一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，包括：气体放电室，同时与气体放电室连接的工频交流电源系统和检测系统，绝缘缺陷模型设置在气体放电室内部。优点如下：1.能模拟GIS中自由金属微粒绝缘缺陷下发生PD的状况，弥补了现有GIS的故障模拟实验装置仅能模拟金属突出物缺下发生PD的不足。2.可用于探索在自由金属微粒绝缘缺陷下，外施电压大小、微粒的形状和大小对PD强度以及分解组分生成量的影响。3.检测灵敏度高，样品用量少，选择性好，检测精度可以达到ppmv级。4.结构简单，成本低。本实用新型专利技术可广泛用于GIS中自由金属微粒绝缘缺陷下PD的模拟。

A SIMULATION EXPERIMENTAL DEVICE FOR INSULATION DEFECT OF FREE METAL PARTICLES IN GIS

The utility model relates to a simulation experimental device for insulating defects of free metal particles in GIS, which comprises a gas discharge chamber, a power frequency AC power supply system and a detection system connected with the gas discharge chamber, and an insulating defect model is arranged inside the gas discharge chamber. The advantages are as follows: 1. It can simulate the situation of PD under the insulation defect of free metal particles in GIS, and make up for the deficiency of the existing GIS fault simulation experimental device that can only simulate the occurrence of PD under the absence of metal protrusions. 2. It can be used to explore the effects of applied voltage, particle shape and size on the strength of PD and the amount of decomposition components under the condition of free metal particulate insulation defects. 3. The detection sensitivity is high, the sample dosage is small, the selectivity is good, and the detection accuracy can reach ppmv level. 4. Simple structure and low cost. The utility model can be widely used to simulate PD under insulation defects of free metal particles in GIS.

【技术实现步骤摘要】
一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置
本技术属于气体绝缘组合电器(gasinsulationswitchgear,GIS)绝缘状态在线监测
，具体涉及一种GIS内自由金属微粒缺陷模拟实验装置。
技术介绍
由于六氟化硫(SF6)具有优良的绝缘和灭弧性能，使得以SF6作为绝缘介质的SF6气体绝缘电气设备具有绝缘强度高、可靠性高、占地面积小及维护工作量小等优点，自21世纪以来，全球电网GIS变电站数量明显增多。但GIS在制造、装配和运行过程中无法避免地会在电极之间产生可在电场作用下自由跳动的金属微粒或碎屑。它一般出现在设备金属腔体与高压导体之间的空间里，即在一个具有高电场的空间里存在大小不一且能够自由移动的金属微粒或碎屑。这些金属微粒通常是由于制造或安装过程中生成而后期又未被清洗干净留下的，且设备在运行过程中因震动使金属镀层脱落或相邻金属部件之间发生摩擦等，也会产生各种金属微粒。这些金属微粒形状各异，有颗粒状、片状、粉末状和尖刺状等，由于这些颗粒是金属的，它们会在电场中会感应出电荷，并且它们的质量很小，在电场力的作用下会发生移位和跳动，这些微粒的运动与电场强度、微粒形状和质量以及一些随机因素相关，如果微粒跳动的范围足够大，数量足够多，就可能在高压导体和外壳之间形成导电通路或者贯穿性的电弧通道，从而造成设备严重的故障。因此，这些导电微粒对运行中的设备危害较大。当导电微粒导致腔体内发生贯穿性的放电前，最容易表现的电气特征就是产生PD。在产生PD过程中，导电微粒在电场作用下的运动路径取决于多种因素，包括外施电压、微粒的形状和大小等。GIS内自由金属微粒缺陷引发的PD一方面是绝缘发生劣化的主要原因，另一方面也是反映GIS内部绝缘状态的特征量。