CN211426386U - 一种sf6放电分解气体组分分析系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种SF6放电分解气体组分分析系统，其包括：直流电源模块、模拟罐体模块和检测模块；所述直流电源模块包括调压器、试验变压器、硅整流桥、滤波电容、分压器和保护水电阻；所述模拟罐体模块包括放电气室、模拟绝缘缺陷模型、气体单元和气体分析单元；所述检测模块包括耦合电容与检测阻抗。本实用新型公开的SF6放电分解气体组分分析系统，通过构建多个具有不同功能的模块，辅以具体的电源电路、放电气室、SF6回收设备、模拟绝缘缺陷模型、露点仪与气相色谱仪，实现了环境搭建、有效模拟、状态采集、气体分析及回收处理的不同功能，有效地模拟了直流条件下SF6气体绝缘电气设备内不同绝缘缺陷模型引发绝缘子的沿面放电情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力技术领域，尤其是涉及一种SF6放电分解气体组分分析系统。
背景技术
气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)也称作SF6全封闭组合电器。GIS中的SF6气体在常温常压下化学性质稳定，不易分解，但在放电或过热作用下会发生分解，生成多种低氟硫化物，生成的低氟硫化物会与GIS气室内的微水、微氧以及其他杂质发生复杂的物理化学反应。气体绝缘电气设备内早期绝缘缺陷通常以局部放电(PartialDischarge，PD)形式表现出来，其会引起电场的畸变，进而诱发局部放电。局部放电一般不会立刻引起设备故障，但会逐步侵蚀绝缘介质，导致绝缘介质的局部损坏。若是长期存在，会引起绝缘劣化，最终可能演变成贯穿性的绝缘击穿。
研究表明，SF6气体在局部放电下会发生裂解，生成一系列低氟硫化物(如 SF4、SF3、SF2等)。这些低氟硫化物会与设备内的微水、微氧杂质发生反应，生成稳定的分解产物。一方面，分解产物大多具有毒性、腐蚀性，会加速绝缘老化，腐蚀金属表面，最终将会导致设备故障。另一方面，分解产物的种类、浓度及变化趋势会随放电类型和严重程度的不同存在显著差异。因此，通过对 SF6在局部放电下分解产物的分析可以实现对SF6设备绝缘状态的诊断，对设备内部SF6放电分解气体的检测能够提供GIS内部酸性气体杂质含量数据，保证GIS内部绝缘和金属不受到过量腐蚀。放电分解气体的检测还能够及时准确反映出GIS内部放电的总体情况，从而为及时发现故障、判断故障提供依据。
现如今，通常采用脉冲电流法、超高频法和超声法来进行设备的检测与分析，但在实际应用中，一方面，由于SF6放电分解气体成分复杂，其中有不少气体组分很不稳定，使得对SF6放电分解气体的定性和定量变得非常困难；另一方面，SF6气体及其分解产物都具有一定的毒性，如果没有对使用的气体进行良好的后续处理或发生泄漏，则会造成不可挽回的严重损失，因此，在模拟条件下建立有效的产生PD使SF6气体产生分解的检测分析实验装置，以及对后续的SF6气体的回收与利用，都是现如今所要亟待解决的问题。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能够准确地模拟设备内部放电，获得反应放电情况的SF6气体组分分析，并保证SF6气体的回收与利用的SF6放电分解气体组分分析系统。
为了实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种SF6放电分解气体组分分析系统，其包括直流电源模块、模拟罐体模块和检测模块。
所述直流电源模块包括调压器、试验变压器、硅整流桥、滤波电容、分压器和保护水电阻；所述模拟罐体模块包括放电气室、模拟绝缘缺陷模型、气体单元和气体分析单元；所述检测模块包括耦合电容与检测阻抗。
所述调压器，其输出端与所述试验变压器的输入端相连，用于接收并调节交流0～380V范围内的输入电压，并将调节后的输入电压发送至所述试验变压器。
所述试验变压器的初级绕组与所述调压器的输出端相连，所述试验变压器的次级绕组与所述硅整流桥相连；所述试验变压器用于根据所述调节后的输入电压对应生成工频高压，并将所述工频高压发送至所述硅整流桥。
所述硅整流桥的输出端并联有所述滤波电容，所述硅整流桥用于对所述工频高压进行全波整流，以使其经过所述滤波电容滤波后对应生成直流高压；所述滤波电容的输出端与所述分压器相连。
所述分压器，其输出端与所述模拟绝缘缺陷模型相连，用于测量所述直流高压。
