CN112557844A - 一种断路器喷嘴裂解状态实时评估装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器喷嘴裂解状态实时评估装置及方法，该装置包括监测数据采集单元，用于实时监测从断路器采集到的气体中空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳的浓度值；监测数据整理单元，以设定的时间为一个诊断周期，统计整理所采集到的的空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳的浓度值数据，以得到整理表格和/或趋势图；监测数据分析单元，用于根据整理表格和/或趋势图来分析判断空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳四种气体组分的变化趋势和/或相对规律；喷嘴裂解状态评价单元，用于根据四种气体的的变化趋势和/相对规律来给出喷嘴裂解状态评价结果。本发明能够准确了解断路器内部绝缘故障变化趋势，实时跟踪监测喷嘴的裂解状态。

Description

一种断路器喷嘴裂解状态实时评估装置及方法

技术领域

本发明涉及断路器检查技术领域，具体涉及一种断路器喷嘴裂解状态实时评估装置及方法。

背景技术

六氟化硫具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能，其耐电强度为同一压力下氮气的2.5倍，击穿电压是空气的2.5倍，灭弧能力是空气的100倍，是一种优异的新一代超高压绝缘介质材料。六氟化硫以其良好的绝缘性能和灭弧性能，被广泛用作高压开关、大容量变压器、高压电缆等的气体绝缘材料。变电站内高压气体绝缘断路器在运行中，因内部发热或局部放电现象，导致气体本身或者固体绝缘材料烧蚀、裂解时，很可能产生各种硫化物、碳化物气体，同时，因为断路器内本身存在少量的空气，在因发热或者放电导致内部硫化物、碳化物含量变化的同时，空气的含量也会相应改变。

目前变电站检修人员主要采用离线仪器仪表定期检测气体中一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等气体浓度来排查故障隐患，通过这些气体浓度检测可以侧面反映固体绝缘材料、气体本身的状态，从而判断断路器内部是否存在过热或者放电现象，但是无法准确跟踪断路器内喷嘴裂解的时间，无法准确评估断路器喷嘴的状态。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种断路器喷嘴裂解状态实时评估装置及方法，以实时跟踪监测断路器喷嘴的裂解状态。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种断路器喷嘴裂解状态实时评估装置，包括：

监测数据采集单元，用于实时监测从断路器采集到的气体中空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳的浓度值；

监测数据整理单元，以设定的时间为一个诊断周期，统计整理所采集到的的空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳的浓度值数据，以得到整理表格和/或趋势图；

监测数据分析单元，用于根据整理表格和/或趋势图来分析判断空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳四种气体组分的变化趋势和/或相对规律；

喷嘴裂解状态评价单元，用于根据四种气体的的变化趋势和/相对规律来给出喷嘴裂解状态评价结果。

进一步地，所述的断路器喷嘴裂解状态实时评估装置还包括：

喷嘴检修建议单元，用于根据喷嘴裂解状态来给出检修建议。

进一步地，所述喷嘴的材料为聚四氟乙烯。

进一步地，所述监测数据分析单元所得到的四种气体组分的变化趋势和/或相对规律为：

聚四氟乙烯喷嘴裂解，伴随空气、二氧化硫的浓度下降，以及四氟化碳、二氧化碳的浓度上升。

进一步地，所述喷嘴裂解状态评价单元根据四种气体的的变化趋势和/相对规律来给出喷嘴裂解状态评价结果包括：

当诊断周期内二氧化硫浓度未出现上升，则断路器暂时稳定；

当诊断周期内二氧化硫浓度持续缓慢上升，但空气、四氟化碳、二氧化碳组分未明显变化，则断路器内部绝缘故障正逐步恶化，但是聚四氟乙烯喷嘴尚未裂解；

当诊断周期内空气和二氧化硫浓度呈现下降趋势，降低幅度超过降低幅度设定值时，且四氟化碳和二氧化碳呈现上升趋势，上升幅度超过上升幅度设定值时，聚四氟乙烯喷嘴则发生裂解。

进一步地，所述降低幅度设定值为：

(Max(Air)-Min(Air))/Max(Air)>40％；(Max(SO₂)-Min(SO₂))/Max(SO₂)>40％。

进一步地，所述上升幅度设定值为：

(Max(CF₄)-Min(CF₄))/Min(CF₄)>10％；(Max(CO₂)-Min(CO₂))/Min(CO₂)>50％。

进一步地，所述一个诊断周期的时间为8小时。

第二方面，本发明实施例提供了一种断路器喷嘴裂解状态实时评估方法，包括：

例行试验步骤：

在断路器例行试验中，检测到二氧化硫浓度值超过设定值时，则将该断路器列入重症监护对象，使用气体组分监测装置，持续监测对象断路器内气体组分含量，包括空气、二氧化硫的浓度下降，以及四氟化碳、二氧化碳；

