CN116047234A - Sf6n2混合气体分解试验系统及绝缘缺陷诊断方法 - Google Patents

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CN116047234A CN202211286065.8A CN202211286065A CN116047234A CN 116047234 A CN116047234 A CN 116047234A CN 202211286065 A CN202211286065 A CN 202211286065A CN 116047234 A CN116047234 A CN 116047234A
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李龙
蒋西平
代靓君
杨华夏
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Abstract

本发明提供了一种SF6N2混合气体分解试验系统及绝缘缺陷诊断方法，系统包括电压供给模块、气室、保护电阻、耦合电容以及检测阻抗；电压供给模块包括电源、调压器、变压器以及电容分压器，气室内设有绝缘缺陷物理模型，绝缘缺陷物理模型包括金属突出物绝缘缺陷模型、污秽缺陷模型和气隙缺陷模型；电源与调压器连接，调压器连接变压器，变压器并联连接电容分压器，变压器正极输出端与电容分压器之间设有保护电阻，电容分压器并联连接气室的电极接口，气室并联连接耦合电容和检测阻抗，提高了不同绝缘缺陷下放电量与SF6N2混合气体分解组分关联特性分析所需数据采集的全面性。

Description

SF6N2混合气体分解试验系统及绝缘缺陷诊断方法
技术领域
本发明涉及混合气体局部放电分解试验装置技术领域，特别涉及一种SF6N2混合气体分解试验系统及绝缘缺陷诊断方法。
背景技术
SF6气体绝缘电气设备因其占地面积小、运行安全可靠、检修周期长等突出优势而广泛应用于中、高压输变电领域中，并已逐渐成为现代大中城市变电站首选设备和电能输送的枢纽。SF6气体作为绝缘和灭弧介质在110kV及以上电压等级的系统中占绝对主导地位，全球生产的SF6气体近80％应用于电力工业；然而，由于SF6气体液化温度较高，在一些高寒地区，过低的环境温度使得SF6气体液化压力下降、绝缘性能降低，进而导致设备不能正常工作。而且SF6气体对电场均匀程度比较敏感，电场不均匀程度的增加会使SF6气体的绝缘性能大幅度降低。因此，寻找一种能够代替SF6或者部分代替的环境友好型气体，已经成为国内外研究的热点。
到目前为止，仍没有找到可以完全替代SF6的单一绝缘气体。针对上述问题，比较好的解决方案是选择一种背景气体，与SF6组成混合气体，作为GIS(气体绝缘变电站)的绝缘气体，降低SF6在电力系统中的用量，实现部分替代，这样能够有效解决SF6温室效应及液化温度高的问题。N2是一种液化温度低、价格低廉、无污染的气体，标准状态下其沸点为–210℃，与SF6构成的混合气体能够经受–60℃的低温试验。目前一般采用分压比为3:7的SF6/N2混合气体绝缘介质作为SF6的替代。SF6/N2混合气体在气体绝缘输电管线(GIL)、气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)母线设备等电力设备中都已经有了较为广泛的应用。
然而，当GIS内部发生PD时，其中的SF6和N2会在放电的作用下分解，分解产物又与GIS中混杂的微量H2O或者O2等产生复杂的化学反应，生成如SO2F2、NO、SOF2、NF3、CO2、NO2、H2S、SOF4、HF和CF4等多种产物。这些分解产物的种类、含量及生成规律等又与绝缘缺陷的类型和PD程度有着很大的相关性。因此，可以通过SF6/N2混合气体局放分解特性研究，判断GIS内部缺陷引起的PD程度，从而对绝缘缺陷做出早期预测诊断，为GIS状态评估和故障诊断奠定基础，保证GIS设备的安全可靠运行。