因此，可以对GIS中PD展开在线监测以及时发现其中潜在的绝缘缺陷。目前用来检测GIS内PD的方法主要有脉冲电流法、超声波法、超高频法和SF6分解组分分析法等。可通过各种检测方法对GIS内部PD进行监测，得到各种检测方法下的特征量与PD的关系，提取出能够表征PD的特征量，完善SF6在PD下的分解理论，为实现GIS的状态监测和故障诊断提供科学的理论依据。所以研制SF6气体绝缘电气设备PD分解的模拟装置，对于GIS的状态监测和故障诊断以避免大停电事故及保证电力系统安全运行具有深远的意义。目前国内外在SF6气体绝缘电气设备PD在线监测的研究主要集中于针-板缺陷的实验及监测装置，如专利号为ZL2007100784930的“六氟化硫放电分解组分分析系统及其使用方法”、专利号为ZL201010157377.X的“超高频局部放电放电量监测采集方法、装置和系统”、以及专利号为ZL200910104566.8的“六氟化硫气体放电微量组分的红外检测装置及方法”等专利，都是基于针-板缺陷的GIS在线监测装置，因此研究GIS中自由金属微粒缺陷模拟实验装置具有重要意义。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有的GIS故障模拟实验装置还没有针对自由金属微粒缺陷研究的问题，提供一种GIS中自由金属微粒缺陷模拟实验装置，该装置能在实验室中模拟交流条件下GIS内自由金属微粒缺陷引发PD的情况，并获取不同的外施电压、微粒的形状和大小等对PD的影响，为GIS在线监测和绝缘状态评估打下实验基础。本技术的技术方案是：一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，其特征在于，包括：一工频交流电源系统：包括电源调压控制台、无局放工频试验变压器、无局放保护电阻、工频电容分压器；实验室内工频交流市电220V/50Hz经导线与调压台的输入端口连接，经调压台调控由其输出端口接入工频试验变压器输入端口，试验变压器的输出端口经导线接入通过保护电阻后其输出将电容分压器与气体放电室并联接入；其中电容分压器经衰减探头后连入数字示波器可对加载在气体放电室的电压进行测量，而试验变压器通过调压台调控给经导线连接的气体放电室提供连续调节工频交流电压；一气体放电室：工频交流供压系统的输出端经导线与气体放电室相连，导线通过高压套管连入气体放电室的内部的模拟绝缘缺陷，将试验电源电压加载到模拟绝缘缺陷的一端，绝缘缺陷的另一端经接地线与大地直接相连，这样电源可供给模拟绝缘缺陷局部放电的连续可调节的工频交流电压；一检测系统：包括脉冲电流检测系统和气相色谱质谱检测系统两部分；所述的脉冲电流检测系统采用IEC60270并联检测法，由所述的气体放电室的高压端引出导线连接到所述耦合电容的高压端，所述耦合电容的低压端通过导线连接所述检测阻抗；PD脉冲信号通过所述检测阻抗放大输入到数字存储示波器中，用以监视气体放电室中发生的PD，并记录PD脉冲信号的幅值；所述的气相色谱质谱检测系统通过特氟龙导气管连接到气体放电室9缸体的采样口上，用以检测出ppbv级的SO2F2、SOF2、CO2、CF4、H2S、CS2、SO2等SF6气体的各种分解气体产物的含量；一绝缘缺陷模型：构建自由金属微粒缺陷。在上述的一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，所述的气体放电室包括不锈钢柱状腔体、设置在不锈钢柱状腔体顶端的高压导杆、套在高压导杆一端的高压套管、通过法兰固定在设置在不锈钢柱状腔体顶端的椭球形顶盖；人工绝缘缺陷模型设置在不锈钢柱状腔体内部，石英观察窗对称设置在不锈钢柱状腔体两侧，接地导电杆一端接地，另一端与人工绝缘缺陷模型连接；真空泵通过不锈钢管与不锈钢柱状腔体一侧连通，采样口通过不锈钢管与不锈钢柱状腔体另一侧连通。在上述的一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，所述的不锈钢缸体的形状为内径为50cm、厚度为1.0cm、高度为60cm的圆柱体，两端采用椭圆形封头结构；所述的不锈钢缸体最高承受5个大气压；所述的不锈钢缸体的顶端封口为可方便拆卸的椭圆形顶盖，在所述的不锈钢缸体上端开口处固接一直径为55cm、厚度为1.0cm的不锈钢材质的法兰，采用矩形密封槽配合o形橡胶圈密封结构，并使用15根螺杆直径为15mm的螺钉提供足够的压紧力将直径为55cm、厚度为1.2cm的不锈钢材质的顶盖固定在所述的不锈钢缸体的法兰上以保证缸体的密封性。在上述的一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，在所述的椭圆形顶盖中心处设置一个孔径为20cm的通孔，所述高压导杆和法兰与所述的聚四氟乙烯高压套管一次性封装成形从顶盖的通孔深入到缸体内部，通过法兰将顶盖的通孔密封。在上述的一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，在所述的不锈钢缸体底端中心处设置一个15mm的通孔，接地导电杆穿过该通孔并密封固定在所述的不锈钢缸体底部；所述接地导电杆伸出缸体的一端通过铜编带接地，其伸入缸体内部的一端及高压导电杆伸入缸体内部的一端均采用螺纹总长为20mm，螺距为1mm的螺纹结构与所述的绝缘缺陷电极连接以调节电极之间的距离。