本發(fā)明屬于氣體電氣絕緣設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測與診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不同金屬對六氟化硫(sf6)交流氣體絕緣設(shè)備局部放電故障模擬實驗裝置及其方法。

背景技術(shù)：

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，sf6由于其良好的絕緣性能、優(yōu)異的滅弧性和較好的冷卻性，已被廣泛應(yīng)用于如氣體絕緣組電器(gasinsulateswitchgear,gis)等電力系統(tǒng)設(shè)備。隨著gis使用越來越廣泛，電壓等級也越來越高，其在電力系統(tǒng)中的重要性日益突出，gis發(fā)生故障將對電力系統(tǒng)安全構(gòu)成巨大的威脅，嚴(yán)重影響供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則造成大面積停電，因此必須對gis的運(yùn)行狀況予以高度重視，盡量減少gis故障發(fā)生的幾率。

然而，sf6氣體絕緣電氣設(shè)備在制造、裝配和運(yùn)行過程中無法避免地會出現(xiàn)金屬突出物或者金屬自由微粒等絕緣缺陷，這些絕緣缺陷在長期運(yùn)行過程中會逐漸劣化，當(dāng)達(dá)到一定程度時會導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電(partialdischarge,pd)，在pd作用下，sf6氣體會發(fā)生分解，生成一系列的低氟硫化物sfx(如sf5、sf4、sf3、sf2、sf)及f原子等，這些分解產(chǎn)物如遇微量水分、氧氣等雜質(zhì)氣體還會發(fā)生一系列更為復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成如so2f2、sof2、cf4、so2、sof4、hf、ch4、co2和h2s等產(chǎn)物。初步研究發(fā)現(xiàn)，解產(chǎn)物的含量大小及其變化規(guī)律與pd類型及其嚴(yán)重程度有著緊密的內(nèi)在關(guān)系，因此，可以利用sf6分解特性來監(jiān)測氣體絕緣設(shè)備的絕緣狀態(tài)，并進(jìn)行故障診斷。

目前關(guān)于sf6在交流pd下分解特性的研究已成本領(lǐng)域的研究熱點。但國內(nèi)外在氣體絕緣電氣設(shè)備在線監(jiān)測的研究很少有針對不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響。

如專利號為zl200710078493.0的“六氟化硫放電分解氣體組分分析系統(tǒng)及其使用方法”專利和專利號為zl201210089955.x的“絕緣氣體局部放電分解組分多區(qū)域檢測系統(tǒng)及其方法”專利，只針對交流條件下氣體絕緣電氣設(shè)備實驗的模擬，僅能獲得氣體絕緣電氣設(shè)備交流條件下氣體的分解組分等實驗數(shù)據(jù)，不能進(jìn)行不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響的相關(guān)的模擬實驗。然而，設(shè)備氣室部件采用多種金屬材料構(gòu)件，在pd作用下，sf6分解的f原子可與多種金屬發(fā)生反應(yīng)，生成金屬氟化物或者金屬硫化物，而不同金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)之間也有著較大的區(qū)別，電極材料與分解物的形成有著直接的關(guān)系。因此，只有厘清不同金屬材料對sf6正極性直流pd分解過程的影響特性及作用機(jī)制，才能建立相應(yīng)的故障診斷實用技術(shù)。

中國專利文獻(xiàn)cn1012059485a于2007年10月24日公開了六氟化硫放電分解氣體組分分析系統(tǒng)及其使用方法，包括以下部件：

調(diào)壓控制臺、隔離變壓器、無暈實驗變壓器、無局放保護(hù)電阻、電容分壓器、六氟化硫放電分解裝置、無感檢測阻抗、匹配阻抗、高速數(shù)字存儲示波器和氣相色譜儀。

國專利文獻(xiàn)cn1012059485a于2007年10月24日公開了六氟化硫放電分解氣體組分分析系統(tǒng)及其使用方法，包括以下主要步驟：

抽真空、充氣、測量起始pd電壓、產(chǎn)生局部放電、采氣、組分分析和放電脈沖信號采集。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有的氣體絕緣電氣設(shè)備的故障模擬實驗裝置的不足，提供一種不同技術(shù)材料對sf6交流pd分解的影響實驗裝置及方法，能在實驗室模擬交流條件下氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)各種不同金屬材料構(gòu)成的金屬突出物缺陷模型下的pd，獲得不同金屬材料對分解氣體組分及其含量等特征量的影響，為氣體絕緣電氣設(shè)備的在線監(jiān)測和絕緣狀態(tài)評估提供了可能。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

