CN209327506U - 一种六氟化硫故障试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种六氟化硫故障试验装置，它包括：放电试验器、变压器和主控制器；放电试验器与所述主控器连接，所述放电试验器用于模拟六氟化硫电气设备中裸金属放电故障和绝缘介质沿面放电故障；变压器与所述主控器连接，所述变压器用于模拟过热性故障和变压器的铁芯短路及匝间短路故障；所述主控器预设有存储模块，所述存储模块用于存储故障类型。本实用新型能够模拟六氟化硫电气设备中裸金属放电故障和绝缘介质沿面放电故障，还可以模拟过热性故障和变压器的铁芯短路及匝间短路故障。
Description
技术领域
本实用新型涉及六氟化硫技术领域，特别是一种六氟化硫故障试验装置。
背景技术
六氟化硫(SF6)具有优异的电气绝缘和灭弧性能，被认为是迄今最理想的气体绝缘、灭弧介质。SF6气体的独特性质使得采用它作为绝缘灭弧介质的电气设备具有绝缘强度高、灭弧能力强、开断容量大、防火防爆、体积小、占地面积小、重量轻、噪音小等诸多优点。至今，仍没有成熟的替代物质可以在技术经济性能等方面优于SF6 气体。随着当今电力工业的快速发展，六氟化硫电气设备已得到越来越广泛的应用，其各级设备特别是高电压和超高电压等级设备的应用类型也越来越多，包括全封闭组合电器(GIS)、断路器(GCB)、变压器，电流互感器(GICT)、电压互感器(GIPT)、电力电缆(GIC)等，为电力系统的安全经济运行起到了良好的作用。
但是，在大功率电弧、火花放电和电晕放电作用下，SF6气体将不同程度地产生各种分解产物，SF6被分解成高活性的硫一氟化合物，其中，大多数分解产物(如SF4、 SF2、S2F2和F2等)将会与其他物质或电气设备中的杂质发生化学反应，形成更稳定的二次分解产物(如HF、SOF2、SO2F2、SO2和COS)，SF6气体分解产物中的酸性物质特别是HF会与水分或金属氧化物继续反应，不仅会使SF6气体的绝缘性能继续下降，还会严重腐蚀电气设备的内壁，导致更严重的设备事故。另外，SF6气体本身是无毒的，但其某些分解产物属于剧毒物质，会造成检修人员窒息事件。
为了及早发现电气设备故障的发生并保证工作人员的生命健康，需要对六氟化硫电气设备进行故障监测。现在的六氟化硫电气设备故障监测装置的体积大，对六氟化硫电气设备故障的监测不够便捷。
实用新型内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的就是提供一种六氟化硫故障试验装置，能够模拟六氟化硫电气设备中裸金属放电故障和绝缘介质沿面放电故障，还可以模拟过热性故障和变压器的铁芯短路及匝间短路故障。
本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，一种六氟化硫故障试验装置，它包括有：放电试验器、变压器和主控制器；
放电试验器与所述主控制器连接，所述放电试验器用于模拟六氟化硫电气设备中裸金属放电故障和绝缘介质沿面放电故障；
变压器与所述主控制器连接，所述变压器用于模拟过热性故障和变压器的铁芯短路及匝间短路故障；
所述主控制器预设有存储模块，所述存储模块用于存储故障类型。
进一步，所述放电试验器包括有箱体和支架；所述箱体位于支架上方，且箱体与支架固接；
所述箱体上还设置有进气管和排气管，所述进气管和排气管上均设置有阀门；
进气管上还设置有真空压力表。
进一步，所述箱体为不锈钢箱体；所述支架与箱体的下端焊接。
进一步，所述主控制器为STM32系列单片机或MCS-51系列单片机。
进一步，所述存储模块为AT24C02存储芯片或CAT24C02存储芯片。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：本实用新型能够模拟六氟化硫电气设备中裸金属放电故障和绝缘介质沿面放电故障，还可以模拟过热性故障和变压器的铁芯短路及匝间短路故障。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。
附图说明
本实用新型的附图说明如下：
图1为六氟化硫故障试验装置的连接示意图。
图2为六氟化硫放电试验器的结构示意图。
图3为六氟化硫变压器的加压试验接线图。
图4为变压器尖端放电及匝间短路电路连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例，如图1和图2所示；一种六氟化硫故障试验装置，它包括有：放电试验器、变压器和主控制器；
