CN205229396U - 一种混合气体绝缘特性试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混合气体绝缘特性试验装置，包括密封箱，设置于密封箱内中部位置的电极对，以及调节密封箱内温度的温控系统，所述密封箱上设有待测气体的充气口，并且所述密封箱上设有气压表，同时本实用新型还提供了应用上述试验装置的混合气体绝缘特性试验方法。本实用新型用于对混合气体在高低温和高低气压状态下的绝缘性能试验，以方便快捷地获取不同温度区间气体绝缘设备最优混气配比及匹配压力，优化高寒地区GIS气体绝缘设计方案。

Description

一种混合气体绝缘特性试验装置

技术领域

本实用新型涉及输变电设备气体绝缘试验技术领域，特别指一种混合气体绝缘特性试验装置。

背景技术

六氟化硫气体是迄今为止唯一得到工业上应用的绝缘气体，六氟化硫气体绝缘电气设备的运行效果已得到了普遍认可。由于六氟化硫气体是分子量较大的重气体，液化温度较一般普通气体高，在压力较大、温度较低条件下容易液化，在极端气候条件下，六氟化硫气体的工作压强受到了限制，从而影响了其绝缘水平。因此，单一的六氟化硫气体不适用于高寒地区，单一的六氟化硫气体在工作压强下会发生液化现象，使其绝缘性能无法满足要求。短期来看，解决上述问题的办法是在六氟化硫中加入氮气、二氧化碳或空气等普通气体构成二元或多元混合气体。但是，目前国内外关于六氟化硫混合气体的研究主要集中在常温条件下进行，另外，六氟化硫气体具有很高的温室效应指数，也限制了其未来的大量使用，因而需要研究不同温度区间内六氟化硫混合及其替代气体的绝缘性能，获取最优混气配比及匹配压力是当前高寒地区气体绝缘设备可靠运行的必要条件。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种混合气体绝缘特性试验装置，用于对混合气体在高低温和高低气压状态下的绝缘性能试验，以方便快捷地获取不同温度区间气体绝缘设备最优混气配比及匹配压力，优化高寒地区GIS气体绝缘设计方案。

本实用新型还提供一种应用于上述混合气体绝缘特性试验装置的试验方法，以方便快捷地获取不同温度区间气体绝缘设备最优混气配比及匹配压力。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种混合气体绝缘特性试验装置，其特征在于，包括密封箱，设置于密封箱内中部位置的电极对，以及调节密封箱内温度的温控系统，所述密封箱上设有待测气体的充气口，并且所述密封箱上设有气压表。

根据以上方案，所述温控系统包括加热器、制冷器、温度控制器和温度传感器，所述加热器位于密封箱的底部，所述制冷器位于密封箱的顶部，所述温度传感器用于检测密封箱内的温度信号并发送给温度控制器，所述温度控制器根据温度传感器检测的温度信号控制所述加热器和制冷器的工作状态以调节密封箱内的实时温度。

根据以上方案，所述充气口有二个以上。

根据以上方案，所述电极对包括通过机械旋转机构安装于密封箱顶板上的施压电极，以及通过机械旋转机构和高度调节机构安装于密封箱底板上的接地电极；所述施压电极和接地电极均包括棒形、球形及平板形三种形状。

根据以上方案，所述密封箱的侧板上安装有间距测量装置，用于测量所述电极对之间的间距。

本实用新型还提供一种应用于上述混合气体绝缘特性试验装置的试验方法，包括以下步骤：

通过所述充气口向密封箱内充入预定配比的混合气体，使密封箱内气压达到预定压力；

通过温控系统调节所述密封箱内的温度达到预定温度；

给电极对逐渐上升地施加外部电压，直到混合气体被击穿；

记录当前混合气体的配比、密封箱内的温度及对应的击穿电压。

根据以上方案，所述通过温控系统调节所述密封箱内的温度达到预定温度，具体地包括：

通过温度控制器设定预定温度；

通过温度传感器检测密封箱内的当前温度，并发送至温度控制器；

温度控制器将预定温度与当前温度对比，若预定温度大于当前温度，则控制加热器对密封箱内进行加热；若预定温度小于当前温度，则控制制冷器对密封箱内进行制冷；若预定温度等于当前温度，则控制加热器和制冷器均不动作。