1.一種不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響實驗裝置，其特征在于，包括施壓系統(tǒng)、放電氣室，檢測系統(tǒng)和金屬材料突出物缺陷模型；所述施壓系統(tǒng)的輸出端與金屬材料突出物缺陷模型連接，金屬材料突出物缺陷模型放置在放電氣室內(nèi)，檢測系統(tǒng)同時與放電氣室以及施壓系統(tǒng)連接。

在上述的一種不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響實驗裝置，所述的施壓系統(tǒng)由調(diào)壓變壓器、高壓無暈實驗變壓器、電容分壓器和保護(hù)電阻組成。調(diào)壓變壓臺輸入端連接220kv/50hz市電，并經(jīng)過高壓無暈實驗變壓器，在輸出端獲得所需的交流電壓。連接保護(hù)電阻，獲得施加于放電氣室的持續(xù)穩(wěn)定可調(diào)節(jié)交流電壓。并通過分壓電容器實時監(jiān)測電壓值。

在上述的一種不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響實驗裝置，所述放電氣室用于放置金屬材料突出物缺陷模型，并進(jìn)行交流pd實驗的部分。其包括高壓sf6/空氣套管、氣室封蓋、氣室腔體、金屬突出物缺陷模型、采樣口球閥、采樣口、真空泵、接地金屬桿、三腳金屬支架、進(jìn)樣口球閥、進(jìn)樣口、真空泵、真空泵球閥、壓力表針閥、壓力表、o型密封圈螺桿螺帽、石英觀察窗和接地導(dǎo)電桿。氣室整體略呈橢球型，并通過三腳金屬支架進(jìn)行支撐。氣室封蓋和氣室腔體采用202鋼制成。并通過o型密封圈和螺桿螺帽得到密封。外施直流電壓通過高壓sf6/空氣套管施加到金屬材料突出物缺陷上，進(jìn)行高壓交流pd實驗。

在上述的一種不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響實驗裝置，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括無感電阻、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀和高速數(shù)字示波器。無感電阻串聯(lián)放電氣室的接地導(dǎo)電桿，并通過電纜和高速數(shù)字示波器相連，在進(jìn)行交流pd實驗時獲得并儲存記錄相應(yīng)的pd信號。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀通過ptfe軟管與采樣口相連，分析并獲取樣氣組分。

在上述的一種不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響實驗裝置，所述金屬突出物缺陷模型采用針-板型，針電極的針尖曲率半徑約為0.3mm，錐尖角約為30°，直徑約總長度約60mm，并通過內(nèi)螺紋孔與高壓sf6/空氣套管固接；地電極為圓形，直徑為120mm、厚度10mm，過內(nèi)螺紋孔與接地導(dǎo)電桿固接。針電極分別采用sf6氣體絕緣設(shè)備中常見的純鋁純銅和304不銹鋼分別制成，而板電極均采用304不銹鋼制成。針-板間距可通過接地金屬桿和接地導(dǎo)電桿之間的升降螺紋實現(xiàn)調(diào)整，可使針-板間距在0-30mm范圍內(nèi)調(diào)整。

一種不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響實驗方法，所述方法具體如下：

步驟1、首先，用無水乙醇對金屬突出物缺陷模型和氣室封蓋和氣室腔體內(nèi)壁進(jìn)行擦拭，以除去殘留雜質(zhì)；

步驟2、安裝某種金屬材料的金屬突出物缺陷模型后，關(guān)閉采樣口球閥、進(jìn)樣口球閥和壓力表針閥。并打開真空泵球閥，將真空泵通電運(yùn)行，對放電氣室抽真空，當(dāng)放電氣室真空度約為0.005mpa時，依次關(guān)閉真空泵和真空泵球閥，并靜止12小時；

