CN210863936U - Gis绝缘劣化检测装置及gis绝缘劣化诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种GIS绝缘劣化检测装置及GIS绝缘劣化诊断系统，该GIS绝缘劣化检测装置包括电压调节模块、放电气室、采样模块、示波器和质谱仪；电压调节模块的输入端用于输入交流电，电压调节模块的输出端输出可调电压；放电气室内设置有放电电极，放电电极与电压调节模块的输出端电连接；采样模块的输入端与放电电极电连接，采样模块的输出端接地；示波器与采样模块电连接，示波器用于监测放电气室的放电量；放电气室壁上设置有采样孔，质谱仪通过采样孔检测放电气室中气体组分。本实用新型实施例能够准确识别GIS设备内部缺陷类型以及绝缘劣化的严重程度，便于将采集的数据形成诊断决策树。

Description

GIS绝缘劣化检测装置及GIS绝缘劣化诊断系统

技术领域

本实用新型实施例涉及GIS缺陷检测领域，尤其涉及一种GIS绝缘劣化检测装置及GIS绝缘劣化诊断系统。

背景技术

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)是输变电系统中的关键设备，一旦发生故障，将威胁电力系统的安全运行。GIS在运行电压、热、力等作用下的内绝缘时效老化和在生产、运输、调试装配、运行和检修过程产生或留下的各种潜伏性缺陷，会逐渐扩展致使内绝缘的电气强度下降而导致故障，因而GIS设备的内绝缘状态对GIS运维至关重要。

当SF₆气体绝缘设备存在内部绝缘缺陷时，会伴以不同形式和强度的局部放电，现有技术利用SF₆分解组分的相关特性来表征GIS不同绝缘缺陷的能力。

但是，现有技术不能准确识别GIS设备内部缺陷类型以及绝缘劣化的严重程度，缺陷有效识别率低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种GIS绝缘劣化检测装置及GIS绝缘劣化诊断系统，以实现GIS多缺陷检测，提高缺陷有效识别率，对GIS设备内出现的绝缘缺陷进行监测，从而达到对GIS设备进行故障诊断和状态评价的目的。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种GIS绝缘劣化检测装置，包括：电压调节模块、放电气室、采样模块、示波器和质谱仪；

所述电压调节模块的输入端用于输入交流电，所述电压调节模块的输出端输出可调电压；

所述放电气室内设置有放电电极，所述放电电极与所述电压调节模块的输出端电连接；

所述采样模块的输入端与所述放电电极电连接，所述采样模块的输出端接地；

所述示波器与所述采样模块电连接，所述示波器用于监测所述放电气室的放电量；

所述放电气室壁上设置有采样孔，所述质谱仪通过所述采样孔检测所述放电气室中气体组分。

可选的，所述放电电极包括第一电极和第二电极；

所述第一电极为高压电极，所述第一电极与所述电压调节模块的输出端电连接；所述第二电极为接地电极。

可选的，所述放电电极包括针-板电极、同心球-碗电极或板-板电极中的至少一种。

可选的，所述电压调节模块包括调压器、第一电阻、第二电阻和分压电路；

所述调压器的输入端用于接入交流电压，所述调压器的第一输出端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第一电极的电压接收端电连接；

所述分压电路的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述分压电路的第二端和所述调压器的第二输出端接地。

可选的，所述分压电路包括第一电容和第二电容；

所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第一电容的第二端通过所述第二电容接地。

可选的，所述采样模块包括第三电容和第三电阻；

所述第三电容的第一端与所述第一电极的电压接收端电连接，所述第三电容的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端接地；

所述示波器与所述第三电阻并联。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种GIS绝缘劣化诊断系统，包括GIS绝缘劣化检测装置，还包括物理缺陷检测模块、温度控制器和温度传感器，限幅装置串接于所述物理缺陷检测模块的供电回路中；

