一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台及其实验方法技术

本发明专利技术涉及开关柜技术领域，具体涉及一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台，包括模拟空气放电故障实验研究平台，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型，空气湿度调节装置和空气放电分解产物检测系统；模拟缺陷故障典型缺陷物理模型置于模拟空气放电故障实验研究平台之中；空气湿度调节装置与模拟空气放电故障实验研究平台相连接，空气放电分解产物检测系统与空气湿度调节装置连接。该实验平台设计了能反映局部放电发生机理及发生位置的四种典型绝缘缺陷模型，实验时可根据要求直接在放电分解气室中进行替换。从而提高了实验结果的真实性和准确性，气体检测种类更为多样，检测精度更高，可对分解组分进行实时检测。

An experimental platform for partial discharge decomposition of air in a switchgear and its experimental method

The present invention relates to the technical field of switch cabinet, in particular to an internal air switchgear partial discharge decomposition experimental platform, including simulation of air discharge fault experiment platform, fault simulation of typical defects in the physical model, the air humidity adjusting device and air discharge decomposition products detection system; fault simulation of typical defects in physical model to simulate the air discharge fault experiment platform; air humidity adjusting device and Simulation of air discharge fault experimental research platform is connected with the air discharge decomposition products and air humidity detection system is connected with the adjusting device. The experimental platform has designed four typical insulation defect models which can reflect the mechanism and location of partial discharge. It can replace directly in the discharge decomposition chamber according to the requirement. Thus the authenticity and accuracy of the experimental results are improved, the variety of gas detection is more diverse and the detection precision is higher, and the real-time detection of decomposition components can be carried out.

【技术实现步骤摘要】
一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台及其实验方法
本专利技术属于开关柜
，尤其涉及一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台及其实验方法。
技术介绍
作为电力系统（发电厂、变电站）中的重要设备，高压开关柜承担着开断和关合电力线路的重要任务，实现输送及倒换电力负荷、以及将故障设备或故障线路退出电力系统的功能，确保电力系统安全可靠运行。而开关柜在制造、配送、安装、运行和检修等过程中，不可避免的会造成开关柜内出现各种绝缘缺陷，例如在制造时容易使导体留下金属毛刺、在运送过程中容易导致零件的松动或接触性能变差、导体与支撑绝缘子剥离形成的气隙以及检修后残留在腔体内的金属微粒等。这些绝缘缺陷在开关柜的运行过程中容易引起电场畸变，从而发生局部放电（PD）。若不及早发现开关柜内部的PD而任其发展至严重程度，最终将导致开关柜内绝缘破坏而引发安全事故，给发电企业带来巨大的经济损失和负面的社会影响。目前国内外根据局部放电产生过程中的物理现象而衍生出来的常用于PD信号检测方法主要有脉冲电流法、特高频法、暂态地电压法、超声波检测法、光学检测法、气体组分分析法等。其中，气体组分分析法由于其检测的是气体，不存在电磁干扰问题，与其他方法相比有较大的优势。但目前，国内外就PD特征气体将气体组分分析法用于开关柜PD检测鲜有研究。