步驟3、根據(jù)附圖1所示電路進(jìn)行連接并檢查。打開和壓力表針閥。依次打開真空泵和真空泵球閥，將放電氣室再次抽至真空，當(dāng)放電氣室真空度約為0.005mpa時，依次關(guān)閉真空泵和真空泵球閥。打開進(jìn)樣口球閥，并從進(jìn)樣口充入體積分?jǐn)?shù)為99.999％為sf6氣體，直至壓力表所示讀數(shù)為1.5個大氣壓時，關(guān)閉進(jìn)樣口球閥停止進(jìn)樣。靜置5分鐘后，依次打開真空泵和真空泵球閥，將放電氣室再次抽至真空，當(dāng)放電氣室真空度約為0.005mpa時依次關(guān)閉真空泵和真空泵球閥。重復(fù)以上步驟上次3次；

步驟4、打開進(jìn)樣口球閥，并從進(jìn)樣口充入體積分?jǐn)?shù)為99.999％為sf6氣體，直到放電氣室內(nèi)氣壓達(dá)到實驗要求氣壓。并關(guān)閉進(jìn)樣口球閥。對放電氣室中的h2o和o2含量進(jìn)行測量，確保氣室中h2o和o2含量符合dl/t596—2005要求；

步驟5、調(diào)節(jié)調(diào)壓控制臺，采用逐步升壓法，仔細(xì)觀察高速數(shù)字示波器上的波形，當(dāng)剛出現(xiàn)pd脈沖時，記錄下該時刻調(diào)壓控制臺所示電壓，記為起始放電電壓u0。綜合考慮sf6分解速度和實驗條件，實驗電壓為起始放電電壓u0的1.2～1.5倍電壓為宜。將實驗電壓施加在高壓sf6/空氣套管上，使金屬突出物缺陷模型產(chǎn)生pd；

步驟6、對金屬突出物缺陷模型施加96個小時電壓，每隔12個小時關(guān)閉調(diào)壓控制臺，打開真空泵將采樣口和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀相連的ptfe軟管抽至真空。關(guān)閉真空泵并打開采樣口球閥，通過氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀對樣氣進(jìn)行定性定量分析。分析結(jié)束后，關(guān)閉采樣口球閥，并打開真空泵將ptfe軟管抽至真空。關(guān)閉真空泵，將調(diào)壓控制臺調(diào)至實驗電壓；

步驟7、在步驟6完成后，關(guān)閉調(diào)壓控制臺，依次打開真空泵和真空泵球閥，將放電氣室再次抽至真空。當(dāng)放電氣室真空度約為0.005mpa時，依次關(guān)閉真空泵和真空泵球閥。更換其他金屬材料制成的金屬突出物缺陷模型，然后重復(fù)步驟1—步驟6。

本發(fā)明成本低，實驗裝置及其方法簡單易于推廣，能良好的模擬氣體絕緣組電器中不同金屬突出物缺陷造成的pd故障狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的實驗電路原理框圖；

圖2為本發(fā)明裝置的放電氣室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖4為本發(fā)明利用的裝置的金屬突出物缺陷模型的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為實施例4檢測的co2含量的變化曲線圖；

圖6為實施例4檢測的sof2含量的變化曲線圖；

圖7為實施例4檢測的so2f2含量的變化曲線圖；

圖8為實施例4檢測的so2f2+sof2含量的變化曲線圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施方式，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，圖中：1.調(diào)壓變壓臺，2.高壓無暈實驗變壓器，3.保護(hù)電阻，4.分壓電容器，5.放電氣室，6.無感電阻，7。高速數(shù)字示波器，8.氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，9.高壓sf6/空氣套管，10.氣室封蓋，11.氣室腔體，12.金屬突出物缺陷模型，12.采樣口球閥，13.采樣口，14.真空泵，15.接地金屬桿，16.三腳金屬支架，17.進(jìn)樣口球閥，18.進(jìn)樣口，19.真空泵，20.真空泵球閥，21.壓力表針閥，22.壓力表，23.o型密封圈，24.螺桿螺帽，25.石英觀察窗，26.接地導(dǎo)電桿，27.針電極，28.地電極。

實施例1

一種不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響實驗裝置。主要包括：加壓系統(tǒng)、放電氣室，檢測系統(tǒng)和金屬突出缺陷模型。其特征是所述的金屬材料突出物缺陷模型在所述的不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響實驗裝置中分別進(jìn)行實驗。

