穿测量装置的管道上。
3.根据权利要求2所述的一种混合气体低温击穿电压检测系统,其特征在于,所述热交换器的冷凝通道上连接一条冷凝回路,冷凝回路中串设有空气压缩机和冷凝器。
4.根据权利要求3所述的一种混合气体低温击穿电压检测系统,其特征在于,所述冷凝回路中还串设有阀。
5.根据权利要求4所述的一种混合气体低温击穿电压检测系统,其特征在于,所述阀为电子阀,所述温度调节装置还包括温度控制器,温度控制器检测连接设置在密闭室内的温度传感器,并控制连接阀,用于通过控制阀调节进入密闭室气体的温度。
6.根据权利要求1所述的一种混合气体低温击穿电压检测系统,其特征在于,所述密闭室设置在密闭的容器中。
7.一种用于权利要求1提供的混合气体低温击穿电压检测系统的混合气体低温击穿电压检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)调节密闭室中混合气体的温度;
(2)击穿电压检测:调节正电极和负电极之间的电压,直到正电极与负电极之间的间隙被击穿,记录击穿时正电极与负电极之间的电压,作为在当前温度下正电极与负电极之间的击穿电压;
(3)改变密闭室中混合气体的温度,再次进行击穿电压检测,以得到混合气体在不同温度下正电极与负电极之间的击穿电压。
8.根据权利要求7所述的混合气体低温击穿电压检测方法,其特征在于,所述方法还包括:调节正电极与负电极之间的距离,记录击穿时正电极与负电极之间的击穿电压,以得到正电极与负电极之间在不同距离下的击穿电压。
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