数据整理统计步骤：

整理、统计不间断监测的数据，以设定的时间为一个诊断周期，分析期间所有气体浓度数据；

重症监护策略步骤：

当诊断周期内二氧化硫浓度未出现上升，说明断路器暂时稳定；

当诊断周期内二氧化硫浓度持续缓慢上升，但空气、四氟化碳、二氧化碳组分未明显变化，说明断路器内部绝缘故障正逐步恶化，但是聚四氟乙烯喷嘴尚未裂解；

喷嘴裂解状态诊断策略步骤：

当诊断周期内空气和二氧化硫浓度呈现下降趋势，且降低幅度(Max(Air)-Min(Air))/Max(Air)>40％；(Max(SO₂)-Min(SO₂))/Max(SO₂)>40％时，则需分析四氟化碳和二氧化碳的浓度变化趋势；

当四氟化碳和二氧化碳呈现上升趋势，上升幅度(Max(CF₄)-Min(CF₄))/Min(CF₄)>10％；(Max(CO₂)-Min(CO₂))/Min(CO₂)>50％时，说明断路器内部已经出现严重放电，导致聚四氟乙烯喷嘴裂解，确认后，应结合停电检修，对灭弧室进行解体修复。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明通过对气体组分的不间断监测，并基于硫化物和碳化物浓度变化趋势的分析，能够准确了解断路器内部绝缘故障变化趋势，实时跟踪监测喷嘴的裂解状态，帮助检修人员更加准确的了解断路器断路器运行状态。

附图说明

图1为本发明实施例提供的断路器喷嘴裂解状态实时评估装置的组成示意图；

图2为喷嘴裂解前后各4次空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳的浓度值变化趋势图；

图中：1、监测数据采集单元；2、监测数据整理单元；3、监测数据分析单元；4、喷嘴裂解状态评价单元；5、喷嘴检修建议单元。

具体实施方式

实施例：

目前变电站检修人员主要采用离线仪器仪表定期检测气体中一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等气体浓度来排查故障隐患，通过这些气体浓度检测可以侧面反映固体绝缘材料、气体本身的状态，从而判断断路器内部是否存在过热或者放电现象，但是无法准确跟踪断路器内喷嘴裂解的时间，无法准确评估断路器喷嘴的状态。本发明通过使用气相色谱仪实时监测断路器内空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳4种气体的浓度变化，通过比对分析空气+二氧化硫、四氟化碳+二氧化碳这两组气体的浓度变化趋势，来准确跟踪判断喷嘴裂解的时间及其当前状态，帮助检修人员更加准确的了解断路器断路器运行状态

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

参阅图1所示，本实施例提供的断路器喷嘴裂解状态实时评估装置主要包括监测数据采集单元1、监测数据整理单元2、监测数据分析单元3以及喷嘴裂解状态评价单元4。

其中，该监测数据采集单元1主要由取气阀门、气相色谱分析仪、实时监测终端组成，用于实时监测从断路器采集到的气体中空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳的浓度值。该监测数据整理单元2则以8个小时为一个诊断周期，统计整理所采集到的的空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳的浓度值数据，以得到整理表格和/或趋势图。该监测数据分析单元3则用于根据整理表格和/或趋势图来分析判断空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳四种气体组分的变化趋势和/或相对规律。喷嘴裂解状态评价单元4则用于根据四种气体的的变化趋势和/相对规律来给出喷嘴裂解状态评价结果。

由此可见，本装置通过对气体组分的不间断监测，并基于硫化物和碳化物浓度变化趋势的分析，能够准确了解断路器内部绝缘故障变化趋势，实时跟踪监测喷嘴的裂解状态，帮助检修人员更加准确的了解断路器断路器运行状态。

作为上述断路器喷嘴裂解状态实时评估装置的一种优选，该装置还包括喷嘴检修建议单元5，用于根据喷嘴裂解状态来给出检修建议，以便于检修人员及时地对喷嘴进行修复。

具体地，上述断路器喷嘴裂解状态实时评估装置的操作过程如下：

试验方案：某500kV断路器，持续关合、开断试验过程中，等间隔取气体样分析，设定监测数据采集单元1每个取样监测周期60分钟，监测指标包括空气(Air)、二氧化硫(SO₂)、四氟化碳(CF₄)、二氧化碳(CO₂)的浓度值，48小时内可以获取48组监测数据，试验结束后，喷嘴出现烧蚀。因断路器内喷嘴材料为聚四氟乙烯，是C原子的主要来源，因此可以根据试验过程中碳化物的浓度是否出现明显增长以及参与反应的空气和硫化物是否减少，来判断喷嘴是否出现裂解。