所述保护水电阻串联在所述分压器的高压端，用于实现启动降压保护。
所述模拟绝缘缺陷模型设于所述放电气室的内部，以使其在所述直流高压的条件下，对应产生局部放电。
所述气体单元包括SF6气瓶与SF6回收车，所述SF6气瓶与所述SF6回收车均与所述放电气室连接，用于向所述放电气室内充装SF6气体并进行废弃的气体回收。
所述气体分析单元包括露点仪与气相色谱仪，所述露点仪与所述放电气室连接，用于测量SF6气体的含水量；所述气相色谱仪与所述放电气室连接，用于测量并分析SF6气体的分解产物；
所述放电气室的输出端设有串联的所述耦合电容与所述检测阻抗，所述耦合电容与所述检测阻抗用于检测所述局部放电的脉冲信号。
作为上述方案的改进，所述放电气室包括中空圆柱形罐体、设于所述中空圆柱形罐体内部的高压电极与低压电极、设于所述中空圆柱形罐体前后面的圆形石英玻璃窗、设于所述中空圆柱形罐体侧面的进气口和出气口、电极螺纹接口和压力表。
所述高压电极和所述低压电极设于所述圆形石英玻璃窗的观察范围内来观察和获取局部放电的过程图像。
所述进气口和所述出气口用于配合抽真空、充装SF6气体、样品气体的采集和废弃的气体回收。
所述电极螺纹接口用于连接对应的所述模拟绝缘缺陷模型。
所述压力表用于监测所述中空圆柱形罐体内部的压力。
作为上述方案的改进，所述放电气室还包括高压套管，所述高压套管套接在所述中空圆柱形罐体顶部。
作为上述方案的改进，所述放电气室还包括均压环，所述均压环设于所述高压套管顶部，用于使得所述直流高压均匀分布。
作为上述方案的改进，所述气相色谱仪的型号为GC9560。
作为上述方案的改进，所述露点仪的型号为HT-6850的高精度露点仪。
作为上述方案的改进，所述模拟绝缘缺陷模型包括金属突出物绝缘缺陷模型、自由金属微粒绝缘缺陷模型、绝缘子金属污染绝缘缺陷模型及绝缘子气隙绝缘缺陷模型。
本实用新型实施例提供的SF6放电分解气体组分分析系统，通过构建多个具有不同功能的模块，辅以具体的电源电路、放电气室、SF6回收设备、模拟绝缘缺陷模型、露点仪与气相色谱仪，以实现环境搭建、有效模拟、状态采集、气体分析及回收处理的不同功能，对SF6气体的使用与回收提供了保障，有效地模拟了直流条件下SF6气体绝缘电气设备内不同绝缘缺陷模型引发绝缘子的沿面放电情况，并通过获取反映局部放电情况的SF6气体组分及其含量等特征量，完整、清晰地实现对直流条件下SF6气体绝缘电气设备局部放电的分析与研究，为及时发现直流气体绝缘电气设备(如气体绝缘金属封闭输电线路GIL、穿墙套管、换流变压器阀侧套管)所产生的故障，判断故障类型并提供相应的依据，完善了对绝缘缺陷类型定量比对的分析与判断，对于开展直流条件下SF6 气体绝缘电气设备的局部放电信号检测与研究具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式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实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的一种SF6放电分解气体组分分析系统的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种直流电源模块的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种模拟罐体模块的结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种模拟绝缘缺陷模型的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，可以在分布式计算环境中进行实践，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。此外，本实用新型可用于包括众多通用或专用的计算装置环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器装置、包括以上任何装置或设备的分布式计算环境等等。
本实用新型一实施例提供了一种SF6放电分解气体组分分析系统，其包括：直流电源模块、模拟罐体模块和检测模块。
具体的，所述直流电源模块包括调压器、试验变压器、硅整流桥、滤波电容、分压器和保护水电阻；所述模拟罐体模块包括放电气室、模拟绝缘缺陷模型、气体单元和气体分析单元；所述检测模块包括耦合电容与检测阻抗。
所述调压器，其输出端与所述试验变压器的输入端相连，用于接收并调节交流0～380V范围内的输入电压，并将调节后的输入电压发送至所述试验变压器。