但由于实际应用中可能需要进一步提升SF6/N2混合气体的总压强使其达到相对低气压条件下纯SF6的绝缘性能，而且试验平台需要进行不同种缺陷，现有的平台系统不能够满足高气压条件和不同中缺陷的模拟实验。
发明内容
本发明提供了一种SF6N2混合气体分解试验系统，包括电压供给模块、气室、保护电阻、耦合电容以及检测阻抗；所述电压供给模块包括电源、调压器、变压器以及电容分压器，所述气室内设有绝缘缺陷物理模型，所述绝缘缺陷物理模型包括金属突出物绝缘缺陷模型、污秽缺陷模型和气隙缺陷模型。
所述电源与所述调压器连接，所述调压器连接所述变压器，通过所述变压器提供试验电压，所述变压器并联连接所述电容分压器，所述变压器正极输出端与所述电容分压器之间设有保护电阻，所述电容分压器并联连接气室的电极接口，所述气室并联连接所述耦合电容和所述检测阻抗，其中所述耦合电容和所述检测阻抗串联。
进一步的，所述气室还连接有检测系统，所述检测系统包括PD信号检测系统和SF6/N2混合气体特征分解组分检测系统。
进一步的，所述金属突出物绝缘缺陷模型，包括针电极和板电极，所述针电极与板电极之间存在间距，所述针电极与电压正极连通，所述板电极接地。
进一步的，所述针电极尖端曲率半径、锥尖角分别是0.3mm与30°，所述板电极直径、厚度分别是100mm与10mm，所述针电极与所述板电极之间的间距为10mm。
进一步的，所述污秽缺陷模型，包括高压电极端和地电极端，所述高压电极端与所述地电极端之间通过环氧树脂部连接构成截面为工字型结构，所述环氧树脂部外侧粘附有铜屑，所述铜屑粘附在所述环氧树脂部中间，所述铜屑上下边缘与所述高压电极端和所述地电极端的距离相等。
进一步的，所述铜屑为4mm×20mm的矩形结构，所述铜屑在所述环氧树脂部外侧均匀分布，所述高压电极端和所述地电极端均采用结构大小相同的不锈钢板构成，且所述高压电极端和所述地电极端的直径大于所述环氧树脂部的直径。
进一步的，所述气隙缺陷模型，包括高压电极端和地电极端，所述高压电极端和所述地电极端之间设有环氧树脂部，所述高压电极端与所述环氧树脂的上表面之间设有若干环氧树脂垫片。
进一步的，所述环氧树脂垫片在所述环氧树脂部上表面边缘对称设置，在所述高压电极端与所述环氧树脂的上表面之间构成2mm厚度的气隙。
本发明还提用了一种绝缘缺陷诊断方法，包括：
S1：基于上述所述的局部放电试验系统，进行局部放电试验，获取SF6/N2混合气体绝缘介质在不同绝缘缺陷下的局放分解特性；
S2：提取特征分解组分，获得表征气体绝缘设备故障类型、故障严重程度的特征组份或特征比值；
S3：建立SF6/N2混合气体分解组分与绝缘缺陷和故障严重程度关联模型，将SF6/N2混合气体在不同缺陷下局部分解的特征量数据输入到模型中，输出诊断结果。
进一步的，所述分解特性包括：各特征分解组分含量与时间变化关系，各特征分解组分含量与放电量变化关系，各特征分解组分产气速率与放电量变化关系。
本发明的有益效果如下：
本系统主要由电压供给模块、SF6/N2混合气体放电分解气室和检测系统构成；电源经调压器进行调压，再由高压无晕试验变压器提供实验所需电压，通过电容分压器可以测定试验变压器输出端的电压信号，保护电阻(10kΩ)可以阻塞放电电流，同时可以降低来自电源的噪音干扰，耦合电容能够提供一个低阻抗通道，当两端因PD而引起电压变化时，经耦合电容耦合到检测阻抗上，通过检测所述检测阻抗上的脉冲电压来检测PD信号，该结构下，气室内支持不同中缺陷模型进行实验，能够满足不同绝缘缺陷下放电量与SF6N2混合气体分解组分关联特性分析过程中，采集更加全面的数据。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明的金属突出物绝缘缺陷模型结构示意图；