根据以上方案，所述通过所述充气口向密封箱内充入预定配比的混合气体，具体地包括：

通过密封箱上的二个以上的充气口同步地向密封箱内充入预定配比的混合气体；

通过所述气压表检测所述密封箱内的实时气压；

持续向密封箱内充入预定配比的混合气体，直到密封箱内的气压达到预定压力。

根据以上方案，所述给电极对逐渐上升地施加外部电压，具体地包括：

通过机械旋转机构在棒形、球形或平板形中选择施压电极和接地电极预定的配对形状；

通过高度调节机构调节所述接地电极的高度，以改变所述电极对之间的间距达到预定间距；

给施压电极施加逐渐上升的外部电压。

根据以上方案，所述通过高度调节机构调节所述接地电极的高度，具体地包括：

通过间距测量装置检测电极对之间的当前间距；

通过高度调节机构调节所述接地电极的高度；

使电极对之间的当前间距等于预定间距。

本实用新型的试验装置，在一个密封箱内进行混合气体绝缘特性试验，通过温控系统调节密封箱内的温度，用于模拟极端温度状态，通过对密封箱内充入预定配比的混合气体，结合气压表来和充气量来改变密封箱内的气压，用于模拟实际气压状态，在此试验装置的基础上提出了混合气体在宽温条件下绝缘性能的试验方法，可满足单一、二元或多元气体介质在不同温度、压力、不同电场条件和不同电压类型下的多维变量试验需求，获取混合气体的绝缘性能参数准确有效方便快捷，用于高寒地区GIS气体绝缘参数设计。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1、密封箱；11、施压电极；12、接地电极；2、充气口；3、气压表；4、加热器；5、制冷器；6、间距测量装置；7、机械旋转机构；8、高度调节机构。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型的技术方案进行说明。

如图1所示，本实用新型所述的一种混合气体绝缘特性试验装置，包括密封箱1，设置于密封箱1内中部位置的电极对，以及调节密封箱1内温度的温控系统，所述密封箱1上设有待测气体的充气口2，并且所述密封箱1上设有气压表3。

具体地，所述温控系统包括加热器4、制冷器5、温度控制器和温度传感器，所述加热器4位于密封箱1的底部，所述制冷器5位于密封箱1的顶部，所述温度传感器用于检测密封箱1内的温度信号并发送给温度控制器，所述温度控制器根据温度传感器检测的温度信号控制所述加热器4和制冷器5的工作状态以调节密封箱1内的实时温度。

优选地，所述充气口2有二个以上。

具体地，所述电极对包括通过机械旋转机构7安装于密封箱1顶板上的施压电极11，以及通过机械旋转机构7和高度调节机构8安装于密封箱1底板上的接地电极12；所述施压电极11和接地电极12均包括棒形、球形及平板形三种形状。

优选地，所述密封箱1的侧板上安装有间距测量装置6，用于测量所述电极对之间的间距。

本实用新型还提供一种应用于上述混合气体绝缘特性试验装置的试验方法，包括以下步骤：

通过所述充气口2向密封箱1内充入预定配比的混合气体，使密封箱1内气压达到预定压力；

通过温控系统调节所述密封箱1内的温度达到预定温度；

给电极对逐渐上升地施加外部电压，直到混合气体被击穿；

记录当前混合气体的配比、密封箱1内的温度及对应的击穿电压。

根据以上方案，所述通过温控系统调节所述密封箱1内的温度达到预定温度，具体地包括：

通过温度控制器设定预定温度；

通过温度传感器检测密封箱1内的当前温度，并发送至温度控制器；

温度控制器将预定温度与当前温度对比，若预定温度大于当前温度，则控制加热器4对密封箱1内进行加热；若预定温度小于当前温度，则控制制冷器5对密封箱1内进行制冷；若预定温度等于当前温度，则控制加热器4和制冷器5均不动作。

根据以上方案，所述通过所述充气口2向密封箱1内充入预定配比的混合气体，具体地包括：

通过密封箱1上的二个以上的充气口2同步地向密封箱1内充入预定配比的混合气体；

通过所述气压表3检测所述密封箱1内的实时气压；

持续向密封箱1内充入预定配比的混合气体，直到密封箱1内的气压达到预定压力。

根据以上方案，所述给电极对逐渐上升地施加外部电压，具体地包括：

通过机械旋转机构7在棒形、球形或平板形中选择施压电极11和接地电极12预定的配对形状；

通过高度调节机构8调节所述接地电极12的高度，以改变所述电极对之间的间距达到预定间距；

给施压电极11施加逐渐上升的外部电压。

根据以上方案，所述通过高度调节机构8调节所述接地电极12的高度，具体地包括：

通过间距测量装置6检测电极对之间的当前间距；

通过高度调节机构8调节所述接地电极12的高度；

使电极对之间的当前间距等于预定间距。

本实用新型的试验装置，在一个密封箱1内进行混合气体绝缘特性试验，通过温控系统调节密封箱1内的温度，用于模拟极端温度状态，通过对密封箱1内充入预定配比的混合气体，结合气压表3来和充气量来改变密封箱1内的气压，用于模拟实际气压状态，在此试验装置的基础上提出了混合气体在宽温条件下绝缘性能的试验方法，可满足单一、二元或多元气体介质在不同温度、压力、不同电场条件和不同电压类型下的多维变量试验需求，获取混合气体的绝缘性能参数准确有效方便快捷，用于高寒地区GIS气体绝缘参数设计。