试验过程中,喷嘴裂解前后各4次空气(Air)、二氧化硫(SO₂)、四氟化碳(CF₄)、二氧化碳(CO₂)的浓度值变化趋势如下表:

趋势如图2所示。

具体的，第n次关合、开断试验后后，即裂解前倒1次取样和裂解后第1次取样期间，因为放电能量逐渐累积，达到聚四氟乙烯喷嘴所能承受的某一限值后，喷嘴材料出现一定程度裂解，释放大量的C原子与气体中O原子结合，反应式如下：

C+2O→CO₂

O₂被大量消耗，这可能是Air含量快速下降直接原因。O₂被大量消耗，同时CO₂也大量生成，因此CO₂含量出现较快速上升。另外释放出的C原子，与放电高能区漂移出的氟原子发生反应，生成CF₄，反应式如下：

C+4F→CF₄

因此，气体成分中检测到越来越多的CF₄。

因为SO₂的生成需要消耗较大量的O₂，反应式如下：

2SF₆+O₂→2SOF₂+8F

2SF₆+O₂→2SOF₄+4F

SF₆→SF₄+2F

SF₆→S+6F

2SOF₄+O₂→2SO₂F₂+4F

SOF₂+H₂O→SO₂+2HF

其中SOF₂为主要中间分解产物，SO₂为主要最终分解产物。

因此O₂消耗的同时导致裂解生成的SOF₂变少，SO₂含量增速下降，因为气体中含有的水分同时会与SO₂发生反应：

SO₂+H₂O→H₂SO₃

故第n次关合、开断试验后SO₂下降的直接原因为SO₂消耗速度超过其生成速度。综上所述，聚四氟乙烯喷嘴裂解，伴随空气(Air)、二氧化硫(SO₂)的浓度下降，以及四氟化碳(CF₄)、二氧化碳(CO₂)的浓度上升。

相应地，本实施例还提供了一种断路器喷嘴裂解状态实时评估方法，该法法主要包括如下步骤：

第一步，在断路器例行试验中，检测到二氧化硫浓度值超过2uL/L时，需要引起警惕，并将该断路器列入重症监护对象，使用气体组分监测装置，持续监测对象断路器内气体组分含量，包括空气(Air)、二氧化硫(SO₂)的浓度下降，以及四氟化碳(CF₄)、二氧化碳(CO₂)。

第二步，整理、统计不间断监测的数据，以8小时为一个诊断周期，分析期间所有气体浓度数据。

第三步，重症监护策略：

当诊断周期内二氧化硫浓度未出现上升，说明断路器暂时稳定，但需要持续观察。

当诊断周期内二氧化硫浓度持续缓慢上升，但空气、四氟化碳、二氧化碳组分未明显变化，说明断路器内部绝缘故障正逐步恶化，但是聚四氟乙烯喷嘴尚未裂解，需要加强观察，并辅助其他检测手段跟踪诊断。

第四步，喷嘴裂解状态诊断策略：

当诊断周期内空气和二氧化硫浓度呈现下降趋势，且降低幅度(Max(Air)-Min(Air))/Max(Air)>40％；(Max(SO₂)-Min(SO₂))/Max(SO₂)>40％时，需即可分析四氟化碳和二氧化碳的浓度变化趋势。

第五步，当满足第四步条件，且四氟化碳和二氧化碳呈现上升趋势，上升幅度(Max(CF₄)-Min(CF₄))/Min(CF₄)>10％；(Max(CO₂)-Min(CO₂))/Min(CO₂)>50％时，说明断路器内部已经出现严重放电，导致聚四氟乙烯喷嘴裂解，辅助其他检测手段确认故障状态，确认后，应结合停电检修，对灭弧室进行解体修复。

综上，本发明与现有技术相比，具有如下技术优势：

(1)可以在设备出现故障隐患时，通过重点不间断监护，实时了解设备内气体组分变化趋势，实时跟踪喷嘴裂解进度；

(2)当前检修策略下，只能简单定性判断设备内部是否出现绝缘故障，本发明提供了一种故障类型及故障对象的判断方法，为设备绝缘状态诊断提供了数据支撑。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种断路器喷嘴裂解状态实时评估装置，其特征在于，包括：

