一种直流气体绝缘电气设备局部放电分解模拟实验方法

摘要

本发明属于六氟化硫(SF₆)气体绝缘电气设备的绝缘状态在线监测技术领域，具体涉及一种直流气体绝缘电气设备局部放电分解模拟实验方法。本发明主要包括SF₆直流PD分解实验方法、脉冲电流检测、放电分解气体的采集和分析测试方法等。本发明实验方法简单、易掌握、便于推广，可广泛用于SF₆气体绝缘电气设备直流PD的模拟和监测，为直流气体绝缘电气设备绝缘状态监测和SF₆PD分解试验及分解机理研究提供了一种科学有效的方法。

主权项

一种直流气体绝缘电气设备局部放电分解模拟实验方法，其特征在于，具体包括：一个实验准备的步骤：包括一个放置绝缘缺陷模型及检查气体放电室的密封性能的子步骤：首先，按照试验电路原理图连接各个试验装置，保证所有试验设备良好接地；打开气体放电室的不锈钢缸体的椭圆形顶盖用乙醇仔细清洗不锈钢缸体内壁和人工缺陷模型，去除气室内的杂质和灰尘然后把椭圆形顶盖装好；避免这些杂质和灰尘及上次试验可能附着在内壁上的残留分解物影响试验结果；关闭本装置的采样球阀及进样球阀，打开真空压力表球阀，再打开本装置的真空泵球阀，然后，启动本装置的真空泵，对本装置的不锈钢缸体内抽真空，当不锈钢缸体内的真空度为0.005～0.01MPa时，依次关闭所述的真空泵球阀和真空泵，静置10～12小时后再观察本装置的真空压力表示数，当所述的真空压力表示数保持在0.005～0.012MPa时，表明本装置的气体放电室在真空状态下的密封性完好；再打开本装置的SF₆气瓶的阀门和进气球阀，向所述的不锈钢缸体内充入SF₆气体，直至所述的不锈钢缸体内气压达到0.3～0.5MPa为止，最后，依次关闭所述的SF₆气瓶的阀门和进气球阀，静置10～12时再观察真空压力表示数，当真空压力表示数保持在0.295～0.5MPa时，表明所述的气体放电室在正压状态下的密封性完好；一个清洗不锈钢缸体的子步骤：首先，打开所述的真空泵球阀，启动所述的真空泵，对所述的不锈钢缸体内抽真空，当不锈钢缸体内的真空度为0.005～0.01MPa时，依次关闭所述的真空泵球阀和真空泵，再打开所述的SF₆气瓶的阀门和进样球阀，向所述的不锈钢缸体内充入SF₆气体，直到所述的不锈钢缸体内气压值为0.25～0.35MPa时为止，然后依次关闭所述的SF₆气瓶的阀门和进气球阀，对所述的不锈钢缸体进行清洗，然后，先抽真空，再充入SF₆气体清洗，如此重复冲洗2～5次后，再次对所述的不锈钢缸体抽真空，然后静置10～12h，使不锈钢缸体内附着的SF₆气体的分解气体和水分充分气化释放，最后，先充入SF₆气体，再抽真空，以便将静置过程中气化释放的杂质清洗掉，保证不锈钢缸体内杂质气体和固有水分含量减少到最低；一个充入SF₆气体的子步骤：打开所述的SF₆气瓶的阀门和进气球阀，向所述的不锈钢缸体内充入SF₆气体，直至气压为0.3～0.5MPa为止，然后依次关闭所述的SF₆气瓶的阀门和进气球阀；稳定数小时，使SF₆扩散均匀，气体处于稳定状态；一个进行直流条件下PD分解的模拟试验的步骤：包括一个固有缺陷测试的子步骤：进行PD试验前，要对装置的固有PD特性进行测试，即无模拟绝缘缺陷时，在相同的试验环境下，装置本身没有产生PD的试验电压阈值；在不放入模拟绝缘缺陷的情况下完成第⑴步以后，调节调压控制台缓慢升高试验电压，仔细观察所述数字存储示波器上的信号变化，当出现微小放电脉冲信号时，记录此时装置上的外施电压，即为装置固有的起始PD电压，记为U_g；得到装置固有起始PD电压后，缓慢调节调压控制台将试验电压降为0，关闭试验电源，即断开调压控制台输入端与市电的连接；然后使用放电棒对所有的设备的高压端进行有效放电之后进入试验区域，打开所述的真空泵球阀，启动所述的真空泵，对所述的不锈钢缸体内抽真空，当不锈钢缸体内的真空度为0.005～0.01MPa时，依次关闭所述的真空泵球阀和真空泵；一个进行直流PD试验的子步骤：先打开本装置的气体放电室的石英玻璃观察窗，将绝缘缺陷其中的一种跟导电杆的螺纹结构连接使绝缘缺陷在石英玻璃观察窗的观察范围之内，并调节好两电极之间的距离；然后将石英玻璃装在对接法兰之间，用“O”形橡胶垫密封并用8～15根螺杆直径为15mm的螺钉压紧固定；对所述的不锈钢缸体进行清洗，再向所述的不锈钢缸体内充入SF₆气体，用逐步升压法对绝缘缺陷模型施加电压；调节调压控制台，缓慢升高试验电压，仔细观察数字示波器上的信号变化，当出现微小放电脉冲信号时，记录此时装置上的外施电压，即为试验的起始PD电压，记为U_st；以试验的起始PD电压U_st为基准，设置1.2U_st、1.3U_st、1.4U_st、1.5U_st、1.6U_st五个试验电压值分别进行试验；应当注意的是施加在缺陷模型的试验电压不应该超过装置固有的起始PD电压U_g，否则由装置固有缺陷产生的PD信号会与绝缘缺陷模型产生的PD信号混淆，导致无法识别人工模拟缺陷的PD；缓慢调节调压控制台升高试验电压到1.2U_st，在1.2U_st的电压下对绝缘缺陷进行连续96个小时的PD试验，每隔12个小时采集一次试验数据；连续96h