图3是本发明的污秽缺陷模型结构示意图；
图4是本发明的气隙缺陷模型结构示意图；
图5是SO2F2的含量随时间的变化曲线示意图；
图6是SO2F2含量随每秒平均放电量Qsec的变化曲线示意图；
图7是SO2F2含量随每秒平均放电量Qsec的变化曲线示意图。
附图标记说明：1-针电极、2-板电极、3-高压电极端、4-地电极端、5-环氧树脂部、6-铜屑、7-气隙。
具体实施方式
在下面的描述中对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
实施例1
本发明的实施例1公开了一种SF6N2混合气体分解试验系统，如图1所示，包括电压供给模块、气室、检测系统、保护电阻、耦合电容以及检测阻抗；所述电压供给模块包括电源、调压器、变压器以及电容分压器。
所述气室内设有绝缘缺陷物理模型，所述绝缘缺陷物理模型可采用金属突出物绝缘缺陷模型、污秽缺陷模型和气隙7缺陷模型；所述电源与所述调压器连接，所述调压器采用滑动变阻器，移动端连接所述变压器，通过调压器进行调压，由变压器输出电压，提供试验所述电压，所述调压器的电压调节范围为0～380V，所述变压器采用高压无晕试验变压器(10kVA/50kV)；
所述变压器输出端连接有有两个串联电容构成的电容分压器，两电容连接处与地之间设有电压表，通过电容分压器可以测定试验变压器输出端的电压信号；
所述变压器正极输出端与所述电容分压器之间连接有所述保护电阻，所述保护电阻的电阻值为10KΩ，用于阻塞放电电流，同时降低来自电源的噪声干扰；
所述变压器经保护电阻与所述气室连接，提供试验电压，所述气室与所述检测系统连接，所述变压器的正极输出端经所述保护电阻还连接所述耦合电容，和所述检测阻抗，通过耦合电容提供一个低阻抗通道，当两端因PD而引起电压变化时，经耦合电容耦合到检测阻抗上，所述检测阻抗并联有示波器，通过检测所述检测阻抗上的脉冲电压来检测PD信号；
所述检测系统包括PD信号检测系统和SF6/N2混合气体特征分解组分检测系统；
本实施例中，PD信号检测系统通过超大容量宽频高速泰克DPO7254C数字示波器采集PD信号进行储存；
SF6/N2混合气体分解组分检测系统采用岛津QP-2010Ultra气相色谱质谱联用仪(GC/MS)对SF6/N2混合气体特征分解组分进行定量检测。
在本实施例中，所述气室由不锈钢材料制成，具有良好的气密性，所述气室上面有进气口、出气口、采样口、观察窗和压力表等。
基于上述系统，采用30％SF6/70％N2混合气体，在室温20℃的条件，获取不同缺陷下SF6/N2混合气体在不同外施电压下的PD分解组分含量，系统操作过程如下：
首先使用无水乙醇清洗气室的内壁与绝缘缺陷，去除气室内残留的灰尘和杂志，以避免这些杂质和灰尘及上次实验可能附着在内壁上的残留分解物影响实验结果，之后把任一绝缘缺陷物理模型装配到气室内。
将气室抽至真空然后充入SF6/N2混合气体，重复3次进而把放电气室和气壁内吸附的杂志气体清洗掉。
把SF6/N2混合气体注入到清洗后的放电气室内，直至气室内的气压为0.3MPa，稳定24小时后，使用镜面露点仪检测气室内的H2O含量，保障气室内H2O含量与行业标准DL/T596-2005的要求相符。
对当前绝缘缺陷物理模型缓慢施加电压，明确该缺陷模型的PD起始电压与击穿电压，在击穿电压与起始电压之间选取五个不同外施电压分别进行实验，用脉冲电流法检测放电信号。
