CN113945816A - 一种模拟电气设备内故障气体的试验装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟电气设备内故障气体的试验装置及其控制方法。所述试验装置中，试验罐体通过第一阀门与气体回收装置连通；试验罐体通过第二阀门与三通接头的第一端连通；三通接头的第二端与试验底气容器连通；三通接头的第三端用于通入目标种类目标浓度的分解产物；试验罐体上设置压力检测装置；气体回收装置用于将试验罐体抽至真空状态；试验底气容器用于盛放与分解产物相匹配的绝缘气体；三通接头用于在试验罐体处于真空状态时，通入目标种类目标浓度的分解产物以及绝缘气体。本发明能简单便捷的模拟不同种类不同浓度的故障气体。

Description

一种模拟电气设备内故障气体的试验装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及故障模拟试验领域，特别是涉及一种模拟电气设备内故障气体的试验装置及其控制方法。
背景技术
六氟化硫(SF6)气体具有优异的绝缘和灭弧性能，已被广泛应用于高压电气设备(例如，气体绝缘金属封闭开关设备(GAS Insulated SWITCHGEAR，GIS))中。高压电气设备内部放电或过热故障时会引发六氟化硫发生复杂的化学反应，生成系列分解产物(如SO2、H2S等)，这些分解产物的种类和含量变化蕴含着丰富的设备状态信息。因此，对分解产物检测分析，是及时发现充入六氟化硫的电气设备的缺陷，从而避免设备故障的有效手段。
目前，对电气设备中六氟化硫分解产物演化规律研究以及分解产物检测仪器开发是两大重要的工作方向。这些工作中都需要使用模拟电气设备内故障气体的试验装置。现有的试验装置一般采用两种方式：一种是模拟故障法，在试验罐体内设置放电装置或加热装置，通过模拟故障，产生气体分解物；另一种是气体钢瓶法，直接采用预先配置的标准气体钢瓶。
模拟故障法需要高压电源、控制设备和故障模件等附件，试验操作复杂，设备价格昂贵，而且产生的分解物种类和浓度难以控制，无法模拟不同种类不同浓度的故障气体；气体钢瓶法的问题是一个钢瓶仅有一种固定成分的故障气体，无法方便的改变气体的组分和浓度，因此也无法模拟不同种类不同浓度的故障气体，而且也无法模拟多种工况环境。
发明内容
基于此，本发明实施例提供一种模拟电气设备内故障气体的试验装置及其控制方法，能简单便捷的模拟不同种类不同浓度的故障气体。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种模拟电气设备内故障气体的试验装置，包括：试验罐体、三通接头、试验底气容器、气体回收装置、压力检测装置、第一阀门和第二阀门；
所述试验罐体通过所述第一阀门与所述气体回收装置连通；所述试验罐体通过所述第二阀门与所述三通接头的第一端连通；所述三通接头的第二端与所述试验底气容器连通；所述三通接头的第三端用于通入目标种类目标浓度的分解产物；所述试验罐体上设置所述压力检测装置；所述气体回收装置用于将所述试验罐体抽至真空状态；所述试验底气容器用于盛放与所述分解产物相匹配的绝缘气体；所述三通接头用于在所述试验罐体处于真空状态时，通入目标种类目标浓度的分解产物以及所述绝缘气体。
可选的，所述模拟电气设备内故障气体的试验装置，还包括：吸附剂；
所述试验罐体内设置所述吸附剂。
可选的，所述模拟电气设备内故障气体的试验装置，还包括：第三阀门和检测仪；
所述试验罐体通过所述第三阀门与所述检测仪连通。
可选的，所述模拟电气设备内故障气体的试验装置，还包括：减压阀；
所述三通接头的第二端通过所述减压阀与所述试验底气容器连通。
可选的，所述模拟电气设备内故障气体的试验装置，还包括：盖板；
所述试验罐体的顶端开口；所述盖板设置在所述开口处。
可选的，所述试验罐体上开设第一取气口、第二取气口、第三取气口和第四取气口；
所述第一取气口通过所述第一阀门与所述气体回收装置连通；所述第二取气口通过所述第二阀门与所述三通接头的第一端连通；所述第三取气口通过所述第三阀门与所述检测仪连通；所述第四取气口处设置所述压力检测装置。
可选的，所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门均为手动球阀。
可选的，所述绝缘气体为SF6纯气、SF6混合气或C4F7N气体。