在上述的一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，在所述的不锈钢缸体的一侧壁的中部设置一孔径为2cm的通孔；该通孔连通一根不锈钢管，所述的真空压力表通过真空压力球阀接在不锈钢管上用以监测和显示缸体内部真空度和气压大小，同样的不锈钢管上面再接一个进样球阀，该进样球阀另一端进样口通过特氟龙导气管与SF6钢瓶连通用以充气。在上述的一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，其特征在于，包括：一工频交流电源系统：包括电源调压控制台、无局放工频试验变压器、无局放保护电阻、工频电容分压器；实验室内工频交流市电220V/50Hz经导线与调压台的输入端口连接，经调压台调控由其输出端口接入工频试验变压器输入端口，试验变压器的输出端口经导线接入通过保护电阻后其输出将电容分压器与气体放电室并联接入；其中电容分压器经衰减探头后连入数字示波器可对加载在气体放电室的电压进行测量，而试验变压器通过调压台调控给经导线连接的气体放电室提供连续调节工频交流电压；一气体放电室：工频交流供压系统的输出端经导线与气体放电室相连，导线通过高压套管连入气体放电室的内部的模拟绝缘缺陷，将试验电源电压加载到模拟绝缘缺陷的一端，绝缘缺陷的另一端经接地线与大地直接相连，这样电源可供给模拟绝缘缺陷局部放电的连续可调节的工频交流电压；一检测系统：包括脉冲电流检测系统和气相色谱质谱检测系统两部分；所述的脉冲电流检测系统采用IEC60270并联检测法，由所述的气体放电室的高压端引出导线连接到耦合电容的高压端，所述耦合电容的低压端通过导线连接检测阻抗；PD脉冲信号通过检测阻抗放大输入到数字存储示波器中，用以监视气体放电室中发生的PD，并记录PD脉冲信号的幅值；所述的气相色谱质谱检测系统通过特氟龙导气管连接到气体放电室9缸体的采样口上，用以检测出ppbv级的SO2F2、SOF2、CO2、CF4、H2S、CS2、SO2气体产物的含量；一绝缘缺陷模型：构建自由金属微粒缺陷。...

【技术特征摘要】
1.一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，其特征在于，包括：一工频交流电源系统：包括电源调压控制台、无局放工频试验变压器、无局放保护电阻、工频电容分压器；实验室内工频交流市电220V/50Hz经导线与调压台的输入端口连接，经调压台调控由其输出端口接入工频试验变压器输入端口，试验变压器的输出端口经导线接入通过保护电阻后其输出将电容分压器与气体放电室并联接入；其中电容分压器经衰减探头后连入数字示波器可对加载在气体放电室的电压进行测量，而试验变压器通过调压台调控给经导线连接的气体放电室提供连续调节工频交流电压；一气体放电室：工频交流供压系统的输出端经导线与气体放电室相连，导线通过高压套管连入气体放电室的内部的模拟绝缘缺陷，将试验电源电压加载到模拟绝缘缺陷的一端，绝缘缺陷的另一端经接地线与大地直接相连，这样电源可供给模拟绝缘缺陷局部放电的连续可调节的工频交流电压；一检测系统：包括脉冲电流检测系统和气相色谱质谱检测系统两部分；所述的脉冲电流检测系统采用IEC60270并联检测法，由所述的气体放电室的高压端引出导线连接到耦合电容的高压端，所述耦合电容的低压端通过导线连接检测阻抗；PD脉冲信号通过检测阻抗放大输入到数字存储示波器中，用以监视气体放电室中发生的PD，并记录PD脉冲信号的幅值；所述的气相色谱质谱检测系统通过特氟龙导气管连接到气体放电室9缸体的采样口上，用以检测出ppbv级的SO2F2、SOF2、CO2、CF4、H2S、CS2、SO2气体产物的含量；一绝缘缺陷模型：构建自由金属微粒缺陷。2.根据权利要求1所述的一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，其特征在于，所述的气体放电室包括不锈钢柱状腔体、设置在不锈钢柱状腔体顶端的高压导杆、套在高压导杆一端的高压套管、通过法兰固定在设置在不锈钢柱状腔体顶端的椭球形顶盖；人工绝缘缺陷模型设置在不锈钢柱状腔体内部，石英观察窗对称设置在不锈钢柱状腔体两侧，接地导电杆一端接地，另一端与人工绝缘缺陷模型连接；真空泵通过不锈钢管与不锈钢柱状腔体一侧连通，采样口通过不锈钢管与不锈钢柱状腔体另一侧连通。3.根据权利要求2所述的一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置，其特征在于，不锈钢缸体的形状为内径为50cm、厚度为1.0cm、高度为60cm的圆柱体，两端采用椭圆形封头结构；所述的不锈钢缸体最高承受5个大气压；所述的不锈钢缸体的顶端封口为可方便拆卸的椭圆形顶盖，在所述的不锈钢缸体上端开口处固接一直径为55cm、厚度为1.0cm的不锈钢材质的法兰，采用矩形密封槽配合o形橡胶圈密封结构，并使用15根螺杆直径为15mm的螺钉提供足够的压紧力将直径为55cm、厚度为1.2cm的不锈钢材质的顶盖固定在所述的不锈钢缸体的法兰上以保证缸体的密封性。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宁，徐肖庆，韦瑞峰，杨光彦，郭皓，赵荣普，胡昌斌，李骞，代正元，董伟，陈欣，胡鹏伟，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司昆明供电局，
类型：新型
国别省市：云南,53