每个外施电压下进行96个小时的PD分解实验，实验前采集放电气室静置24小时后的SF6/N2混合气体检测其各杂质的含量，实验过程中每隔12小时使用Tedlar PVF采样袋采集一次SF6/N2混合气体放电分解样气，然后用GC/MS对各分解组分进行定量检测。
实施例2
本发明的实施例2公开了一种SF6N2混合气体分解试验系统，如图1所示，包括电压供给模块、气室、检测系统、保护电阻、耦合电容以及检测阻抗；所述电压供给模块包括电源、调压器、变压器以及电容分压器。
所述气室内设有绝缘缺陷物理模型，本实施例中，所述绝缘缺陷物理模型为金属突出物绝缘缺陷模型；
所述电源与所述调压器连接，所述调压器采用滑动变阻器，移动端连接所述变压器，通过调压器进行调压，由变压器输出电压，提供试验所述电压，所述调压器的电压调节范围为0～380V，所述变压器采用高压无晕试验变压器(10kVA/50kV)；
所述变压器输出端连接有有两个串联电容构成的电容分压器，两电容连接处与地之间设有电压表，通过电容分压器可以测定试验变压器输出端的电压信号；
所述变压器正极输出端与所述电容分压器之间连接有所述保护电阻，所述保护电阻的电阻值为10KΩ，用于阻塞放电电流，同时降低来自电源的噪声干扰；
所述变压器经保护电阻与所述气室连接，提供试验电压，所述气室与所述检测系统连接，所述变压器的正极输出端经所述保护电阻还连接所述耦合电容，和所述检测阻抗，通过耦合电容提供一个低阻抗通道，当两端因PD而引起电压变化时，经耦合电容耦合到检测阻抗上，所述检测阻抗并联有示波器，通过检测所述检测阻抗上的脉冲电压来检测PD信号；
所述检测系统包括PD信号检测系统和SF6/N2混合气体特征分解组分检测系统；
本实施例中，PD信号检测系统通过超大容量宽频高速泰克DPO7254C数字示波器采集PD信号进行储存；
SF6/N2混合气体分解组分检测系统采用岛津QP-2010Ultra气相色谱质谱联用仪(GC/MS)对SF6/N2混合气体特征分解组分进行定量检测。
在本实施例中，所述气室由不锈钢材料制成，具有良好的气密性，所述气室上面有进气口、出气口、采样口、观察窗和压力表等。
如图2所示，本实施例中，所述金属突出物绝缘缺陷模型，包括针电极1和板电极2，所述针电极1与板电极2之间存在间距，所述针电极1与电压正极连通，所述板电极2接地，在实际中，需分别对针电极1以及板电极2展开抛光处理；
具体的，所述针电极1尖端曲率半径、锥尖角分别是0.3mm与30°，所述针电极1长度为26mm，宽度直径为4mm，所述板电极2直径、厚度分别是100mm与10mm，所述针电极1与所述板电极2之间的间距为10mm。
在GIS内部经常存在绝缘缺陷，例如自由导电金属微粒、金属突出物、绝缘子气隙7以及绝缘子表面污秽等。其中金属突出物绝缘缺陷一般情况下属于受气体绝缘设备外壳内壁突出的金属、内部高压导体的影响而产生的缺陷，主要表现为装配期间产生的较大毛刺或焊疮；金属突出物的尖端将导致相邻电场发生改变，甚至出现局部高场强区域，最终引发PD。此种类型的绝缘缺陷放电性相对稳定，容易测到稳定的PD信号以更好的分析SF6/N2混合气体特征分解组分与PD强度之间的关联关系。为此，基于上述针-板电极2可对GOS中存在的金属突出物缺陷进行模拟。
实施例3
本发明的实施例3公开了一种SF6N2混合气体分解试验系统，如图1所示，包括电压供给模块、气室、检测系统、保护电阻、耦合电容以及检测阻抗；所述电压供给模块包括电源、调压器、变压器以及电容分压器。
所述气室内设有绝缘缺陷物理模型，本实施例中，所述绝缘缺陷物理模型为污秽缺陷模型；
所述电源与所述调压器连接，所述调压器采用滑动变阻器，移动端连接所述变压器，通过调压器进行调压，由变压器输出电压，提供试验所述电压，所述调压器的电压调节范围为0～380V，所述变压器采用高压无晕试验变压器(10kVA/50kV)；