所述温度控制器的输入端与所述限幅装置电连接，所述温度控制器的输出端与所述温度传感器电连接，所述温度传感器设置于所述物理缺陷检测模块上。

可选的，该GIS绝缘劣化诊断系统还包括过热密闭气室、温度计和质谱仪；

所述物理缺陷检测模块设置于所述过热密闭气室内，所述物理缺陷检测模块与所述电压调节模块电连接；

所述过热密闭气室壁上设置有采样口和检测口，所述质谱仪通过所述采样口检测所述过热密闭气室中气体组分，所述温度计通过所述检测口采集所述过热密闭气室内的温度。

可选的，该GIS绝缘劣化诊断系统还包括限幅装置、温度控制器和温度传感器；

所述限幅装置串接于所述物理缺陷检测模块的供电回路中；

所述温度控制器的输入端通过所述限幅装置与所述电压调节模块的输出端电连接，所述温度控制器的输出端与所述温度传感器的输入端电连接，所述温度传感器的输出端与所述温度计电连接。

可选的，所述物理缺陷检测模块包括电源线、铁心、热电偶和电热丝；

所述铁心用于模拟GIS设备发生过热故障时故障处的材质，所述电热丝通过所述电源线与所述电压调节模块电连接，所述热电偶与所述电热丝电连接，所述热电偶用于测量所述电热丝的温度。

可选的，所述物理缺陷检测模块还包括信号引线；

所述信号引线的第一端与所述热电偶电连接，所述信号引线的第二端与所述温度传感器的输入端电连接。

可选的，所述过热密闭气室壁上设置有电源线通孔，所述物理缺陷检测模块通过套管与所述电压调节模块的输出端电连接，所述套管贯穿所述电源线通孔。

可选的，所述限幅装置包括第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管和所述第二二极管反并联连接。

本实用新型实施例提供的技术方案，通过电压调节模块为放电气室提供电压，通过采样模块和质谱仪采集并确定放电气室内SF₆气体分解产物，能够准确识别GIS设备内部缺陷类型以及绝缘劣化的严重程度，便于将采集的数据形成诊断决策树。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种GIS绝缘劣化检测装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的另一种GIS绝缘劣化检测装置结构示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的一种GIS绝缘劣化诊断系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的另一种GIS绝缘劣化诊断系统的结构示意图。

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的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种GIS绝缘劣化检测装置结构示意图，参考图1，本实用新型实施例提供的GIS绝缘劣化检测装置包括电压调节模块10、放电气室20、采样模块30、示波器40和质谱仪50。

电压调节模块10的输入端A1用于输入交流电，电压调节模块10的输出端A2输出可调电压；

放电气室20内设置有放电电极，放电电极与电压调节模块10的输出端A2电连接；

采样模块30的输入端B1与放电电极电连接，采样模块30的输出端B2接地；

示波器40与采样模块30电连接，示波器40用于监测放电气室20的放电量；

放电气室20壁上设置有采样孔210，质谱仪50通过采样孔210检测放电气室50中气体组分。

具体的，局部放电为只在GIS设备局部区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间的放电现象，局部放电为GIS设备常见的一种缺陷。局部放电使GIS设备中的SF6气体发生分解，本实用新型实施例采用放电电极模拟GIS设备局部放电。电压调节模块10将交流电压转换为放电电极所需的试验电压，电压模块10输出的试验电压可调。例如，电压调节模块10可以是可调变压器，通过电压调节模块10调节施加在放电电极上的试验电压以改变放电电极的放电强度，每一放电强度对应一放电量，通过采样模块30采集放电电极产生的电压脉冲信号，示波器接收电压脉冲信号，实现对放电气室20内放电量的实时监测，通过质谱仪50可以检测SF₆气体分解组分，以得到不同试验电压下SF₆气体分解组分，从而实现对GIS设备进行故障诊断和状态评价，其中，质谱仪50可以为气相色谱质谱仪。

可选的，继续参考图1，放电电极包括第一电极220和第二电极230。

第一电极220为高压电极，第一电极220与电压调节模块10的输出端A2电连接；第二电极230为接地电极。

具体的，第一电极220为高压放电电极，用于产生电场，第一电极220可以根据电压调节模块10输出的电压产生不同强度的电场，以获得不同的局部放电强度下SF₆气体分解组分；第二电极230为接地电极，用于与第一电极220构成放电回路。