放电试验器与主控制器连接，放电试验器用于模拟六氟化硫电气设备中裸金属放电故障和绝缘介质沿面放电故障；
变压器与主控制器连接，变压器用于模拟过热性故障和变压器的铁芯短路及匝间短路故障；
主控制器预设有存储模块，存储模块用于存储故障类型。
放电试验器包括有箱体和支架；箱体位于支架上方，且箱体与支架固接；
箱体上还设置有进气管和排气管，进气管和排气管上均设置有阀门；
进气管上还设置有真空压力表。
箱体为不锈钢箱体；支架与箱体的下端焊接。
主控制器为STM32系列单片机或MCS-51系列单片机。
存储模块为AT24C02存储芯片或CAT24C02存储芯片。
六氟化硫放电试验器，六氟化硫放电试验器主要用于模拟六氟化硫电气设备中裸金属放电和绝缘介质沿面放电等放电故障。可承受电压不低于50kV；箱体材质使用不锈钢(1Gr18Ni9Ti)，壁厚4mm；箱体可以承受0.2MPa的气体压力；电极的材质为黄铜(H62)，形式为针板，板直径20cm，间隙在0－20cm之间可调；绝缘材料为聚四氟乙烯；电极两侧设有贯通的观察孔两个，观察孔使用防爆玻璃；箱体上安装有进、排气管各一根，管上安装有阀门，在进气管的阀门与箱体之间安装有真空压力表。
如图3所示，六氟化硫变压器主要用于模拟过热性故障和变压器的铁芯短路及匝间短路故障。六氟化硫变压器高压侧电压等级10kV，低压侧电压等级400V，容量100kVA，采用六氟化硫作为绝缘介质，并加装温度巡检装置监视内部温度变化情况。
故障试验要求，(1)带电试验前，SF6放电试验器己充入合格的SF6气体，并静置超过24小时；(2)在SF6放电试验箱上的带电试验要较长时间施加高压，为确保人员安全，将加压区域用围栏隔离，非试验人员禁止入内，并设专人定时查看现场和记录数据。(3)试验电源：因试验所用六氟化硫模拟放电箱试验电流较小，试验所需380V电源就近从低压配电箱的总空开(125A)引出。
试验参数，试验采用针板电极放电，电极间距分别为2cm、1cm、0.5cm、 0.2cm，放电电压10kV～50kV，放电箱内气压0.14MPa～0.3MPa。
放电故障试验：每次试验前对六氟化硫模拟放电箱进行抽真空处理30分钟，充入新的六氟化硫气体，并采样试验。试验完毕后将六氟化硫模拟放电箱中的气体用六氟化硫气体回收装置回收，不得排入大气。对放电量的测量，放电量的测量可通过局部放电试验仪来进行，通过电容分压器的局放专用接口连接到局放仪，可测量出放电量的大小。
试验过程如下：
(1)第一阶段：放电电压：50kV，六氟化硫模拟放电箱内气压0.4MPa，放电形式：针板放电，针板间距2cm。主要模拟GIS气室内压力，加压8小时后采样试验未发现组分变化。后调整间隙到0.5cm，连续放电8小时后有少量 HF和SOF2产生，随着放电时间的延长，HF、SOF2、CO2、可水解氟化物的含量都随着放电时间的增加而增加。放电箱第一阶段测试数据如表1所示。
表1放电箱第一阶段测试数据
第二阶段：放电电压：35kV，六氟化硫模拟放电箱内气压0.14MPa，放电形式：针板放电，针板间距1cm。这一阶段是将六氟化硫模拟放电箱内气压降到接近变压器额定气压，模拟变压器状况。在放电24小时取样发现有较多的 HF和SOF2产生，随着放电时间的延长，HF、SOF2、CO2、可水解氟化物的含量都随着放电时间的增加而增加。放电箱第二阶段测试数据如表2所示。
表2放电箱第二阶段测试数据
第三阶段：放电电压：14kV，六氟化硫模拟放电箱内气压0.14MPa，放电形式：针板放电，针板间距1cm。该阶段试验是在间距和气压都不变的情况下，通过降低放电电压，降低放电能量。在该条件下发现除了HF随着放电时间的增加而增长外，没有产生其他杂质，说明电极间距可能偏大。放电箱第三阶段测试数据如表3所示。
表3放电箱第三阶段测试数据
第四阶段：放电电压：14kV，六氟化硫模拟放电箱内气压0.14MPa，放电形式：针板放电，针板间距0.5cm。为适当增加放电能量，将电极间距离降到 0.5cm，电压和气压都按变压器的条件设置。试验发现同样除了HF的含量有所增加，没有产生其他杂质，说明间电极距仍然偏大。放电箱第四阶段测试数据如表4所示。
表4放电箱第四阶段测试数据