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种模拟并检测开关柜内部空气局部放电的装置。以研究空气PD分解组分及固体绝缘介质劣化分解产生的气体，了解空气在典型绝缘缺陷故障作用下的放电分解特性。本专利技术的目的之二是为分析开关柜内部绝缘状况，提供一种开关柜内部PD实验方法。为实现上述第一个目的，本专利技术采用的技术方案是：一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台，包括模拟空气放电故障实验研究平台，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型，空气湿度调节装置和空气放电分解产物检测系统；模拟缺陷故障典型缺陷物理模型置于模拟空气放电故障实验研究平台之中；空气湿度调节装置与模拟空气放电故障实验研究平台相连接，空气放电分解产物检测系统与空气湿度调节装置连接。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，模拟空气放电故障实验研究平台包括调压器、无晕试验交流变压器、第一保护电阻、第二保护电阻、分压器、放电分解气室、检测阻抗、耦合电容及数字示波器；调压器连接无晕试验交流变压器，无晕试验交流变压器连接第一保护电阻后并联分压器，分压器与第二保护电阻连接后再连接放电分解气室，耦合电容与检测阻抗连接后再接入放电分解气室，耦合电容与检测阻抗之间接入数字示波器。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，放电分解气室包括缸体，上、下固定板、缸体盖板和导电部件；缸体的上部和下部分别与上、下固定板紧密连接，缸体盖板活动连接于上固定板之上，缸体盖板和下固定板上均装有导电部件；下固定板上分别设置有进气口和排气口。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，导电部件包括绝缘套管、均压帽、高压导电杆和低压导电杆；高压导电杆和低压导电杆均通过绝缘套管，分别安装于缸体盖板和下固定板上，高压导电杆处在缸体外部的一端与均压帽和保护电阻连接，处在缸体内部的一端与模拟缺陷故障典型缺陷物理模型连接；低压导电杆处在缸体内部的一端与模拟缺陷故障典型缺陷物理模型连接，处在缸体外部的一端连接接地线。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，缸体为圆柱形，采用有机玻璃；上、下固定板和缸体盖板均选用不锈钢；缸体与上、下固定板通过螺纹加密封胶相结合的方式紧密连接；缸体盖板与上固定板通过螺钉连接；高压导电杆和低压导电杆均选用10mm的铜质导电杆；绝缘套管选用聚四氟乙烯。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型包括固体金属突出物缺陷模型、绝缘子气隙缺陷模型、绝缘子表面金属污秽模型和自由金属微粒缺陷模型。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，固体金属突出物缺陷模型包括针电极和板电极；针电极与高压导电杆连接，针电极选用黄铜材质，尖端曲率半径约为0.3mm，锥尖角30°；板电极与低压导电杆连接，板电极选用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极，其表面抛光；针-板电极间距为10mm。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，绝缘子气隙缺陷模型包括上、下电极板和绝缘子，绝缘子与上电极板留有1mm的间隙，与下电极板采用环氧树脂胶紧密粘贴；且上、下电极板采用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极；绝缘子采用直径为45mm，高为25cm的圆柱形环氧树脂。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，绝缘子表面金属污秽模型包括上、下电极板、绝缘子和铜屑，绝缘子的上下表面与电极板采用环氧树脂胶紧密粘贴，铜屑粘贴在绝缘子外表面；且上、下电极板采用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极；绝缘子采用直径为45mm，高为25cm的圆柱形环氧树脂；铜屑为20mm×15mm的长方形。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，自由金属微粒缺陷模型包括球、碗电极和金属微粒，球、碗电极同心放置，球电极与高压导电杆连接，碗电极与低压导电杆连接；碗电极半径为60mm；球电极半径为22mm；球、碗电极均采用不锈钢材质；金属微粒采用方形铝薄屑，尺寸为1×1mm，50颗≤金属微粒数量≤200颗。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，空气湿度调节装置包括真空泵、循环气泵、真空表、压力表和去离子水容器；真空泵和循环气泵的一端与排气口连接，真空泵的另一端与空气放电分解产物检测系统连接；循环气泵的另一端与去离子水容器连接；真空表和压力表均安装于排气口；进气口与去离子水容器连接；循环气泵采用FCY5015型微型循环气泵。在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，空气放电分解产物检测系统采用ecom-EN2型烟气分析仪，烟气分析仪包括帕尔帖气体冷却器、气体采样泵、CO过载自动保护和数据处理。