所述试验变压器的初级绕组与所述调压器的输出端相连，所述试验变压器的次级绕组与所述硅整流桥相连；所述试验变压器用于根据所述调节后的输入电压对应生成工频高压，并将所述工频高压发送至所述硅整流桥。
所述硅整流桥的输出端并联有所述滤波电容，所述硅整流桥用于对所述工频高压进行全波整流，以使其经过所述滤波电容滤波后对应生成直流高压；所述滤波电容的输出端与所述分压器相连。
所述分压器，其输出端与所述模拟绝缘缺陷模型相连，用于测量所述直流高压。
所述保护水电阻串联在所述分压器的高压端，用于实现启动降压保护。
所述模拟绝缘缺陷模型设于所述放电气室的内部，以使其在所述直流高压的条件下，对应产生局部放电。
所述气体单元包括SF6气瓶与SF6回收车，所述SF6气瓶与所述SF6回收车均与所述放电气室连接，用于向所述放电气室内充装SF6气体并进行废弃的气体回收。
所述气体分析单元包括露点仪与气相色谱仪，所述露点仪与所述放电气室连接，用于测量SF6气体的含水量；所述气相色谱仪与所述放电气室连接，用于测量并分析SF6气体的分解产物。
所述放电气室的输出端设有串联的所述耦合电容与所述检测阻抗，所述耦合电容与所述检测阻抗用于检测所述局部放电的脉冲信号。
本实用新型实施例提供的SF6放电分解气体组分分析系统，通过构建多个具有不同功能的模块，辅以具体的电源电路、放电气室、SF6回收设备、模拟绝缘缺陷模型、露点仪与气相色谱仪，以实现环境搭建、有效模拟、状态采集、气体分析及回收处理的不同功能，对SF6气体的使用与回收提供了保障，有效地模拟了直流条件下SF6气体绝缘电气设备内不同绝缘缺陷模型引发绝缘子的沿面放电情况，并通过获取反映局部放电情况的SF6气体组分及其含量等特征量，完整、清晰地实现对直流条件下SF6气体绝缘电气设备局部放电的分析与研究，为及时发现直流气体绝缘电气设备(如气体绝缘金属封闭输电线路GIL、穿墙套管、换流变压器阀侧套管)所产生的故障，判断故障类型并提供相应的依据，完善了对绝缘缺陷类型定量比对的分析与判断，对于开展直流条件下SF6 气体绝缘电气设备的局部放电信号检测与研究具有重要意义。
需要说明的是，整个检测系统由三部分组成，请参见图1，为本实用新型实施例提供的一种SF6放电分解气体组分分析系统的结构示意图，具体的，请参见图2，为所述直流电源模块的结构示意图，其中，调压器的输入电压范围为交流0～380V，调压器升高的电压经全波硅整流桥整流后经滤波电容输出为高压直流，D1、D2、D3、D4为硅整流桥的四个整流二极管，通过构建直流电源模块，为模拟罐体模块提供高压直流，直流电源额定输出电压50kV，额定输出电流 20mA，纹波系数5％，保护水电阻的阻值优选为20KΩ,分压器由两个电阻构成，用来测量施加在试品上的直流电压。
具体的，请参见图3，为本实用新型实施例提供的所述模拟罐体模块的结构示意图，其包括放电气室、模拟绝缘缺陷模型、气体单元及气体分析单元；气体单元包括SF6气瓶与SF6回收车，SF6气瓶与SF6回收车均与所述放电气室连接，SF6气瓶内部存储高纯度(99.999％)SF6，用于向所述放电气室内充装 SF6气体，SF6回收车用来收集试验结束后的废气；其中放电气室为不锈钢材质的中空圆柱形罐体，内壁喷涂聚四氟乙烯层，主气室底面直径40cm、长度70cm、体积约90L。罐体气密性良好，耐受压力可达1MPa。
具体的，气体分析单元包括露点仪与气相色谱仪，所述露点仪与所述放电气室连接，用于测量SF6气体的含水量；所述气相色谱仪与所述放电气室连接，用于测量并分析SF6气体的分解产物。
优选地，在上述实施例中，所述放电气室包括中空圆柱形罐体、设于所述中空圆柱形罐体内部的高压电极与低压电极、设于所述中空圆柱形罐体前后面的圆形石英玻璃窗、设于所述中空圆柱形罐体侧面的进气口和出气口、电极螺纹接口和压力表。
其中，所述高压电极和所述低压电极设于所述圆形石英玻璃窗的观察范围内来观察和获取局部放电的过程图像；所述进气口和所述出气口用于配合抽真空、充装SF6气体、样品气体的采集和废弃的气体回收；所述电极螺纹接口用于连接对应的所述模拟绝缘缺陷模型；所述压力表用于监测所述中空圆柱形罐体内部的压力。罐体的前、后分别安装有两块直径为5cm的圆形石英玻璃窗，侧面设有进气口和出气口，同时配备压力表实时监测内部压力，进气口与SF6 气瓶与SF6回收车连接，用来向罐体内充装SF6与废弃的回收，出气口连接气体分析单元，气体分析单元的露点仪用来测量SF6气体的含水量，气相色谱仪用于分析SF6分解产物种类与含量。罐体上、下侧面均配备电极螺纹接口，在实际应用中，可通过更换不同结构参数的电极螺纹接口来模拟不同试验条件下的模拟绝缘缺陷类型。高、低压电极与罐体间均通过环氧材料绝缘，与高压电极的隔离使得外壳可接地以保证安全操作，与低压电极的隔离保证了脉冲电流的准确测量。