第五阶段：放电电压：10kV，六氟化硫模拟放电箱内气压0.14MPa，放电形式：针板放电，针板间距0.2cm。在上一阶段的基础上，再次将电极之间的距离缩小到0.2cm。从试验中发现HF的含量依然在增加，而在放电48小时后有少量SOF2产生，另外可水解氟化物也呈增长趋势，说明在该条件下气体已经发生了部分分解，随着放电时间增加，在134小时检测到了SO2F2，说明在放电量较低的情况下，会产生SO2F2。放电箱第五阶段测试数据如表5所示。
表5放电箱第五阶段测试数据
第六阶段：为了模拟SF6气体变压器中常用的固体绝缘介质(如聚对苯二甲酸乙二醇酯，简称PET薄膜)在放电时的产物，在SF6放电试验器的针板之间放置一定厚度和面积的聚脂薄膜，从零开始缓慢施加电压，直至聚脂薄膜沿面放电，通过局放仪监测放电情况，记录起始放电电压和视在放电量，并采集定量的故障气体进行分析。薄膜厚度为0.1mm，面积38cm2，气压0.14MPa，升压至10kV时出现稳定的明显的局放，升至13kV时出现了沿面闪络、击穿。静置片刻后重新升压，升压至6kVs时再次击穿。HF含量逐步增加，第三次击穿后有SOF2产生，同时CF4。放电箱第六阶段测试数据如表6所示。
表6放电箱第六阶段测试数据
第七阶段：薄膜厚度为0.3mm，面积38cm2，气压0.14Mpa，试验目的为了模拟持续沿面放电情况。升压至17.5kV时有强烈而稳定的局放，大小在30～ 200pc(×1000)，可在尖电极处看到细微电火花，可听到轻微放电声。持续放电1.5小时后将薄膜击穿。放电箱第七阶段测试数据如表7所示。
表7放电箱第七阶段测试数据
放电故障数据分析：
(1)不论是高能量放电还是低能量放电，HF是六氟化硫气体在放电条件下最先产生的分解产物，并且其含量随放电能量或放电时间的增加而增加。但是由于检测管的最大检测限较小，超过检测限后就无法判别其增长量的大小。
(2)可水解氟化物的增长趋势同HF的增长趋势基本相同，可以在一定程度反应出六氟化硫气体中氟化物的分解总量。
(3)放电会产生SOF2和SO2F2，就试验结果和有关故障的相关情况判定，电弧性故障和放电能量较高的故障会形成大量的SOF2，在较低能量放电中形成 SO2F2的可能性高于高能量放电。
(4)模拟放电试验整个过程中没有发现SO2的生成。
模拟过热性故障，包括有加热元件模拟过热性故障和变压器故障模拟试验。
其中，模拟过热性故障采用加热元件模拟故障过热点，采用调压器控制过热点温度，采用铂电阻测量过热点温度。整个试验从100℃开始，逐渐增加过热点温度直至过热点温度升至650℃，由于加热元件的原因试验分为两个阶段进行，第一个阶段采用陶瓷加热元件，升温至350℃后由于加热元件构造原因，无法进一步提高过热点温度，在第二阶段采用特制的金属加热棒模拟过热点400-650℃的故障。整个过热性故障模拟采用六氟化硫变压器作为模拟装置，压力控制在 0.14Mpa。
第一阶段：采用陶瓷加热元件模拟过热性故障，试验数据如下表8所列，从表8中可以看到在烙铁芯温度达到250℃后有HF产生，而量较小，当达到350℃时HF的量已经很大，超过了检测管的检测限，同时CO2、CO的量也有所增加，说明气体已经发生了少量分解。陶瓷加热元件模拟故障测试数据如下表8所示。
表8陶瓷加热元件模拟故障测试数据
第二阶段：热棒加热，通过试验发现陶瓷加热元件其温度最高只能达到400℃左右的温度，在该温度下只有少量的杂质产生，无法使六氟化硫气体产生进一步的分解，因此项目组定制了一种金属加热棒，该加热棒能够产生更高的温度，试验数据如下表所列，加热棒温度从400℃～650℃，从表9中可以看到HF 的量随温度升高而增加，当达到550℃时有少量的SOF2产生，而在600℃下连续加热72小时后有大量SO2F2和SO2产生，而且其量远远超过SOF2。另外 CO2的量也随温度升高有所增加。金属加热棒加热测试数据如表9所示。
表9金属加热棒加热测试数据
第三阶段：加热棒加热，通过第二阶段试验发现加热棒在600℃时产生了 SO2F2和SO2，但由于加热棒是在该温度下连续加热72小时后取样测试，因此决定在600℃不变的情况下，在不同的时间测试气体变化情况。试验数据如下表 10所列，2小时后就有HF和少量的SOF2产生。HF、SOF2、SO2、可水解氟化物的含量都是随加热时间的增加而增加。金属加热棒加热600℃时测试数据如表 10所示。
表10加热棒加热600℃时测试数据
变压器故障模拟试验如下：
第一阶段：部分铁芯短路，试验采用铜片将变压器的铁芯部分短路，然后加 10KV的电压，通过铂电阻温度计监控变压器内部温度，变压器内部气体压力 0.14MPa。分解产物除了很少的HF外没有发现其他杂质。部分铁芯短路测试数据如表11所示。