本发明还提供了一种模拟电气设备内故障气体的试验装置的控制方法，所述控制方法用于控制上述所述的模拟电气设备内故障气体的试验装置，所述控制方法，包括：
控制第一阀门打开，采用气体回收装置将试验罐体抽至真空状态后，关闭所述第一阀门和所述气体回收装置；
控制第二阀门打开，计算目标种类目标浓度的分解产物的体积，将相应体积的目标种类目标浓度的分解产物通过三通接头的第三端通入所述试验罐体；
将试验底气容器内的绝缘气体依次通过三通接头的第二端和三通接头的第一端通入所述试验罐体，并在所述试验罐体达到目标压力时，关闭所述第二阀门。
可选的，当试验结束后，打开所述第一阀门，采用所述气体回收装置对所述试验罐体的气体进行回收。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例提出了一种模拟电气设备内故障气体的试验装置及其控制方法，设置三通接头，向试验罐体内通入目标种类目标浓度的分解产物以及与分解产物相匹配的绝缘气体，从而在试验罐体内形成种类和浓度可控的故障气体，试验罐体内能模拟真实的电器设备内的状态，当需要配置不同种类不同浓度的故障气体时，气体回收装置回收试验罐体内的气体，调节分解产物的种类、分解产物的浓度和绝缘气体的种类，在试验罐体内重新生成即可，本发明能简单便捷的模拟不同种类不同浓度的故障气体，以便于研究电气设备中绝缘气体的分解产物的演化规律以及开发分解产物检测仪器。
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他的附图。
图1为本发明实施例提供的模拟电气设备内故障气体的试验装置的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的模拟电气设备内故障气体的试验装置的结构示意图。
参见图1，本实施例的模拟电气设备内故障气体的试验装置，包括：试验罐体1、充气配气单元和气体回收装置12。所述充气配气单元，包括：三通接头7、试验底气容器10、压力检测装置6、第一阀门3和第二阀门4。
所述试验罐体1通过所述第一阀门3与所述气体回收装置12连通；所述试验罐体1通过所述第二阀门4与所述三通接头7的第一端a连通；所述三通接头7的第二端b与所述试验底气容器10连通；所述三通接头7的第三端c用于通入目标种类目标浓度的分解产物；所述试验罐体1上设置所述压力检测装置6；所述气体回收装置12用于将所述试验罐体1抽至真空状态；所述试验底气容器10用于盛放与所述分解产物相匹配的绝缘气体；所述三通接头7用于在所述试验罐体1处于真空状态时，通入目标种类目标浓度的分解产物以及所述绝缘气体。
上述模拟电气设备内故障气体的试验装置的操作流程如下：
(1)打开第一阀门3，启动气体回收装置12的抽真空功能，将试验罐体1抽至真空状态，此时关闭第一阀门3和气体回收装置12。在实际应用中，可以在试验罐体1的真空度小于2kPa后，关闭第一阀门3和气体回收装置12。
(2)按照需要配置的分解产物的浓度，计算需要的分解产物的体积；然后用注射器取相应体积的分解产物(高浓度分解物标气)，扎入三通接头7的第三端c，打开第二阀门4，利用试验罐体1内的真空度，将注射器中的气体吸入试验罐体1。如需要多种分解产物(SO2、H2S等)，分别计算每种分解产物的体积，并按照顺序依次从三通接头7的第三端c注入。
分解产物的体积可以采用如下方法计算：
Figure BDA0003367070920000051
其中，Vd表示分解产物(高浓度分解物标气)的体积，单位为L；P表示试验罐体的目标压力，单位为MPa；V表示试验罐体的体积，单位为L；c0表示已有的分解产物(高浓度分解物标气)的浓度；c1表示需要配置的分解产物的浓度。
(3)将试验底气容器10内的试验底气(绝缘气体)充入试验罐体1至目标压力。关闭第二阀门4，此时试验罐体1内形成所需种类所需浓度的故障气体，该故障气体可用于后续试验，例如，研究电气设备中绝缘气体的分解产物的演化规律以及开发分解产物检测仪器。在实际应用中，试验底气可以根据试验需要选择SF6纯气、SF6混合气体或其他绝缘气体。
(4)试验结束后，对试验罐体1的故障气体进行回收。气体回收装置12，在试验前可对试验罐体1抽真空，试验后可将故障气体回收并灌装至空钢瓶中，避免有毒有害的故障气体排放到环境中。
重复上述步骤，可以调节分解产物的种类、分解产物的浓度、绝缘气体的种类、绝缘气体的湿度以及目标压力，配置不同种类不同浓度的故障气体。
