本實用新型涉及氣體電氣絕緣設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測與診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置。

背景技術(shù)：

氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear,GIS)是指全部或者部分采用六氟化硫(SF6)氣體作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉式設(shè)備，其具有結(jié)構(gòu)緊湊，占用面積較小，可靠性高，維護工作量較小，現(xiàn)場安裝方便，電磁輻射小，環(huán)境適應(yīng)能力強等優(yōu)點，在國內(nèi)外得到了大量的應(yīng)用。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，嚴重影響供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，輕則造成經(jīng)濟損失，重則造成大面積停電，危害社會穩(wěn)定和安全，因此必須對GIS的運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、裝配和運行過程中無法避免地會出現(xiàn)一些絕緣缺陷，這些絕緣缺陷在長期運行過程中會逐漸劣化，當達到一定程度時會導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電(Partial Discharge,PD)，在PD作用下，SF6氣體會發(fā)生分解，生成的初級分解產(chǎn)物會與其中不可避免含有的微量空氣和水分等雜質(zhì)，發(fā)生反應(yīng)生成如SO2F2、SOF2、CF4、SO2、SOF4、HF、CH4、CO2和SF4等產(chǎn)物。這些生成物會進一步加劇絕緣缺陷的劣化，從而使設(shè)備的整體絕緣性能降低，危及設(shè)備的安全運行。因此，厘清氣體絕緣電氣設(shè)備的早期絕緣狀況對進行有效的GIS在線監(jiān)測和故障診斷十分必要。

目前國內(nèi)外在氣體絕緣電氣設(shè)備在線監(jiān)測的研究鮮有直流條件下的研究，而僅有的關(guān)于直流條件下研究也很少著重于金屬材料對SF6氣體PD分解的影響，僅能獲得氣體絕緣電氣設(shè)備直流條件下SF6氣體在多種絕緣缺陷下的分解組分等實驗數(shù)據(jù)，不能進行不同金屬對SF6直流PD分解影響的研究。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制，才能建立相應(yīng)的故障診斷實用技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例公開了一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于氣體絕緣電氣設(shè)備在線監(jiān)測的研究鮮有直流條件以及不同金屬材料下對SF6氣體PD分解的影響的研究，無法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制的技術(shù)問題。

本實用新型實施例提供了一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置，包括：

直流加壓系統(tǒng)、SF6放電氣室、檢測系統(tǒng)和金屬突出物缺陷模型；

直流加壓系統(tǒng)由調(diào)壓變壓臺、高壓無暈實驗變壓器、高壓整流硅堆、濾波電容、分壓電容器和保護電阻組成；調(diào)壓變壓臺的輸入端連接380kV/50Hz市電，調(diào)壓變壓臺的輸出端連接高壓無暈實驗變壓器的輸入端，高壓無暈實驗變壓器的輸出端在串聯(lián)連接有保護電阻之后，并聯(lián)連接有用于實時監(jiān)測電壓值的分壓電容器；分壓電容器的一端還連接有高壓整流硅堆的輸入端，高壓整流硅堆的輸出端并聯(lián)連接有濾波電容，用于獲得可施加于SF6放電氣室的持續(xù)穩(wěn)定可調(diào)節(jié)的直流電壓；

SF6放電氣室與直流加壓系統(tǒng)的輸出端連接，用于放置金屬突出物缺陷模型，并進行正極性直流PD實驗；SF6放電氣室包括高壓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、四角金屬支架、進樣口球閥、進樣口、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；SF6放電氣室為橢球型，并通過四角金屬支架獲得支撐；氣室封蓋和氣室腔體采用202鋼材料制成，并通過O型密封圈和螺桿螺帽進行密封；

檢測系統(tǒng)包括耦合電容、50Ω無感電阻、高速數(shù)字示波器和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。耦合電容和50Ω無感電阻并聯(lián)連接于直流加壓系統(tǒng)的輸出端，50Ω無感電阻通過電纜和高速數(shù)字示波器相連，用于在進行PD直流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SF6放電氣室的采樣口相連，用于分析并獲取樣氣組分；