下面结合具体实施例对本实用新型的试验装置进行说明。

如图1所示，试验装置主体包括密封箱1，在密封箱1上开设有二个充气口2，通过充气口2可以将预先配制好的混合气体充入到密封箱1内，同时在密封箱1上装有气压表3，可以随时监测密封箱1内的气压，使密封箱1内的气压达到试验要求的压力后可以停止充气。密封箱1内的充气压力在0～0.7MPa，密封箱1要求承受气压强度为1.5MPa，同时具备防爆孔，密封箱1主体结构由铝合金材料制作，内表面设置绝缘材料覆盖，双层真空保温设计和气体密封处理，使腔体内气体温度和密闭性稳定。

密封箱1的顶板安装施压电极11，施压电极11通过高压套管与外接高压试验电源相连接，密封箱1的底板上安装接地电极12，施压电极11与接地电极12组成电极对，对混合气体施加电压进行击穿试验。施压电极11包括棒形、球形及平板形三种形状不同的电极，通过机械旋转机械安装于密封箱1的顶板上，通过操作机械旋转机构7可以任意选择一个形状的电极来充当施压电极11；接地电极12同样包括棒形、球形及平板形三种形状不同的电极，通过机械旋转机构7和高度调节机构8安装于密封箱1的底板上，通过操作机械旋转机构7可以任意选择一个形状的电极来充当接地电极12，与施压电极11组成匹配的电极对。机械旋转机构7可以采用转盘或是环形骨架与精密万向节等常见的既可旋转又可定位于某一角度的机械结构，三种不种形状的电极安装于类似于转盘的结构上，使电极可以360度旋转换位，即可实现电极形状的变换，同时相邻的电极不会影响试验电极边缘的电场分布，此为常规技术，在此不做描述。三种形状的电极中，棒形电极尖端曲率半径为2.5mm，球形电极直径为50mm，平板形电极直径100mm，不产生边缘效应，电极表面粗糙度为3.2，电极采用导电性能良好的黄铜为材料制作金属电极，通过三种不同形状的电极进行组合，模拟极不均匀电场、稍均匀电场和均匀电场三种情况，根据电场不均匀度要求，可调整电极间隙距离达到指标。同时，在密封箱1上开设有安装手孔，可以让操作者将手从安装手孔内伸入到密封箱1内，对机械旋转机构7进行操作，以安装好预定配对形状的电极对。高度调节机构8可以采用电机驱动的螺纹配合结构等常规方案，来实现接地电极12的高度调节，以实现电极对的间距改变，间距可调范围为0-50mm。进一步地，密封箱1上还安装有间距测量装置6，用于测量电极对之间的当前间距，以便于操作者对电极对的间距进行精准调节，间距测量装置6可以是激光测距仪器等现有装置，比如在密封箱1上对立的两侧安装两对激光测距仪，同时位于电极对的中间，用心测量电极对的间距。优选地，在密封箱1上还设有观察窗，以方便操作者对电极对的形状或是间距进行调节。

密封箱1内的温控系统，具体地包括温度控制器、温度传感器、加热器4和制冷器5，加热器4安装于密封箱1的底部用于加热提升密封箱1内的温度，制冷器5安装于密封箱1的顶部用于制冷降低密封箱1内的温度，温度传感器用于检测密封内的当前温度，温度控制器可以根据设定温度和温度传感器检测到的当前温度信息来控制加热器4和制冷器5的工作情况，对密封箱1内的温度进行精准调控。对于制冷器5，具体地包括设于密封箱1内的制冷蒸发器，以及设于密封箱1内的配套制冷制备。温控系统可以连续调节密封箱1内的温度在-60℃～120℃内变化，并可保证温控精度为±1℃，1小时内试验环境可由常温到达试验要求温度。

此外，试验装置还可以包括配套的混气配比系统和气体回收系统，分别用于按预定要求对试验气体进行配比混合，并对试验后的气体进行回收处理。

试验装置的各组件要求在工频电压220kV，雷电冲击电压300kV工作正常、绝缘良好，并保证外施工频电压220kV下试验系统除调控电极组外不发生放电。

在进行试验的时候，首先进行电极对的配比，按测试要求将电极对的形状选择好，通过机械旋转机构7将选择的预定形状的施压电极11和接地电极12旋转到试验位置，以组成匹配的电极对；然后通过高度调节机构8和间距测量装置6相配合，将电极对之间的间距调整到预定试验要求。使混气配比系统通过充气口2向密封箱1内充气，随时关注气压表3以了解密封箱1内的气压。操作温控系统调节密封箱1内气体温度，达到所需温度后使温控系统保持温度平衡，同时按预定压力停止充气。最后对施压电极11接通外部高压电源，进行混合气体绝缘特性试验，并记录试验参数。