所述变压器输出端连接有有两个串联电容构成的电容分压器，两电容连接处与地之间设有电压表，通过电容分压器可以测定试验变压器输出端的电压信号；
所述变压器正极输出端与所述电容分压器之间连接有所述保护电阻，所述保护电阻的电阻值为10KΩ，用于阻塞放电电流，同时降低来自电源的噪声干扰；
所述变压器经保护电阻与所述气室连接，提供试验电压，所述气室与所述检测系统连接，所述变压器的正极输出端经所述保护电阻还连接所述耦合电容，和所述检测阻抗，通过耦合电容提供一个低阻抗通道，当两端因PD而引起电压变化时，经耦合电容耦合到检测阻抗上，所述检测阻抗并联有示波器，通过检测所述检测阻抗上的脉冲电压来检测PD信号；
所述检测系统包括PD信号检测系统和SF6/N2混合气体特征分解组分检测系统；
本实施例中，PD信号检测系统通过超大容量宽频高速泰克DPO7254C数字示波器采集PD信号进行储存；
SF6/N2混合气体分解组分检测系统采用岛津QP-2010Ultra气相色谱质谱联用仪(GC/MS)对SF6/N2混合气体特征分解组分进行定量检测。
在本实施例中，所述气室由不锈钢材料制成，具有良好的气密性，所述气室上面有进气口、出气口、采样口、观察窗和压力表等。
如图3所示，本实施例中，所述污秽缺陷模型，包括高压电极端3和地电极端4，所述高压电极端3与所述地电极端4之间通过环氧树脂部5连接构成截面为工字型结构，所述环氧树脂部5外侧粘附有铜屑6，所述铜屑6粘附在所述环氧树脂部5中间，所述铜屑6上下边缘与所述高压电极端3和所述地电极端4的距离相等。
所述铜屑6在所述环氧树脂部5外侧均匀分布，所述高压电极端3和所述地电极端4均采用结构大小相同的不锈钢板构成，且所述高压电极端3和所述地电极端4的直径大于所述环氧树脂部5的直径。
具体的，所述铜屑6为4mm×20mm的矩形结构，铜屑6边缘距离环氧树脂两个底面2mm，环氧树脂的直径为80mm、厚度25mm，两边的不锈钢板电极2直径120mm、厚度10mm，所述高压电极端3和所述地电极端4与所述环氧树脂部5连接处通过环氧树脂胶加以固定。
实施例4
本发明的实施例4公开了一种SF6N2混合气体分解试验系统，如图1所示，包括电压供给模块、气室、检测系统、保护电阻、耦合电容以及检测阻抗；所述电压供给模块包括电源、调压器、变压器以及电容分压器。
所述气室内设有绝缘缺陷物理模型，本实施例中，所述绝缘缺陷物理模型为污秽缺陷模型；
所述电源与所述调压器连接，所述调压器采用滑动变阻器，移动端连接所述变压器，通过调压器进行调压，由变压器输出电压，提供试验所述电压，所述调压器的电压调节范围为0～380V，所述变压器采用高压无晕试验变压器(10kVA/50kV)；
所述变压器输出端连接有有两个串联电容构成的电容分压器，两电容连接处与地之间设有电压表，通过电容分压器可以测定试验变压器输出端的电压信号；
所述变压器正极输出端与所述电容分压器之间连接有所述保护电阻，所述保护电阻的电阻值为10KΩ，用于阻塞放电电流，同时降低来自电源的噪声干扰；
所述变压器经保护电阻与所述气室连接，提供试验电压，所述气室与所述检测系统连接，所述变压器的正极输出端经所述保护电阻还连接所述耦合电容，和所述检测阻抗，通过耦合电容提供一个低阻抗通道，当两端因PD而引起电压变化时，经耦合电容耦合到检测阻抗上，所述检测阻抗并联有示波器，通过检测所述检测阻抗上的脉冲电压来检测PD信号；
所述检测系统包括PD信号检测系统和SF6/N2混合气体特征分解组分检测系统；
本实施例中，PD信号检测系统通过超大容量宽频高速泰克DPO7254C数字示波器采集PD信号进行储存；
SF6/N2混合气体分解组分检测系统采用岛津QP-2010Ultra气相色谱质谱联用仪(GC/MS)对SF6/N2混合气体特征分解组分进行定量检测。