可选的，放电电极包括针-板电极、同心球-碗电极或板-板电极中的至少一种。

示例性的，第一电极220可以为针电极，第二电极230可以为板电极，针-板电极可以用来模拟GIS设备的金属突出物绝缘缺陷。其中，金属突出物绝缘缺陷指的是电极上存在并可使局部电场发生畸变的异常凸起金属物，金属突出物缺陷通常是由于加工工艺、装配损伤、检修遗留及运行摩擦等原因造成。由于突出物端部的曲率半径小，导致电场畸变，形成局部强电场区域，使SF₆气体分解，造成GIS设备绝缘强度降低，对设备运行安全构成严重威胁。例如，第一电极220的电极锥尖角为30°，曲率半径为0.3mm，第一电极可选用铝质或铜质材料，用于模拟高压导体上的突起点；第二电极230可选用铝质、铜质或不锈钢等材料的板电极，用于模拟GIS设备的金属腔体外壳。

示例性的，第一电极220可以为同心球电极，第二电极230可以为碗电极，同心球-碗电极用来模拟GIS设备的自由导电微粒缺陷，自由导电微粒是指在电极之间存在可在电场作用下自由跳动的金属微粒或碎屑。例如，第一电极220可以采用不锈钢材质的同心球电极，第二电极230可以采用由不锈钢空心球体切割而成的碗电极；可以用铜质或铝质的微粒模拟自由导电微粒。碗电极可以限制自由导电微粒的跳动范围，防止微粒跳出电极而改变放电状态，使局部放电能够持续稳定进行。

示例性的，第一电极220可以为板电极，第二电极230也可以为板电极，用来模拟GIS设备绝缘子表面污秽缺陷，绝缘子表面污秽缺陷是指在固体绝缘表面附着的脏污，会吸附一定数量的金属微粒，这些金属微粒在电场力的作用下会不断聚集，如果聚集到一定程度会严重畸变固体绝缘子表面电场，从而激发局部放电。采用板-板电极在放电气室20内产生不均匀电场，固体绝缘子可以为圆柱形环氧树脂，固体绝缘子与板-板电极连接，用于支撑板-板电极。

可选的，图2为本实用新型实施例一提供的另一种GIS绝缘劣化检测装置结构示意图，参考图2，电压调节模块10包括调压器T1、第一电阻R1、第二电阻R2和分压电路110；

调压器T1的输入端用于接入交流电压，调压器T1的第一输出端与第一电阻R1的第一端电连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端电连接，第二电阻R2的第二端与第一电极220的电压接收端电连接；

分压电路110的第一端与第一电阻R1的第二端电连接，分压电路110的第二端和调压器T1的第二输出端接地。

具体的，调压器T1可以调整输入交流电压，第一电阻R1为保护电阻，用于限制GIS设备在发生击穿或闪络时以及输入交流电压向分压电路110充电产生的过电流对GIS设备造成损坏，第二电阻R2为保护电阻，当GIS设备发生击穿时，用于保护采样模块30。

可选的，分压电路110包括第一电容C1和第二电容C2。第一电容C1的第一端与第一电阻R1的第二端电连接，第一电容C1的第二端通过第二电容C2接地。

具体的，第一电容C1和第二电容C2组成分压电路，将调压器T1输出的交流电压转换为低压交流电，第一电容C1和第二电容C2在进行电压转换的过程中不消耗能量，因此在交流信号电路中，采用电容进行分压。

可选的，继续参考图2，采样模块30包括第三电容C3和第三电阻R3；

第三电容C3的第一端与第一电极的电压接收端电连接，第三电容C3的第二端与第三电阻R3的第一端电连接，第三电阻R3的第二端接地；示波器与第三电阻R3并联。

具体的，第三电容C3为耦合电容，用于将放电气室20内放电电极产生的局部放电脉冲电流耦合到第三电阻R3上，第三电阻R3为无感检测电阻，通过无感检测电阻可以将脉冲电流信号转换成相应的脉冲电压信号，示波器40接收脉冲电压信号，以实现对放电电极局部放电的实时监测，并对局部放电量进行标定。局部放电可以使GIS设备中的SF₆气体发生分解，导致GIS设备的绝缘性能降低。通过电压调节模块10调整不同的施加电压，放电电极根据不同的施加电压产生的不均匀电场强度不同，导致局部放电量不同，从而通过质谱仪50可以检测出放电气室20内SF₆的分解组分。通过整合不同施加电压下SF₆分解组分的数据，能够实现对GIS设备的绝缘缺陷进行诊断评估。