PD试验完成后，得到一种绝缘缺陷在某一试验电压下的一组数据，每组数据包括8次采样数据；然后缓慢调节调压控制台将试验电压降为0，关闭试验电源，即断开调压控制台输入端与市电的连接；然后，使用放电棒对所有的设备的高压端进行有效放电之后进入试验区域，打开所述的真空泵球阀，启动所述的真空泵，对所述的气体放电室的不锈钢缸体内抽真空，当不锈钢缸体内的真空度为0.005～0.01MPa时，依次关闭所述的真空泵球阀和真空泵；然后，再对所述的不锈钢缸体进行清洗，向所述的不锈钢缸体内充入SF₆气体，缓慢调节调压控制台升高试验电压到1.3U_st，同样在1.3U_st的实验电压下进行连续96个小时的PD试验，每隔12个小时采集一次试验数据；连续96h PD试验完成后，缓慢调节调压控制台将试验电压降为0，关闭试验电源，即断开调压控制台输入端与市电的连接；然后，使用放电棒对所有的设备的高压端进行有效放电之后进入试验区域，打开所述的真空泵球阀，启动所述的真空泵，对所述的不锈钢缸体内抽真空，当不锈钢缸体内的真空度为0.005～0.01MPa时，依次关闭所述的真空泵球阀和真空泵；最后再对所述的不锈钢缸体进行清洗，向所述的不锈钢缸体内充入SF₆气体，以便进行下一次的试验；如此重复进行试验，直到得到设定的1.2U_st、1.3U_st、1.4U_st、1.5U_st、1.6U‑_st五个试验电压下的SF₆气体分解组分及其含量的数据，最后研究人员根据测得的五种试验电压下的各种SF₆分解气体组分中的含量，绘制出SF₆气体分解组分在不同试验电压下随放电时间的关系曲线，研究SF₆气体分解组分含量及增长速率与PD的强度关系，提取出能表征PD强度的特征量，并结合各分解组分的稳定性，研究SF₆气体在直流条件下PD分解的机理；一个脉冲电流检测的子步骤：采用并联法测量回路来测量PD脉冲电流信号；根据IEC 60270标准脉冲电流法测得的脉冲电压幅值U与视在放电量Q成线性关系，将一局部放电校准仪与所述气体放电室中得绝缘缺陷模型并联，在绝缘缺陷电极两端产生放电量已知的脉冲信号，通过所述的数字存储示波器可测得所述检测电阻两端的脉冲电压峰值U，得到脉冲电压峰值与视在放电量的线性关系，从而依据脉冲电流法测得的脉冲电压峰值U计算出视在放电量Q；一个放电气体的采集和检测的子步骤：在96小时的连续PD试验过程中，放电12小时之后，首先缓慢调节调压控制台将试验电压降为0，关闭试验电源，即断开调压控制台输入端与市电的连接，然后使用放电棒对所有的设备的高压端进行有效放电之后进入试验区域，打开所述的采样球阀，采集一次放电气体，关闭采样球阀；然后缓慢调节调压控制台将电压升高到本组试验的试验电压继续PD试验；每隔12个小时重复进行一次放电气体采集；利用所述的气相色谱质谱联用仪对每次采集的放电气体进行定性定量分析；本装置采用的气相色谱质谱联用仪为岛津GC/MS‑QP2010Ultra，气体组分由膜厚为8um，内径为0.32mm，长度为60m的特制毛细柱分离，由MSD检测器进行检测；本方法采用99.999％的高纯He作为载气，工作条件为：柱箱温度升温方式是恒温35℃保持7.5min、以70℃/min的速率升温至105℃保持10min、以100℃/min的速率升温至250℃保持3.5min，进样口温度为220℃，压力流量控制方式，压力为55kPa，总流量为16.3mL/min，柱流量为1.21mL/min，线速度为28cm/sec，吹扫流量为3mL/min，分流比为10，离子源温度为200℃，色谱质谱接口温度为220℃，溶剂延迟时间为0min，微扫描宽度0u，检测器电压0kV；电离方式为电轰击电离；采集方式为SIM定量分析；扫描间隔时间0.3s；该方法可实现SF₆在PD下的分解组分CF₄、CO₂、SO₂F₂、SOF₂、H₂S、SO₂、CS₂等多种气体的有效分离并检测其浓度；利用所述的气相色谱质谱联用仪对采集的样气进行定量分析必需用标准气体对气相色谱质谱联用仪进行定量标定，获取相关组分的校正曲线；本方法采用峰面积外标法进行定量标定，其定量校正公式如下：式中，A_i、A_s,i分别为样品、标样中第i组组分气体的峰面积；分别为样品、标样中第i组组分气体的体积分数；K_i为第i组组分气体的绝对校正因子。