监测数据采集单元，用于实时监测从断路器采集到的气体中空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳的浓度值；

监测数据整理单元，以设定的时间统计整理所采集到的的空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳的浓度值数据，以得到整理表格和/或趋势图；

监测数据分析单元，用于根据整理表格和/或趋势图来分析判断空气、二氧化硫、四氟化碳、二氧化碳四种气体组分的变化趋势和/或相对规律；

喷嘴裂解状态评价单元，用于根据四种气体的的变化趋势和/相对规律来给出喷嘴裂解状态评价结果。

2.如权利要求1所述的断路器喷嘴裂解状态实时评估装置，其特征在于，还包括：

喷嘴检修建议单元，用于根据喷嘴裂解状态来给出检修建议。

3.如权利要求1或2所述的断路器喷嘴裂解状态实时评估装置，其特征在于，所述喷嘴的材料为聚四氟乙烯。

4.如权利要求3所述的断路器喷嘴裂解状态实时评估装置，其特征在于，所述监测数据分析单元所得到的四种气体组分的变化趋势和/或相对规律为：

聚四氟乙烯喷嘴裂解，伴随空气、二氧化硫的浓度下降，以及四氟化碳、二氧化碳的浓度上升。

5.如权利要求4所述的断路器喷嘴裂解状态实时评估装置，其特征在于，所述喷嘴裂解状态评价单元根据四种气体的的变化趋势和/相对规律来给出喷嘴裂解状态评价结果包括：

当诊断周期内二氧化硫浓度未出现上升，则断路器暂时稳定；

当诊断周期内二氧化硫浓度持续缓慢上升，但空气、四氟化碳、二氧化碳组分未明显变化，则断路器内部绝缘故障正逐步恶化，但是聚四氟乙烯喷嘴尚未裂解；

当诊断周期内空气和二氧化硫浓度呈现下降趋势，降低幅度超过降低幅度设定值时，且四氟化碳和二氧化碳呈现上升趋势，上升幅度超过上升幅度设定值时，聚四氟乙烯喷嘴则发生裂解。

6.如权利要求5所述的断路器喷嘴裂解状态实时评估装置，其特征在于，所述降低幅度设定值为：

(Max(Air)-Min(Air))/Max(Air)>40％；(Max(SO₂)-Min(SO₂))/Max(SO₂)>40％。

7.如权利要求5所述的断路器喷嘴裂解状态实时评估装置，其特征在于，所述上升幅度设定值为：

(Max(CF₄)-Min(CF₄))/Min(CF₄)>10％；(Max(CO₂)-Min(CO₂))/Min(CO₂)>50％。

8.如权利要求5所述的断路器喷嘴裂解状态实时评估装置，其特征在于，所述一个诊断周期的时间为8小时。

9.一种断路器喷嘴裂解状态实时评估方法，其特征在于，包括：

例行试验步骤：

在断路器例行试验中，检测到二氧化硫浓度值超过设定值时，则将该断路器列入重症监护对象，使用气体组分监测装置，持续监测对象断路器内气体组分含量，包括空气、二氧化硫的浓度下降，以及四氟化碳、二氧化碳；

数据整理统计步骤：

整理、统计不间断监测的数据，以设定的时间为一个诊断周期，分析期间所有气体浓度数据；

重症监护策略步骤：

当诊断周期内二氧化硫浓度未出现上升，说明断路器暂时稳定；

当诊断周期内二氧化硫浓度持续缓慢上升，但空气、四氟化碳、二氧化碳组分未明显变化，说明断路器内部绝缘故障正逐步恶化，但是聚四氟乙烯喷嘴尚未裂解；

喷嘴裂解状态诊断策略步骤：

当诊断周期内空气和二氧化硫浓度呈现下降趋势，且降低幅度(Max(Air)-Min(Air))/Max(Air)>40％；(Max(SO₂)-Min(SO₂))/Max(SO₂)>40％时，则需分析四氟化碳和二氧化碳的浓度变化趋势；

当四氟化碳和二氧化碳呈现上升趋势，上升幅度(Max(CF₄)-Min(CF₄))/Min(CF₄)>10％；(Max(CO₂)-Min(CO₂))/Min(CO₂)>50％时，说明断路器内部已经出现严重放电，导致聚四氟乙烯喷嘴裂解，确认后，应结合停电检修，对灭弧室进行解体修复。

10.如权利要求9所述的断路器喷嘴裂解状态实时评估方法，其特征在于，所述一个诊断周期的时间为8小时。

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