在本实施例中，所述气室由不锈钢材料制成，具有良好的气密性，所述气室上面有进气口、出气口、采样口、观察窗和压力表等。
如图4所示，本实施例中，所述气隙7缺陷模型，包括高压电极端3和地电极端4，所述高压电极端3和所述地电极端4之间设有环氧树脂部5，所述高压电极端3与所述环氧树脂的上表面之间设有若干环氧树脂垫片，所述环氧树脂垫片为环形结构。
具体的，在环氧树脂上表面边缘对称放置4个圆形环氧树脂垫片，所述环氧树脂垫片直径为10mm、厚度为2mm，所述高压电极端3与所述环氧树脂的上表面之间构成2mm厚度的气隙7；
所述环氧树脂部5直径为80mm、厚度为50mm，构成所述高压电极和所述地电极的不锈钢板直径为120mm、厚度为10mm。
实施例5
本发明的实施例5公开了一种绝缘缺陷诊断方法，基于上述实施例所述的局部放电试验系统，包括如下步骤：
S1：基于上述实施例所述的局部放电试验系统，进行局部放电试验，获取SF6/N2混合气体绝缘介质在不同绝缘缺陷下的局放分解特性；
本实施例中，PD起始电压为25kV，击穿电压为43kV，选取28kV、31kV、34kV、37kV、40kV五个外施电压进行实验；
每个外施电压下进行96个小时的PD分解实验，实验前采集放电气室静置24小时后的SF6/N2混合气体检测其各杂质的含量，实验过程中每隔12小时使用Tedlar PVF采样袋采集一次SF6/N2混合气体放电分解样气，然后用GC/MS对各分解组分进行定量检测；
所述分解特性包括：各特征分解组分含量与时间变化关系，各特征分解组分含量与放电量变化关系，各特征分解组分产气速率与放电量变化关系。
本实施例中，以气室中装配金属突出物绝缘缺陷模型为例进行说明；
包括含硫化合物、含氮化合物和含碳化合物的含量与时间、放电量的变化关系以及含硫化合物、含氮化合物和含碳化合物的产气速率与放电量的变化关系；
其中，含硫化合物以SO2F2为例进行说明，如图5所示，为SO2F2的含量随时间的变化曲线；
随着时间的增长，不同外施电压下的SO2F2的含量都有了明显的增加。但是在外施电压较低时，SO2F2的含量随时间的变化曲线的斜率比较接近，当外施电压提升到37kV以上时，PD强度增强，SO2F2的生成速率与含量均有显著提升，由此可以看出，SO2F2的生成过程与PD强度有着密切的联系。SO2F2是SF6在PD作用下的主要含硫产物之一，因为SF6在放电作用下失去F原子后生成的低氟化硫分子团化学性质非常活泼，还原性很强，所以非常容易和密闭放电气室内的O原子、OH原子团等氧化性强的产物发生反应生成SO2F2等。在放电强度比较低时，分解生成的低氟化硫比较少，所以SO2F2的含量和增长速率都比较小；而PD强度增大时，激发生成更多的电子，促进了大量的低氟化硫生成，从而使得SO2F2的含量和增长速率变大，并且在实验时间内没有明显的饱和趋势。
如图6所示，为SO2F2含量随每秒平均放电量Qsec的变化曲线；
随着放电量的增大，各放电时间下的SO2F2含量都有明显的增加。但是当放电时间超过72小时后，SO2F2含量随每秒平均放电量Qsec的增大而增加的速率开始变慢，有逐渐饱和的趋势。因此SO2F2含量随着每秒平均放电量Qsec的增大呈“线性-饱和”的增长关系。
当放电时间较短，小于72小时的时候，SO2F2含量随着Qsec的增大呈线性增长关系，因为在针-板缺陷下的PD比较稳定，放电频率变化也很小，而且由于放电时间比较短，密闭放电气室内的O2和H2O含量比较充足，所以放电强度就成为了影响SO2F2生成量的主要因素。每秒平均放电量Qsec为视在放电量，与PD中转移的活跃电子数目相对应，活跃电子的碰撞则会直接引起各种离子的分解和各种产物的生成。每秒平均放电量Qsec的增加就表示着活跃电子数目的增多，从而促使SO2F2的生成。因此在放电时间较短时，可以近似地认为SO2F2的含量随每秒平均放电量Qsec呈线性增长关系。