为实现上述第二个目的，本专利技术采用的技术方案是：一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台的实验方法，包括以下步骤：步骤1、实验开始之前，清洁放电分解气室内部以及模拟缺陷故障典型缺陷物理模型；将待测典型缺陷物理模型安装于放电分解气室内；步骤2、实验过程中，将放电分解气室的湿度控制在同一水平；首先对放电分解气室进行抽真空处理，然后注入干燥空气直至放电分解气室中的气压与大气压一致，利用循环气泵抽打去离子水调节湿度至70RH%；步骤3、利用脉冲电流法对待测典型缺陷物理模型进行放电量的校准，通过逐步升压法确定电压梯度或微粒颗数调节放电量，并测量各实验组的PD特性，采集统计相关数据；步骤4、实验持续24h，用烟气分析仪每4小时测量一次分解组分，记录各组分的浓度值；得到实验结果，完成绝缘缺陷模拟放电实验。本专利技术的有益效果为：根据开关柜内部空气局部放电的实际情况，设计了能反映局部放电发生机理及发生位置的四种典型绝缘缺陷模型，实验时可根据要求直接在放电分解气室中进行替换。放电气室缸体采用有机玻璃，具有耐腐蚀能力强、耐压高、通透性好、不易变形等特点。同时为确保实验过程中环境湿度较为一致，安装了空气湿度调节装置，可提高实验结果的真实性和准确性。放电产物检测系统则可有效检测CH4、NH3、CO、O3、NO2等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，包括模拟空气放电故障实验研究平台，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型，空气湿度调节装置和空气放电分解产物检测系统；模拟缺陷故障典型缺陷物理模型置于模拟空气放电故障实验研究平台之中；空气湿度调节装置与模拟空气放电故障实验研究平台相连接，空气放电分解产物检测系统与空气湿度调节装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，包括模拟空气放电故障实验研究平台，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型，空气湿度调节装置和空气放电分解产物检测系统；模拟缺陷故障典型缺陷物理模型置于模拟空气放电故障实验研究平台之中；空气湿度调节装置与模拟空气放电故障实验研究平台相连接，空气放电分解产物检测系统与空气湿度调节装置连接。2.如权利要求1所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，模拟空气放电故障实验研究平台包括调压器、无晕试验交流变压器、第一保护电阻、第二保护电阻、分压器、放电分解气室、检测阻抗、耦合电容及数字示波器；调压器连接无晕试验交流变压器，无晕试验交流变压器连接第一保护电阻后并联分压器，分压器与第二保护电阻连接后再连接放电分解气室，耦合电容与检测阻抗连接后再接入放电分解气室，耦合电容与检测阻抗之间接入数字示波器。3.如权利要求2所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，放电分解气室包括缸体，上、下固定板、缸体盖板和导电部件；缸体的上部和下部分别与上、下固定板紧密连接，缸体盖板活动连接于上固定板之上，缸体盖板和下固定板上均装有导电部件；下固定板上分别设置有进气口和排气口。4.如权利要求3所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，导电部件包括绝缘套管、均压帽、高压导电杆和低压导电杆；高压导电杆和低压导电杆均通过绝缘套管，分别安装于缸体盖板和下固定板上，高压导电杆处在缸体外部的一端与均压帽和保护电阻连接，处在缸体内部的一端与模拟缺陷故障典型缺陷物理模型连接；低压导电杆处在缸体内部的一端与模拟缺陷故障典型缺陷物理模型连接，处在缸体外部的一端连接接地线。5.如权利要求4所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，缸体为圆柱形，采用有机玻璃；上、下固定板和缸体盖板均选用不锈钢；缸体与上、下固定板通过螺纹加密封胶相结合的方式紧密连接；缸体盖板与上固定板通过螺钉连接；高压导电杆和低压导电杆均选用10mm的铜质导电杆；绝缘套管选用聚四氟乙烯。6.如权利要求4所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型包括固体金属突出物缺陷模型、绝缘子气隙缺陷模型、绝缘子表面金属污秽模型和自由金属微粒缺陷模型。7.如权利要求6所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，固体金属突出物缺陷模型包括针电极和板电极；针电极与高压导电杆连接，针电极选用黄铜材质，尖端曲率半径约为0.3mm，锥尖角30°；板电极与低压导电杆连接，板电极选用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极，其表面抛光；针-板电极间距为10m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王力农，宋斌，林桐，简思亮，李恩文，方雅琪，侯显洲，陈康，高嘉辰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42