所述的施壓系統(tǒng)由調(diào)壓變壓器、高壓無暈實驗變壓器、電容分壓器和保護(hù)電阻組成。調(diào)壓變壓臺(1)輸入端連接220kv/50hz市電，并經(jīng)過高壓無暈實驗變壓器(2)，在輸出端獲得所需的交流電壓。連接保護(hù)電阻(3)，獲得施加于放電氣室(5)的持續(xù)穩(wěn)定可調(diào)節(jié)交流電壓。并通過分壓電容器(4)實時監(jiān)測電壓值。

所述放電氣室(5)為放置金屬材料突出物缺陷模型，并進(jìn)行交流pd實驗的部分。其包括高壓sf6/空氣套管(9)、氣室封蓋(10)、氣室腔體(11)、金屬突出物缺陷模型(12)、采樣口球閥(13)、采樣口(14)、真空泵(15)、接地金屬桿(16)、三腳金屬支架(17)、進(jìn)樣口球閥(18)、進(jìn)樣口(19)、真空泵(20)、真空泵球閥(21)、壓力表針閥(22)、壓力表(23)、o型密封圈(24)螺桿螺帽(25)、石英觀察窗(26)和接地導(dǎo)電桿(27)。氣室整體略呈橢球型，并通過三腳金屬支架(17)進(jìn)行支撐。氣室封蓋(10)和氣室腔體(11)采用202鋼制成。并通過o型密封圈(24)和螺桿螺帽(25)得到密封。外施直流電壓通過高壓sf6/空氣套管(9)施加到金屬材料突出物缺陷(12)上，進(jìn)行高壓交流pd實驗。

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括無感電阻(6)、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(7)和高速數(shù)字示波器(8)。無感電阻(6)串聯(lián)放電氣室(9)的接地導(dǎo)電桿(27)，并通過電纜和高速數(shù)字示波器(8)相連，在進(jìn)行交流pd實驗時獲得并儲存記錄相應(yīng)的pd信號。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(7)通過ptfe軟管與采樣口(14)相連，分析并獲取樣氣組分。

所述金屬突出物缺陷模型(12)采用針-板型。針電極(28)采用純鋁制成，的針尖曲率半徑約為0.3mm，錐尖角約為30°，直徑約總長度約60mm，并通過內(nèi)螺紋孔與高壓sf6/空氣套管(9)固接；地電極(29)為圓形，采用304不銹鋼制成，直徑為120mm、厚度10mm，過內(nèi)螺紋孔與接地導(dǎo)電桿(27)固接。針-板間距可通過接地金屬桿(16)和接地導(dǎo)電桿(29)之間的升降螺紋實現(xiàn)調(diào)整，可使針-板間距在0-30mm范圍內(nèi)調(diào)整。

實施例2

一種不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響實驗裝置，同實施例1。其中所述屬突出物缺陷模型(12)的針電極采用純銅材料制成，針電極(31)的針尖曲率半徑約為0.3mm，錐尖角約為30°，總長度約65mm，并通過內(nèi)螺紋孔與高壓sf6/空氣套管(12)固接；地電極(32)為圓形，采用304不銹鋼制成，直徑為120mm、厚度10mm，過內(nèi)螺紋孔與接地導(dǎo)電桿(30)固接。針-板間距通過接地金屬桿(19)和接地導(dǎo)電桿(30)之間的升降螺紋進(jìn)行調(diào)整，使針-板間距為3.3mm。

實施例3

一種不同金屬材料對sf6交流pd分解的影響實驗裝置，同實施例1。其中所述屬突出物缺陷模型(12)的針電極采用304不銹鋼材料制成，針電極(31)的針尖曲率半徑約為0.3mm，錐尖角約為30°，總長度約65mm，并通過內(nèi)螺紋孔與高壓sf6/空氣套管(12)固接；地電極(32)為圓形，采用304不銹鋼制成，直徑為120mm、厚度10mm，過內(nèi)螺紋孔與接地導(dǎo)電桿(30)固接。針-板間距通過接地金屬桿(19)和接地導(dǎo)電桿(30)之間的升降螺紋進(jìn)行調(diào)整，使針-板間距為3.3mm。