试验过程采用无晕试验交流电源(50kVA/250kV)提供试验所需工频高电压，标准电容分压器提供工频测量信号，分压比为1000:1，用于工频电压击穿试验及局部放电试验。冲击电压源(±300kV/30kJ)提供试验所需的全波雷电冲击电压和操作冲击电压，采用弱阻尼电容分压器测量冲击电压波形信号，分压比为1500:1，用于冲击电压击穿试验。

通过仿真分析，为比较电极结构尺寸电场的均匀程度，当电极间隙确定为d，引入电场不均匀系数f，其值为电极间最大电场为Emax与平均场强为Eav的比值。当f＝1～1.05为均匀电场，1.05<f<2为稍不均匀电场，f>4属于不均匀电场，通过调节绝缘结构间隙距离调整电场不均匀程度。

试验中以混合气体配比、气体温度、气体压力、电极模型为四变量参数，在混合气体比例、气体压力一定的条件下，通过前述温度、电极间隙和电极可调的试验装置实现试品在-60℃～120℃内连续可控调节，分别在每个温度测点进行混合气体击穿试验。

具体地，混合气体采用六氟化硫和氮气(或四氟化碳)进行混合，比例分别为1:9，2:8，3:7，4:6，5:5(混气配比可按照5％递进增量划分)；混合气体充气压力选取方式，按照0.7MPa，0.6MPa，0.5MPa，0.4MPa，0.3MPa，0.2MPa，0.1MPa；混合气体宽温选取方式，按照-60℃，-50℃，-40℃，-35℃，-30℃，-25℃，-20℃，-15℃，-10℃，-5℃，0℃，10℃，20℃，50℃，80℃，100℃；更换电极系统，调节好电极间隙距离，并将密封箱1密封。在常温下，将六氟化硫混合配比后的气体静置4h，将密封箱1内抽真空后，充入试验用混合气体到密封箱1内，充气压力为0.7MPa，高压套管连接高压电源，接地电极12连接地线，将外部高压及地连接好，确保试验回路连接准确无误后，取下接地线；操作温控系统，调节温度至气体液化临界值，记录该温度为T1，记录压强P1，调节温度T2＝T1+5℃，记录压强P2，按照上述逐步递进的方式调节温度进行试验；在各种配比的混合气体条件下，测量不同气压下的击穿强度，并记录击穿电压值，包括工频击穿和冲击击穿，冲击击穿和工频击穿试验交替进行。

工频电压击穿数值取至少三次击穿电压的平均值，每两次击穿之间间隔一定的时间，以消除上次击穿对本次击穿数值的影响，记录于表1。冲击击穿电压数值由50％升降电压法来得到。对于每个气压点，要获得其冲击击穿电压值，放电次数至少为20次，分散性较大可达40次以上，记录于表2。

通过本实用新型提供的温度和压力可调可控、电场不均匀度按需调控用于混合气体绝缘特性试验的一体化装置，并在此装置的基础上提出了混合气体在宽温条件下绝缘性能的试验方法，可满足单一、二元或多元气体介质在不同温度、压力、不同电场条件和不同电压类型下的多维变量试验需求，用于高寒地区GIS气体绝缘参数设计。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (5)

1.一种混合气体绝缘特性试验装置，其特征在于，包括密封箱，设置于密封箱内中部位置的电极对，以及调节密封箱内温度的温控系统，所述密封箱上设有待测气体的充气口，并且所述密封箱上设有气压表。

2.根据权利要求1所述的混合气体绝缘特性试验装置，其特征在于，所述温控系统包括加热器、制冷器、温度控制器和温度传感器，所述加热器位于密封箱的底部，所述制冷器位于密封箱的顶部，所述温度传感器用于检测密封箱内的温度信号并发送给温度控制器，所述温度控制器根据温度传感器检测的温度信号控制所述加热器和制冷器的工作状态以调节密封箱内的实时温度。

3.根据权利要求1所述的混合气体绝缘特性试验装置，其特征在于，所述充气口有二个以上。

4.根据权利要求1所述的混合气体绝缘特性试验装置，其特征在于，所述电极对包括通过机械旋转机构安装于密封箱顶板上的施压电极，以及通过机械旋转机构和高度调节机构安装于密封箱底板上的接地电极；所述施压电极和接地电极均包括棒形、球形及平板形三种形状。

5.根据权利要求4所述的混合气体绝缘特性试验装置，其特征在于，所述密封箱的侧板上安装有间距测量装置，用于测量所述电极对之间的间距。