表11部分铁芯短路测试数据
第二阶段：整个铁芯短路，第二阶段将变压器的整个铁芯用铜片短路，然后加10KV的电压，变压器内部气体压力0.14MPa。试验数据如下表所列，变压器连续带电162小时，分解产物中除了很少的HF产生外没也有发现其他杂质。整个铁芯短路测试数据如表12所示。
表12整个铁芯短路测试数据
变压器过热模拟数据分析
(1)不论是铁芯短路过热、陶瓷加热元件加热还是加热棒加热，HF都是过热最先产生的分解产物。
(2)只有当温度达到500℃以上时才会有SOF2产生，到600℃后才会有 SO2和SO2F2产生，从我们在600℃的试验来看这三种分解产物产生的先后顺序应该是SOF2、SO2、SO2F2。
(3)同放电性试验一样，可水解氟化物的增长趋势同HF的增长趋势基本相同，可以一定程度反应出六氟化硫气体中氟化物的分解总量。
(4)在放电性试验中始终没有检测到SO2，而过热性试验中当温度达到 600℃以上后产生了大量的SO2。说明SO2应该是高温下的特征产物。
变压器尖端放电和匝间短路试验如下：
在模拟故障完成后，进一步在SF6气体绝缘试验变压器中开展尖端放电、匝间短路等设备故障下的试验研究。
如图4所示，变压器尖端放电和匝间短路试验方法：采取零起升压方式，从 SF6气体绝缘变压器的低压侧加压，高压侧悬空；用钳表在SF6变压器低压侧三相监测电流，用分压器在SF6变压器高压侧监测施加电压；SF6气体绝缘变压器高、低侧中性点悬空；用局放仪监测放电情况。
本次试验所用SF6气体绝缘试验变压器主要铭牌参数如下表13。
表13SF6气体绝缘变压器主要铭牌参数
(1)尖端放电：在高压引线的绝缘漆皮上固定若干根曲率半径较小(具体尺寸可参考SF6放电试验箱中的尖电极尺寸：R＝1mm)的铜丝，使其尖端离某接地点(如铁芯、外壳或接地螺栓等接地点)的距离小于其在10kV下的放电距离，通过调压器增加电压，通过局放仪的监控，直至发生强烈的尖端放电并定时取气进行放电产物分析。变压器尖端放电数据如表14所示。
表14变压器尖端放电数据
(2)匝间短路：在高压绕组表层相邻匝间的绝缘纸上制造磨损并使其在施加一定电压下会发生匝间放电(短路匝数的多少可视故障气体中放电产物的数量来定)，通过调压器控制施加电压直至发生较强烈的局放，同时密切监控电压表和电流表读数。变压器匝间短路数据如表15所示。
表15变压器匝间短路数据
试验数据分析：从尖端放电和匝间短路试验数据来看，HF的量随带电时间的增加而增加，在放电能力达到一定程度后有SOF2出现，由于试验条件所限，所模拟的故障能量均较低，未能模拟较高能量的故障。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种六氟化硫故障试验装置，其特征在于，所述装置包括有：放电试验器、变压器和主控制器；
放电试验器与所述主控制器连接，所述放电试验器用于模拟六氟化硫电气设备中裸金属放电故障和绝缘介质沿面放电故障；
变压器与所述主控制器连接，所述变压器用于模拟过热性故障和变压器的铁芯短路及匝间短路故障；
所述主控制器预设有存储模块，所述存储模块用于存储故障类型。
2.如权利要求1所述的六氟化硫故障试验装置，其特征在于，所述放电试验器包括有箱体和支架；所述箱体位于支架上方，且箱体与支架固接；
所述箱体上还设置有进气管和排气管，所述进气管和排气管上均设置有阀门；
进气管上还设置有真空压力表。
3.如权利要求2所述的六氟化硫故障试验装置，其特征在于，所述箱体为不锈钢箱体；所述支架与箱体的下端焊接。
4.如权利要求1所述的六氟化硫故障试验装置，其特征在于，所述主控制器为STM32系列单片机或MCS-51系列单片机。
5.如权利要求1所述的六氟化硫故障试验装置，其特征在于，所述存储模块为AT24C02存储芯片或CAT24C02存储芯片。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111983409A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-24 | 广州机械科学研究院有限公司 | 一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法 |
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