金屬突出物缺陷模型包括純鋁金屬突出物缺陷模型、黃銅金屬突出物缺陷模型、18/8不銹鋼金屬突出物缺陷模型。

可選地，金屬突出物缺陷模型為針-板型結(jié)構(gòu)，金屬突出物缺陷模型的針電極針尖曲率半徑為0.3mm，金屬突出物缺陷模型的錐尖角為30°，針電極通過內(nèi)螺紋孔與高壓SF6/空氣套管固定連接；金屬突出物缺陷模型的地電極為圓形，地電極的直徑為120mm、地電極的厚度為10mm，地電極通過內(nèi)螺紋孔與接地導(dǎo)電桿固定連接。

可選地，接地導(dǎo)電桿通過接地金屬桿與大地連接，接地金屬桿和接地導(dǎo)電桿之間通過升降螺紋進行連接。

從以上技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例具有以下優(yōu)點：

本實用新型實施例提供了一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置，包括：直流加壓系統(tǒng)、SF6放電氣室、檢測系統(tǒng)和金屬突出物缺陷模型，直流加壓系統(tǒng)包括調(diào)壓變壓臺、高壓無暈實驗變壓器、高壓整流硅堆、濾波電容、分壓電容器和保護電阻，檢測系統(tǒng)包括耦合電容、50Ω無感電阻、高速數(shù)字示波器和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，金屬突出物缺陷模型包括純鋁金屬突出物缺陷模型、黃銅金屬突出物缺陷模型、18/8不銹鋼金屬突出物缺陷模型。本實施例中提供的一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置能在實驗室模擬直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，為直流氣體絕緣電氣設(shè)備的在線監(jiān)測和絕緣狀態(tài)評估進一步打下堅實的實驗基礎(chǔ)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于氣體絕緣電氣設(shè)備在線監(jiān)測的研究鮮有直流條件以及不同金屬材料下對SF6氣體PD分解的影響的研究，無法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制的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本實用新型實施例中提供的一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置的實驗電路原理框圖；

圖2為本實用新型實施例中提供的一種SF6放電氣室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例中提供的一種SF6放電氣室的俯視圖；

圖4為本實用新型實施例中提供的金屬突出物缺陷模型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型實施例中提供的一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置檢測的CF₄含量的變化曲線圖；

圖6為本實用新型實施例中提供的一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置檢測的CO₂含量的變化曲線圖；

圖7為本實用新型實施例中提供的一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置檢測的SOF₂含量的變化曲線圖；

圖8為本實用新型實施例中提供的一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置檢測的SO₂F₂含量的變化曲線圖；

圖9為本實用新型實施例中提供的一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置檢測的SO₂含量的變化曲線圖。

圖示說明，1.調(diào)壓變壓臺，2.高壓無暈實驗變壓器，3.保護電阻，4.分壓電容器，5.高壓整流硅堆，6.濾波電容，7.耦合電容，8.50Ω無感電阻，9.高速數(shù)字示波器，10.SF6放電氣室，11.氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，12.高壓SF6/空氣套管，13.氣室封蓋，14.氣室腔體，15.金屬突出物缺陷模型，16.采樣口球閥，17.采樣口，18.真空泵，19.接地金屬桿，20.四角金屬支架，21.進樣口球閥，22.進樣口，23.真空泵，24.真空泵球閥，25.壓力表針閥，26.壓力表，27.O型密封圈，28.螺桿螺帽，29.石英觀察窗，30.接地導(dǎo)電桿，31.針電極，32.地電極。

具體實施方式

本實用新型實施例公開了一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于氣體絕緣電氣設(shè)備在線監(jiān)測的研究鮮有直流條件以及不同金屬材料下對SF6氣體PD分解的影響的研究，無法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制的技術(shù)問題。