本实用新型实施例提供的技术方案，通过电压调节模块为放电气室提供电压，通过采样模块和质谱仪采集并确定放电气室内SF₆气体分解产物，能够准确识别GIS设备内部缺陷类型以及绝缘劣化的严重程度，便于将采集的数据形成诊断决策树，实现对GIS设备的绝缘缺陷进行诊断评估。

实施例二

图3为本实用新型实施例二提供的一种GIS绝缘劣化诊断系统的结构示意图，参考图3，GIS绝缘劣化诊断系统包括实施例一提供的GIS绝缘劣化检测装置，还包括物理缺陷检测模块60、温度控制器80和温度传感器90，限幅装置70串接于物理缺陷检测模块60的供电回路中；

温度控制器80的输入端与限幅装置70电连接，温度控制器80的输出端与温度传感器90电连接，温度传感器90设置于物理缺陷检测模块60上。

具体的，物理缺陷检测模块60为GIS设备物理缺陷模型，用于检测GIS设备在局部过热性故障所产生的局部高温对SF₆分解组分的影响。示例性的，参考图3，物理缺陷检测模块60由电压调节模块10进行供电，限幅装置70串接于物理缺陷检测模块60的供电回路中，限幅装置70用于限制输入电压的幅值，防止输入电压突变对温度控制器80带来不可逆的损坏。限幅装置70也可以直接与市电电连接，用于限制市电电压的幅值。温度控制器80用来监测和控制物理缺陷检测模块60的实时温度，例如，温度控制器80可以由PID控制电路和显示屏构成，PID控制电路结合电压调节模块10来控制物理缺陷检测模块60表面的温度，并通过显示屏监测物理缺陷检测模块60表面的实时温度。温度传感器90设置于物理缺陷检测模块60上，与物理缺陷检测模块60接触连接或电连接，用于直接检测物理缺陷检测模块60的温度。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参考图3，该GIS绝缘劣化诊断系统还包括过热密闭气室300。

物理缺陷检测模块60设置于过热密闭气室300内，物理缺陷检测模块60与电压调节模块10电连接。

具体的，过热密闭气室300内置有物理缺陷检测模块60，过热密闭气室300用于为SF6分解提供密闭的环境，同时隔离外界环境对SF₆分解产生影响，如空气中的微水微氧会对SF6分解以及分解组分的检测带来干扰。温度传感器90的输出端与温度计400连接，温度计400采集温度传感器90输出的温度信号，并将采集到的温度进行显示。例如，温度传感器90采集物理缺陷检测模块60表面的实时温度，并根据采集到的温度信号生成可用信号输出，可用信号可以是经过转换后的温度信号、电压信号、电流信号或者压强信号等，温度计400根据接收到的可用信号显示物理缺陷检测模块60表面温度和过热密闭气室300内的温度。

可选的，过热密闭气室300壁上设置有采样口301和检测口302，质谱仪50通过采样口301检测过热密闭气室300中气体组分，温度计400通过检测口302检测过热密闭气室300内的温度。

具体的，过热密闭气室300壁上设置有采样口301和检测口302，采样口301与质谱仪50管道连接，便于质谱仪50采集过热密闭气室300内SF6气体分解组分，检测口302与温度计400连接。质谱仪50为气相色谱质谱仪，用于检测在GIS设备在发生局部过热时SF₆气体分解的组分，温度计400用于检测发生局部过热时物理缺陷检测模块60表面温度，通过温度控制器80调节温度，以实现采集不同温度下SF₆气体分解组分，以及温度对SF₆气体分解的影响等数据，便于将采集的数据形成诊断决策树，实现对GIS设备的绝缘劣化进行诊断评估。

可选的，在上述实施例的基础上，图4为本实用新型实施例二提供的另一种GIS绝缘劣化诊断系统的结构示意图，参考图4，物理缺陷检测模块60包括电源线61、铁心601、热电偶603和电热丝602；

铁心601用于模拟GIS设备发生过热故障时故障处的材质，电热丝602通过电源线61与电压调节模块10电连接，热电偶603与电热丝602电连接，热电偶603用于测量电热丝602的温度。