当放电时间较长，超过72小时后，SO2F2的含量随每秒平均发电量Qsec呈饱和增长关系，伴随着放电时间的延长，SF6的分解逐渐充分，生成分解组分的过程中损耗了大量的O2与H2O，O2与H2O对SO2F2生成量具有巨大的影响，尤其是在PD强度较大的情况下，微量的O2与H2O已无法满足大量生成物的需要，基于这种情况，SO2F2含量的增加速率开始变小，呈现逐渐饱和的趋势。
因为产气速率更能直接的反映出故障所消耗能量的大小、故障性质、严重程度及发展过程等，因此，将分解过程中各特征分解组分的产气速率与反映PD强度的每秒平均放电量Qsec进行关联比对分析。选用产气均方速率RRMS来表征PD作用下SF6/N2混合气体特征分解组分的产气特性，其计算公式为：
Figure BDA0003899973300000121
式中，Δt表示两次采样分析的时间间隔，这里取Δt＝1天(24h)，j为天数，ci1为24h第一次测得i组分的含量，ci2为ci1后24h测得的i组分的含量，((ci2-ci1)/Δt)j为第j天i组分的绝对产气速率，RRMS的单位为(μLL-1)/day。
如图7所示，为SO2F2的产气均方速率RRMS随放电量的变化曲线；
随着每秒平均放电量QSEC的增大，SO2F2的产气均方速率RRMS基本呈线性增长，这说明SO2F2的产气均方速率RRMS与每秒平均放电量QSEC有比较好的关联关系，可以在一定程度上反映放电量的大小。当每秒平均放电量QSEC超过10000pC时，SO2F2的产气均方速率RRMS的增加速度有所减慢。每秒平均放电量QSEC为视在放电量，与PD中转移的活跃电子数目相对应，活跃电子的碰撞则会直接引起各种离子的分解和各种产物的生成。每秒平均放电量QSEC的增加就表示着活跃电子数目的增多，从而促使SO2F2的生成。在放电前期，密闭放电气室内的O2和H2O含量比较充足，放电强度是影响SO2F2生成量的主要因素，因此在放电前期时，可以近似地认为SO2F2的含量随每秒平均放电量QSEC呈线性增长关系。但是随着放电时间的增长，SF6会被充分分解，在分解过程中会消耗掉大量的微量的O2与H2O，这两种物质会对SO2F2产量产生巨大的影响，所以SO2F2的产气均方速率RRMS的增加速度有所减慢。
S2：提取特征分解组分，获得表征气体绝缘设备故障类型、故障严重程度的特征组份或特征比值。
由上可知，SF6/N2混合气体在PD下经过分解产生的关键气体组分主要包括：CO2、NO、NO2、NF3、SO2F2、SO2、SOF2、CF4以及SOF4等。在实际实验中，CO2的检测很容易受到空气等杂质的影响，CF4、NF3因为需要C原子与N原子分别结合4个F原子与3个F原子才能生成，含量极少，不适用于作为特征组分用于三角形故障诊断方法。在局部放电故障下，SOF2和SO2F2生成量较高，都为稳定的产物，而SO2主要由SOF2生产，因此考虑将SO2+SOF2作为一个备选特征量，NO不是很稳定，很容易与O2发生反应生成NO2，因此本实施例中，将NO+NO2作为特征量，反应含氮产物的变化规律。
对于以上七个组分特征量，其度量故障种类的能力存在差异，且不同组分特征量之间存在各式各样的相关性，如果同时利用所有的组分特征量进行故障诊断，虽然得到的诊断准确率可能相对较高，但是同时也会因为特征量之间的冗余性而导致诊断效率低且构建的诊断方法不方便用图形直观表示。本实施例，在对表征故障性质的特征信息挖掘过程中，使用相关性度量准则来量化组分特征量和故障类别、各组分特征量之间的关系，采用特征优选的策略，从原始故障特征空间中，选择出最适合同时表达三种故障性质的特征量，为x′(SOF2+SO2)、x′(NO+NO2)、x′(SO2F2)。