在一个示例中，真实的电气设备内在发生故障(内部放电或过热故障)时，会引发绝缘气体产生分解产物，因此，在真实的电气设备内会放置吸附剂11，吸附环境中的水分和故障时产生的分解产物。本实施例，所述模拟电气设备内故障气体的试验装置，还包括：吸附剂11；所述试验罐体1内设置所述吸附剂11。所述吸附剂11用于吸附试验罐体1内的分解产物以及水分，以更加真实的模拟电气设备内的环境，使用后可更换。本示例不仅可以简单便捷的配置不同种类、不同浓度的分解产物，还可以调节吸附剂11的种类和用量，还可以模拟不同气体压力、不同吸附剂的工况环境，进一步满足故障气体试验研究和检测仪器开发的需要。
在一个示例中，为了采用试验罐体1内生成的不同种类不同浓度的故障气体，研究电气设备中绝缘气体的分解产物的演化规律以及开发分解产物检测仪器，在所述模拟电气设备内故障气体的试验装置中还设置第三阀门5和检测仪8；所述试验罐体1通过所述第三阀门5与所述检测仪8连通。所述检测仪8用于检测试验罐体1内气体的成分和含量。
其中，所述检测仪可以为分解产物的标准仪器(如电化学或气相色谱原理的分解产物仪)，标准仪器可以监测试验罐体内分解产物的浓度，研究在不同压力、温度、吸附剂条件下，分解产物的演化规律；所述检测仪也可以为自主研发的分解产物在线监测仪器，研发的仪器连接在试验罐体上，可开展取样、检测等功能验证，以评估仪器的技术成熟度。
在一个示例中，为了便于试验底气容器10内的绝缘气体通入试验罐体1，所述模拟电气设备内故障气体的试验装置中还设置有减压阀9；所述三通接头7的第二端b通过所述减压阀9与所述试验底气容器10连通。
在一个示例中，为了便于更换吸附剂11以及清洁试验罐体1内部，所述模拟电气设备内故障气体的试验装置还设置有盖板2；所述试验罐体1的顶端开口；所述盖板2设置在所述开口处。为了增强试验装置的密封性，盖板2与试验罐体1的接触位置设置密封圈，在清洁罐体、更换吸附剂11等操作后可用螺栓紧固密封。
在一个示例中，所述试验罐体1上开设第一取气口、第二取气口、第三取气口和第四取气口；所述第一取气口通过所述第一阀门3与所述气体回收装置12连通；所述第二取气口通过所述第二阀门4与所述三通接头7的第一端a连通；所述第三取气口通过所述第三阀门5与所述检测仪8连通；所述第四取气口处设置所述压力检测装置6。
在一个示例中，所述第一阀门3、所述第二阀门4和所述第三阀门5可以均为手动球阀，由操作人员手动控制不同气路的开关顺序；所述第一阀门3、所述第二阀门4和所述第三阀门5也可以为电磁阀，通过控制器中内置的开关顺序控制程序实现自动控制。
在一个示例中，所述压力检测装置6可以压力表，以监测试验罐体1内的气体压力。
在一个示例中，所述绝缘气体为SF6纯气、SF6混合气或C4F7N气体，可以根据需要进行选择。
在一个示例中，所述三通接头7的第一端a和第二端b接入气路中，第三端c使用硅胶垫片螺帽密封，在需要不同种类不同浓度的分解产物时，使用注射器取分解物标气(配置好的分解产物)，从三通接头7的第三端c注入试验罐体1。
在一个示例中，试验罐体1作为试验腔体，其材质为不锈钢材质。
在实际应用中，上述模拟电气设备内故障气体的试验装置的一个更为具体的操作流程如下：
(1)打开试验罐体1的上盖板2，将吸附剂11置于试验罐体1内部，盖上盖板2，紧固密封螺丝，对试验罐体1进行密封。
(2)打开第一阀门3，启动气体回收装置12的抽真空功能，对试验装置进行抽真空。真空度小于2kPa后关闭第一阀门3和气体回收装置12。
(3)按照需要配置的分解产物浓度，计算需要的分解产物的体积。用注射器取相应体积的高浓度分解产物，扎入三通接头7的第三端c，打开第二阀门4，利用试验装置内部的真空度，将注射器中的气体吸入试验罐体1。如需要多种分解产物，按照顺序依次从三通接头7的第三端c注入。
(4)打开减压阀9，将试验底气容器10中的绝缘气体充入试验装置至目标压力，关闭第二阀门4和减压阀9。
(5)打开第三阀门5，通过连接的检测仪8标定试验罐体1内气体各组分的浓度，关闭第三阀门5。
(6)试验结束后，对试验罐体1内的故障气体进行回收。打开盖板2，对吸附剂11进行处理。
重复上述步骤，可以更换不同的吸附剂11，调节充气压力、绝缘气体的种类，配置不同种类不同浓度的故障气体。