具体的，铁心601可以作为物理缺陷检测模块60的外壳，并模拟GIS设备发生过热故障时故障处的材质，例如，物理缺陷检测模块60的外壳为铁心601，内部填充氧化镁以实现良好的导热性，物理缺陷检测模块60的外壳两端可以用陶瓷进行封装，以保证物理缺陷检测模块60的密封性。电热丝602与电压调节模块10电连接，根据电压调节模块10输出电压的大小可以产生与输出电压相对应的热量，利用电热丝602产生的热量实现SF₆气体的分解，通过质谱仪50检测SF6气体的分解组分。热电偶603可以为K型热电偶，用于测量电热丝602的温度，热电偶603可以由感温元件构成，利用热电偶的热电效应实现对电热丝602的温度进行测量。

可选的，继续参考图4，物理缺陷检测模60还包括信号引线62；

信号引线62的第一端与热电偶603电连接，信号引线62的第二端与温度传感器90的输入端电连接。

具体的，信号引线62用于将热电偶603测量到的电热丝602的温度通过温度传感器90输出至温度计400，由温度计400进行电热丝602温度的显示，电热丝602的温度即为物理缺陷检测模60表面温度。

可选的，过热密闭气室300壁上设置有电源线通孔，物理缺陷检测模块60通过套管与电压调节模块10的输出端电连接，套管贯穿电源线通孔。套管可以保护电源线在电源线通孔中产生的磨损，保证供电回路的可靠性。

本实用新型实施例提供的技术方案，通过采用物理缺陷检测模块、温度控制器和温度传感器，能够监测局部过热对GIS设备绝缘性能的影响，以及检测不同温度对SF₆气体分解组分的影响。能够同时监测GIS设备的局部放电绝缘缺陷和局部过热绝缘缺陷，实现了多种GIS缺陷的检测。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种GIS绝缘劣化检测装置，其特征在于，包括：电压调节模块、放电气室、采样模块、示波器和质谱仪；

所述电压调节模块的输入端用于输入交流电，所述电压调节模块的输出端输出可调电压；

所述放电气室内设置有放电电极，所述放电电极与所述电压调节模块的输出端电连接；

所述采样模块的输入端与所述放电电极电连接，所述采样模块的输出端接地；

所述示波器与所述采样模块电连接，所述示波器用于监测所述放电气室的放电量；

所述放电气室壁上设置有采样孔，所述质谱仪通过所述采样孔检测所述放电气室中气体组分。

2.根据权利要求1所述的GIS绝缘劣化检测装置，其特征在于，所述放电电极包括第一电极和第二电极；

所述第一电极为高压电极，所述第一电极与所述电压调节模块的输出端电连接；所述第二电极为接地电极。

3.根据权利要求2所述的GIS绝缘劣化检测装置，其特征在于，所述放电电极包括针-板电极、同心球-碗电极或板-板电极中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的GIS绝缘劣化检测装置，其特征在于，所述电压调节模块包括调压器、第一电阻、第二电阻和分压电路；

所述调压器的输入端用于接入交流电压，所述调压器的第一输出端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第一电极的电压接收端电连接；

所述分压电路的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述分压电路的第二端和所述调压器的第二输出端接地。

5.根据权利要求4所述的GIS绝缘劣化检测装置，其特征在于，所述分压电路包括第一电容和第二电容；

所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第一电容的第二端通过所述第二电容接地。

6.根据权利要求4所述的GIS绝缘劣化检测装置，其特征在于，所述采样模块包括第三电容和第三电阻；

所述第三电容的第一端与所述第一电极的电压接收端电连接，所述第三电容的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端接地；

所述示波器与所述第三电阻并联。

7.一种GIS绝缘劣化诊断系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的GIS绝缘劣化检测装置，还包括物理缺陷检测模块、温度控制器和温度传感器，限幅装置串接于所述物理缺陷检测模块的供电回路中；

所述温度控制器的输入端与所述限幅装置电连接，所述温度控制器的输出端与所述温度传感器电连接，所述温度传感器设置于所述物理缺陷检测模块上。

8.根据权利要求7所述的GIS绝缘劣化诊断系统，其特征在于，还包括过热密闭气室；

所述物理缺陷检测模块设置于所述过热密闭气室内，所述物理缺陷检测模块与所述电压调节模块电连接。

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