請參閱圖1，本實用新型實施例中提供的一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置的一個實施例包括：

直流加壓系統(tǒng)、SF6放電氣室、檢測系統(tǒng)和金屬突出物缺陷模型；

直流加壓系統(tǒng)由調(diào)壓變壓臺1、高壓無暈實驗變壓器2、高壓整流硅堆5、濾波電容6、分壓電容器4和保護電阻3組成；調(diào)壓變壓臺1的輸入端連接380kV/50Hz市電，調(diào)壓變壓臺1的輸出端連接高壓無暈實驗變壓器2的輸入端，高壓無暈實驗變壓器2的輸出端在串聯(lián)連接有保護電阻3之后，并聯(lián)連接有用于實時監(jiān)測電壓值的分壓電容器4；分壓電容器4的一端還連接有高壓整流硅堆5的輸入端，高壓整流硅堆5的輸出端并聯(lián)連接有濾波電容6，用于獲得可施加于SF6放電氣室的持續(xù)穩(wěn)定可調(diào)節(jié)的直流電壓；

請參閱圖2和圖3，SF6放電氣室10與直流加壓系統(tǒng)的輸出端連接，用于放置金屬突出物缺陷模型，并進行正極性直流PD實驗；SF6放電氣室10包括高壓SF6/空氣套管12、氣室封蓋13、氣室腔體14、金屬突出物缺陷模型15、采樣口球閥16、采樣口17、真空泵18、接地金屬桿19、四角金屬支架20、進樣口球閥21、進樣口22、真空泵23、真空泵球閥24、壓力表針閥25、壓力表26、O型密封圈27、螺桿螺帽28、石英觀察窗29和接地導(dǎo)電桿30；SF6放電氣室為橢球型，并通過四角金屬支架20獲得支撐；氣室封蓋13和氣室腔體14采用202鋼材料制成，并通過O型密封圈27和螺桿螺帽28進行密封；

檢測系統(tǒng)包括耦合電容7、50Ω無感電阻8、高速數(shù)字示波器9和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀11。耦合電容7和50Ω無感電阻8并聯(lián)連接于直流加壓系統(tǒng)的輸出端，50Ω無感電阻8通過電纜和高速數(shù)字示波器9相連，用于在進行PD直流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11通過PTFE軟管與SF6放電氣室10的采樣口相連，用于分析并獲取樣氣組分；

請參閱圖4，金屬突出物缺陷模型15包括純鋁金屬突出物缺陷模型、黃銅金屬突出物缺陷模型、18/8不銹鋼金屬突出物缺陷模型。

進一步地，金屬突出物缺陷模型15為針-板型結(jié)構(gòu)，金屬突出物缺陷模型15的針電極31針尖曲率半徑為0.3mm，金屬突出物缺陷模型15的錐尖角為30°，總長度為65mm，針電極31通過內(nèi)螺紋孔與高壓SF6/空氣套管12固定連接；金屬突出物缺陷模型15的地電極32為圓形，地電極32的直徑為120mm、地電極32的厚度為10mm，地電極32通過內(nèi)螺紋孔與接地導(dǎo)電桿30固定連接。針-板間距通過接地金屬桿和接地導(dǎo)電桿30之間的升降螺紋進行調(diào)整，使針-板間距為3.3mm。

進一步地，接地導(dǎo)電桿30通過接地金屬桿與大地連接，接地金屬桿和接地導(dǎo)電桿30之間通過升降螺紋進行連接。

請參閱圖5～圖9，分別為本實用新型實施例提供的不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置對應(yīng)的所檢測的CF₄含量的變化曲線圖、CO₂含量的變化曲線圖、SOF₂含量的變化曲線圖、SO₂F₂含量的變化曲線圖、SO₂含量的變化曲線圖。

以上對本實用新型所提供的一種不同金屬材料對SF6直流PD分解的影響實驗裝置進行了詳細介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型實施例的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。