优选地，在上述实施例中，所述放电气室还包括高压套管，所述高压套管套接在所述中空圆柱形罐体顶部。
优选地，在上述实施例中，所述放电气室还包括均压环(图未示)，所述均压环设于所述高压套管顶部，用于使得所述直流高压均匀分布，以保证所测局部放电信号来源于罐体内部而非外部接线。
优选地，在上述实施例中，所述气相色谱仪的型号优选为GC9560。该仪器配备的进样及分离系统包括三个定量管、五个切换阀及六根色谱柱，可以将六氟化硫气体中的H2、O2、N2、CF4、CO、CO2、C2F6、C3F8、SO2F2、SOF2、 SO2、H2S、COS、CS2等多种分解产物进行有效分离；采用双脉冲放电氦离子化检测器(pulsed discharge helium ionizationdetector，简称PDHID)对组分进行定量分析；利用载气可以传输样品进入整个系统，GC9560采用高纯度He气 (99.999％以上)，输出压力为0.6Mpa，同时配备一个纯化器以进一步出去载气中的微量杂质。由于SF6气体产物种类较多，仪器配备了六个色谱柱以实现产物的分离。其中色谱柱1作用是将SF6与H2S、COS、SOF2、SO2F2等含硫产物进行预分离；色谱柱2则进一步将H2S、COS、SOF2、SO2F2等几种产物进行分离；色谱柱3对SO2的吸附作用较弱，利用其分离SO2和CS2等两种气体产物；色谱柱4对H2、O2、N2、CH4、CF4与CO2、C2F6两组产物进行预分离；色谱柱5和色谱柱6对相应混合气体的成分进行细化分离。
优选地，在上述实施例中，所述露点仪的型号为HT-6850的高精度露点仪，以精准地测量罐体内的水分。
优选地，在上述实施例中，所述模拟绝缘缺陷模型包括金属突出物绝缘缺陷模型、自由金属微粒绝缘缺陷模型、绝缘子金属污染绝缘缺陷模型及绝缘子气隙绝缘缺陷模型。通过选取不同的对应的模拟绝缘缺陷模型，从而可以完整、清晰地实现对直流条件下SF6气体绝缘电气设备局部放电的分析与研究。在本实用新型实施例中，具体的，请参见图4，为本实用新型实施例提供的模拟绝缘缺陷模型的结构示意图，所述模拟绝缘缺陷模型的各具体尺寸由具体实际情况而定，在本实施例中可参照图示尺寸，其中高压和地电极均为不锈钢材质，置于电极间的圆柱形环氧树脂绝缘体原材料来自实体盆式绝缘子，绝缘体表面贴有钢针用以模拟绝缘子沿面缺陷，钢针的直径优选为0.56mm，针端曲率半径优选为35μm，以更好的模拟实体中绝缘子表面缺陷故障。
本实用新型实施例提供的SF6放电分解气体组分分析系统，通过构建多个具有不同功能的模块，辅以具体的电源电路、放电气室、SF6回收设备、模拟绝缘缺陷模型、露点仪与气相色谱仪，以实现环境搭建、有效模拟、状态采集、气体分析及回收处理的不同功能，对SF6气体的使用与回收提供了保障，有效地模拟了直流条件下SF6气体绝缘电气设备内不同绝缘缺陷模型引发绝缘子的沿面放电情况，并通过获取反映局部放电情况的SF6气体组分及其含量等特征量，完整、清晰地实现对直流条件下SF6气体绝缘电气设备局部放电的分析与研究，为及时发现直流气体绝缘电气设备(如气体绝缘金属封闭输电线路GIL、穿墙套管、换流变压器阀侧套管)所产生的故障，判断故障类型并提供相应的依据，完善了对绝缘缺陷类型定量比对的分析与判断，对于开展直流条件下SF6 气体绝缘电气设备的局部放电信号检测与研究具有重要意义。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种SF6放电分解气体组分分析系统，其特征在于，包括：直流电源模块、模拟罐体模块和检测模块；
所述直流电源模块包括调压器、试验变压器、硅整流桥、滤波电容、分压器和保护水电阻；所述模拟罐体模块包括放电气室、模拟绝缘缺陷模型、气体单元和气体分析单元；所述检测模块包括耦合电容与检测阻抗；
所述调压器，其输出端与所述试验变压器的输入端相连，用于接收并调节交流0～380V范围内的输入电压，并将调节后的输入电压发送至所述试验变压器；
所述试验变压器的初级绕组与所述调压器的输出端相连，所述试验变压器的次级绕组与所述硅整流桥相连；所述试验变压器用于根据所述调节后的输入电压对应生成工频高压，并将所述工频高压发送至所述硅整流桥；