實施例4

1)首先，用無水乙醇對金屬突出物缺陷模型(12)和氣室封蓋(10)和氣室腔體(11)內(nèi)壁進(jìn)行擦拭，以除去殘留雜質(zhì)；

2)安裝某種金屬材料的金屬突出物缺陷模型(12)后，關(guān)閉采樣口球閥(13)、進(jìn)樣口球閥(18)和壓力表針閥(22)。并打開真空泵球閥(21)，將真空泵(20)通電運(yùn)行，對放電氣室(5)抽真空，當(dāng)放電氣室(5)真空度約為0.005mpa時，依次關(guān)閉真空泵(20)和真空泵球閥(21)，并靜止12小時；

3)根據(jù)附圖1所示電路進(jìn)行連接并檢查。打開和壓力表針閥(22)。依次打開真空泵(20)和真空泵球閥(21)，將放電氣室(5)再次抽至真空，當(dāng)放電氣室(5)真空度約為0.005mpa時，依次關(guān)閉真空泵(20)和真空泵球閥(21)。打開進(jìn)樣口球閥(18)，并從進(jìn)樣口(19)充入體積分?jǐn)?shù)為99.999％為sf6氣體，直至壓力表(23)所示讀數(shù)為1.5個大氣壓時，關(guān)閉進(jìn)樣口球閥(18)停止進(jìn)樣。靜置5分鐘后，依次打開真空泵(20)和真空泵球閥(21)，將放電氣室(5)再次抽至真空，當(dāng)放電氣室(5)真空度約為0.005mpa時依次關(guān)閉真空泵(20)和真空泵球閥(21)。重復(fù)以上步驟上次3次；

4)打開進(jìn)樣口球閥(18)，并從進(jìn)樣口(19)充入體積分?jǐn)?shù)為99.999％為sf6氣體，直到放電氣室(5)內(nèi)氣壓達(dá)到實驗要求氣壓。并關(guān)閉進(jìn)樣口球閥(18)。對放電氣室(5)中的h2o和o2含量進(jìn)行測量，確保氣室中h2o和o2含量符合dl/t596—2005要求；

5)調(diào)節(jié)調(diào)壓控制臺(1)，施加37.5kv的穩(wěn)定交流電壓在高壓sf6/空氣套管(9)上，使金屬突出物缺陷模型(12)產(chǎn)生pd；

6)對金屬突出物缺陷模型(12)施加96個小時電壓，每隔12個小時關(guān)閉調(diào)壓控制臺(1)，打開真空泵(15)將采樣口(14)和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(7)相連的ptfe軟管抽至真空。關(guān)閉真空泵(15)并打開采樣口球閥(13)，通過氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(7)對樣氣進(jìn)行定性定量分析。分析結(jié)束后，關(guān)閉采樣口球閥(13)，并打開真空泵(15)將ptfe軟管抽至真空。關(guān)閉真空泵(15)，將調(diào)壓控制臺(1)調(diào)至實驗電壓；

7)在第6)步完成后，關(guān)閉調(diào)壓控制臺(1)，依次打開真空泵(20)和真空泵球閥(21)，將放電氣室(5)再次抽至真空。當(dāng)放電氣室(5)真空度約為0.005mpa時，依次關(guān)閉真空泵(20)和真空泵球閥(21)。更換其他金屬材料制成的金屬突出物缺陷模型(12)，回到第1)步，然后重復(fù)1)—6)步。

8)在利用實施例1的裝置完成第6)步后，關(guān)閉調(diào)壓控制臺(1)，依次打開真空泵(23)和真空泵球閥(24)，將sf6放電氣室(10)再次抽至真空。當(dāng)sf6放電氣室(10)真空度為0.005～0，01mpa時，依次關(guān)閉真空泵(23)和真空泵球閥(24)。更換實施例1的裝置為實施例2的裝置，回到第1)步，然后重復(fù)1)—6)步。

9)在利用實施例2的裝置完成第6)步后，關(guān)閉調(diào)壓控制臺(1)，依次打開真空泵(23)和真空泵球閥(24)，將sf6放電氣室(10)再次抽至真空。當(dāng)sf6放電氣室(10)真空度為0.005～0，01mpa時，依次關(guān)閉真空泵(23)和真空泵球閥(24)。更換實施例2的裝置為實施例3的裝置，回到第1)步，然后重復(fù)1)—6)步。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。