S3：建立SF6/N2混合气体分解组分与绝缘缺陷和故障严重程度关联模型，将SF6/N2混合气体在不同缺陷下局部分解的特征量数据输入到模型中，输出诊断结果。
本实施例中，以卷积神经网络为模型框架，设计了两层卷积层和两层池化层，其中，每一层卷积层后跟随激活函数。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种SF6N2混合气体分解试验系统，其特征在于，包括电压供给模块、气室、保护电阻、耦合电容以及检测阻抗；所述电压供给模块包括电源、调压器、变压器以及电容分压器，所述气室内设有绝缘缺陷物理模型，所述绝缘缺陷物理模型包括金属突出物绝缘缺陷模型、污秽缺陷模型和气隙缺陷模型；
所述电源与所述调压器连接，所述调压器连接所述变压器，所述变压器并联连接所述电容分压器，所述变压器正极输出端与所述电容分压器之间设有保护电阻，所述电容分压器并联连接气室的电极接口，所述气室并联连接所述耦合电容和所述检测阻抗，其中所述耦合电容和所述检测阻抗串联。
2.根据权利要求1所述的SF6N2混合气体分解试验系统，其特征在于，所述气室还连接有检测系统，所述检测系统包括PD信号检测系统和SF6/N2混合气体特征分解组分检测系统。
3.根据权利要求1所述的SF6N2混合气体分解试验系统，其特征在于，所述金属突出物绝缘缺陷模型，包括针电极和板电极，所述针电极与板电极之间存在间距，所述针电极与电压正极连通，所述板电极接地。
4.根据权利要求3所述的SF6N2混合气体分解试验系统，其特征在于，所述针电极尖端曲率半径、锥尖角分别是0.3mm与30°，所述板电极直径、厚度分别是100mm与10mm，所述针电极与所述板电极之间的间距为10mm。
5.根据权利要求1所述的SF6N2混合气体分解试验系统，其特征在于，所述污秽缺陷模型，包括高压电极端和地电极端，所述高压电极端与所述地电极端之间通过环氧树脂部连接构成截面为工字型结构，所述环氧树脂部外侧粘附有铜屑，所述铜屑粘附在所述环氧树脂部中间，所述铜屑上下边缘与所述高压电极端和所述地电极端的距离相等。
6.根据权利要求5所述的SF6N2混合气体分解试验系统，其特征在于，所述铜屑为4mm×20mm的矩形结构，所述铜屑在所述环氧树脂部外侧均匀分布，所述高压电极端和所述地电极端均采用结构大小相同的不锈钢板构成，且所述高压电极端和所述地电极端的直径大于所述环氧树脂部的直径。
7.根据权利要求1所述的SF6N2混合气体分解试验系统，其特征在于，所述气隙缺陷模型，包括高压电极端和地电极端，所述高压电极端和所述地电极端之间设有环氧树脂部，所述高压电极端与所述环氧树脂的上表面之间设有若干环氧树脂垫片。
8.根据权利要求7所述的SF6N2混合气体分解试验系统，其特征在于，所述环氧树脂垫片在所述环氧树脂部上表面边缘对称设置，在所述高压电极端与所述环氧树脂的上表面之间构成2mm厚度的气隙。
9.一种绝缘缺陷诊断方法，其特征在于，包括：
S1：基于上述权利要求1-8任一所述的SF6N2混合气体分解试验系统，进行局部放电试验，获取SF6/N2混合气体绝缘介质在不同绝缘缺陷下的局放分解特性；
S2：提取特征分解组分，获得表征气体绝缘设备故障类型、故障严重程度的特征组份或特征比值；
S3：建立SF6/N2混合气体分解组分与绝缘缺陷和故障严重程度关联模型，将SF6/N2混合气体在不同缺陷下局部分解的特征量数据输入到模型中，输出诊断结果。
10.根据权利要求9所述的绝缘缺陷诊断方法，其特征在于，所述分解特性包括：各特征分解组分含量与时间变化关系，各特征分解组分含量与放电量变化关系，各特征分解组分产气速率与放电量变化关系。
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