所述硅整流桥的输出端并联有所述滤波电容，所述硅整流桥用于对所述工频高压进行全波整流，以使其经过所述滤波电容滤波后对应生成直流高压；所述滤波电容的输出端与所述分压器相连；
所述分压器，其输出端与所述模拟绝缘缺陷模型相连，用于测量所述直流高压；
所述保护水电阻串联在所述分压器的高压端，用于实现启动降压保护；
所述模拟绝缘缺陷模型设于所述放电气室的内部，以使其在所述直流高压的条件下，对应产生局部放电；
所述气体单元包括SF6气瓶与SF6回收车，所述SF6气瓶与所述SF6回收车均与所述放电气室连接，用于向所述放电气室内充装SF6气体并进行废弃的气体回收；
所述气体分析单元包括露点仪与气相色谱仪，所述露点仪与所述放电气室连接，用于测量SF6气体的含水量；所述气相色谱仪与所述放电气室连接，用于测量并分析SF6气体的分解产物；
所述放电气室的输出端设有串联的所述耦合电容与所述检测阻抗，所述耦合电容与所述检测阻抗用于检测所述局部放电的脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的SF6放电分解气体组分分析系统，其特征在于，所述放电气室包括中空圆柱形罐体、设于所述中空圆柱形罐体内部的高压电极与低压电极、设于所述中空圆柱形罐体前后面的圆形石英玻璃窗、设于所述中空圆柱形罐体侧面的进气口和出气口、电极螺纹接口和压力表；
所述高压电极和所述低压电极设于所述圆形石英玻璃窗的观察范围内来观察和获取局部放电的过程图像；
所述进气口和所述出气口用于配合抽真空、充装SF6气体、样品气体的采集和废弃的气体回收；
所述电极螺纹接口用于连接对应的所述模拟绝缘缺陷模型；
所述压力表用于监测所述中空圆柱形罐体内部的压力。
3.根据权利要求2所述的SF6放电分解气体组分分析系统，其特征在于，所述放电气室还包括高压套管，所述高压套管套接在所述中空圆柱形罐体顶部。
4.根据权利要求3所述的SF6放电分解气体组分分析系统，其特征在于，所述放电气室还包括均压环，所述均压环设于所述高压套管顶部，用于使得所述直流高压均匀分布。
5.根据权利要求1所述的SF6放电分解气体组分分析系统，其特征在于，所述气相色谱仪的型号为GC9560。
6.根据权利要求1所述的SF6放电分解气体组分分析系统，其特征在于，所述露点仪的型号为HT-6850的高精度露点仪。
7.根据权利要求1所述的SF6放电分解气体组分分析系统，其特征在于，所述模拟绝缘缺陷模型包括金属突出物绝缘缺陷模型、自由金属微粒绝缘缺陷模型、绝缘子金属污染绝缘缺陷模型及绝缘子气隙绝缘缺陷模型。
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| CN201921508045.4U CN211426386U (zh) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | 一种sf6放电分解气体组分分析系统 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114034803A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-02-11 | 沈阳工业大学 | 一种用于检测c5f10o气体放电分解组分的装置及方法 |
| CN114965112A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-30 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种模拟变压器绝缘件短路力累积效应的试验方法 |
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2019
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| CN114034803B (zh) * | 2021-12-09 | 2023-11-21 | 沈阳工业大学 | 一种用于检测c5f10o气体放电分解组分的装置及方法 |
| CN114965112A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-30 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种模拟变压器绝缘件短路力累积效应的试验方法 |
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