本实施例的模拟电气设备内故障气体的试验装置，可以配置不同种类不同浓度的故障气体，可以使用和更换吸附剂11的材料、调节压力、调控底气湿度等操作模拟电气设备条件，该试验装置可以方便的调节多种产量，装置成本低，无需昂贵的高压试验设备，操作简单，为分解物演化规律等多种研究工作提供试验平台。
本发明还提供了一种模拟电气设备内故障气体的试验装置的控制方法，所述控制方法用于控制上述实施例中的模拟电气设备内故障气体的试验装置，所述控制方法，包括：
控制第一阀门3打开，采用气体回收装置12将试验罐体1抽至真空状态后，关闭所述第一阀门3和所述气体回收装置12。
控制第二阀门4打开，计算目标种类目标浓度的分解产物的体积，将相应体积的目标种类目标浓度的分解产物通过三通接头7的第三端c通入所述试验罐体1。
将试验底气容器10内的绝缘气体依次通过三通接头7的第二端b和三通接头7的第一端a通入所述试验罐体1，并在所述试验罐体1达到目标压力时，关闭所述第二阀门4。
当试验结束后，打开所述第一阀门3，采用所述气体回收装置12对所述试验罐体1的气体进行回收。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种模拟电气设备内故障气体的试验装置，其特征在于，包括：试验罐体、三通接头、试验底气容器、气体回收装置、压力检测装置、第一阀门和第二阀门；
所述试验罐体通过所述第一阀门与所述气体回收装置连通；所述试验罐体通过所述第二阀门与所述三通接头的第一端连通；所述三通接头的第二端与所述试验底气容器连通；所述三通接头的第三端用于通入目标种类目标浓度的分解产物；所述试验罐体上设置所述压力检测装置；所述气体回收装置用于将所述试验罐体抽至真空状态；所述试验底气容器用于盛放与所述分解产物相匹配的绝缘气体；所述三通接头用于在所述试验罐体处于真空状态时，通入目标种类目标浓度的分解产物以及所述绝缘气体。
2.根据权利要求1所述的一种模拟电气设备内故障气体的试验装置，其特征在于，还包括：吸附剂；
所述试验罐体内设置所述吸附剂。
3.根据权利要求1所述的一种模拟电气设备内故障气体的试验装置，其特征在于，还包括：第三阀门和检测仪；
所述试验罐体通过所述第三阀门与所述检测仪连通。
4.根据权利要求1所述的一种模拟电气设备内故障气体的试验装置，其特征在于，还包括：减压阀；
所述三通接头的第二端通过所述减压阀与所述试验底气容器连通。
5.根据权利要求1所述的一种模拟电气设备内故障气体的试验装置，其特征在于，还包括：盖板；
所述试验罐体的顶端开口；所述盖板设置在所述开口处。
6.根据权利要求3所述的一种模拟电气设备内故障气体的试验装置，其特征在于，所述试验罐体上开设第一取气口、第二取气口、第三取气口和第四取气口；
所述第一取气口通过所述第一阀门与所述气体回收装置连通；所述第二取气口通过所述第二阀门与所述三通接头的第一端连通；所述第三取气口通过所述第三阀门与所述检测仪连通；所述第四取气口处设置所述压力检测装置。
7.根据权利要求3所述的一种模拟电气设备内故障气体的试验装置，其特征在于，所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门均为手动球阀。
8.根据权利要求1所述的一种模拟电气设备内故障气体的试验装置，其特征在于，所述绝缘气体为SF6纯气、SF6混合气或C4F7N气体。
9.一种模拟电气设备内故障气体的试验装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法用于控制权利要求1-8中任意一项所述的模拟电气设备内故障气体的试验装置，所述控制方法，包括：
控制第一阀门打开，采用气体回收装置将试验罐体抽至真空状态后，关闭所述第一阀门和所述气体回收装置；
控制第二阀门打开，计算目标种类目标浓度的分解产物的体积，将相应体积的目标种类目标浓度的分解产物通过三通接头的第三端通入所述试验罐体；
将试验底气容器内的绝缘气体依次通过三通接头的第二端和三通接头的第一端通入所述试验罐体，并在所述试验罐体达到目标压力时，关闭所述第二阀门。
10.根据权利要求9所述的一种模拟电气设备内故障气体的试验装置的控制方法，其特征在于，
当试验结束后，打开所述第一阀门，采用所述气体回收装置对所述试验罐体的气体进行回收。
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