基于制造技术

本发明专利技术提供了基于

【技术实现步骤摘要】
基于SF6气体分解产物的断路器电寿命评估装置和方法


[0001]本专利技术属于
SF6断路器电寿命状态评估
，具体而言，涉及基于
SF6气体分解产物的断路器电寿命评估装置和方法
。

技术介绍

[0002]SF6用作断路器中灭弧介质始于
20
世纪
50
年代初
。
由于这种气体的优异特性，使这种断路器单断口在电压和电流参数方面大大高于压缩空气断路器和少油断路器，并且不需要高的气压和相当多的串联断口数
。
在
20
世纪
60
～
70
年代，
SF6断路器已广泛用于超高压大容量电力系统中
。80
年代初已研制成功
363
千伏单断口
、550
千伏双断口和额定开断电流达
80、100
千安的
SF6断路器
。SF6具有良好的绝缘性能和灭弧能力，因此以
SF6为介质的高压断路器在
110kV
及以上电压等级的电力系统中得到了广泛运用
。
电寿命是制约
SF6断路器服役使用寿命的主要因素
。
由于开断电流时电弧烧蚀作用的累积，灭弧室内触头性能退化，开断能力下降，如果不能及时发现并更换，可能会发生开断电流失败的严重事故
。
[0003]许多学者
、
工作人员验证了气体产物检测手段反映设备内局部放电/>、
过热等潜伏性故障的有效性
。
相比于潜伏性故障导致的局部放电或过热，断路器正常开断
kA
级别电流时释放出更大数量级的能量，反应生成更大量的稳定分解产物，因此通过检测断路器开断电流后的产物反映电弧对触头的烧蚀状态具有可行性
。
目前已有许多现场运用
SF6分解产物进行断路器状态判断的实例，但大都只是基于少数几种产物的体积分数是否超过经验阈值来进行粗略判断
。
相关规定中，
SF6气体运行中的湿度和泄漏标准在
IEC
和
Q/GDW1168—2013《
输变电设备状态检修试验规程
》
中已有规定，但分解产物在国内还无成熟标准
。IEC60480—2004“六氟化硫电气设备中气体中的检测和处理导则及其利用规范”中提出了
SO2、SO2F2
和
HF
的最大可接受的体积分数，而新版
《
输变电设备状态检修试验规程
》
仅在诊断性试验中对
SO2
和
H2S
规定了注意值不大于1μ
L/L。
然而已有工程实例显示在断路器状态正常情况工作状态下，由于开断正常工作电流导致的分解组分体积分数超出标准规定的注意值
。
[0004]断路器的电寿命退化程度主要取决于电弧对触头的烧蚀程度，同时触头的烧蚀程度与累计开断电流的电弧能量有关，而电弧能量的不同势必会造成分解产物的显著差异，除此之外喷口绝缘材料的类型
、
吸附剂以及灭弧室内部微水含量等都会影响
SF6气体分解产物特性，因此有必要系统研究各因素对产物的影响，为现场通过
SF6气体分解产物检测判断断路器触头电寿命状态提供支撑
。
目前国内外有关研究中大都通过真型断路器开展试验进行研究，真型断路器的型号不同会降低试验结论的普适性，增加试验过程中的不可控变量，同时还存在成本高昂等问题
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供基于
SF6气体分解产物的断路器电寿命评估装置和方法，用于解决断路器试验过程中成本高昂的问题，可以方便
、
系统地研究
SF6放电分解特性，并根
据研究结果得出更准确有效的基于
SF6气体产物的断路器的剩余电寿命评估方法
。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]本专利技术的第一方面提供基于
SF6气体分解产物的断路器电寿命评估装置，所述装置包括具有气路
、
缸体的模拟试验罐
、
用于测量电弧电流的电源回路与检测系统，其特征在于，所述模拟试验罐内包括：高压套管
(40)
位于缸体
(10)
顶部，内部设置有高压导体深入所述模拟试验罐内部，所述高压导体安装高压端电极
(41)
，所述模拟试验罐底部设置有低压端导体并安装有低压端电极
(42)
；所述高压端电极
(41)
和所述低压端电极
(42)
上均设有凹槽，铜丝
(43)
通过缠绕于所述高压端电极
(41)
的凹槽与所述低压端电极
(42)
的凹槽之间，连接所述高压端电极
(41)
和所述低压端电极
(42)
，所述铜丝
(43)
熔断时，电弧形成并传导至所述高压端电极
(41)、
所述低压端电极
(42)
之间，实现电弧放电；
[0008]所述模拟试验罐用于在熔断所述铜丝
(43)
时模拟断路器的电弧现象，所述模拟试验罐中装有
SF6气体；所述检测系统，用于在所述铜丝
(43)
的熔断的状态后，通过检测分析
SF6气体分解产物浓度
、
以及微水含量，结合所述测量的电弧参数，共同获得评估的断路器的电寿命的拟合关系；
[0009]其中，微水含量和分解产物浓度的关系符合公式：其中，
v
为测量到的微水含量，
c2(SOF2)
为测量到的断路器的微水含量
v
下分解产物浓度，
c1(SOF2)
标准微水含量下的分解产物浓度；
[0010]所述分解产物浓度和电弧能量
E
的关系为：
c(SOF2)
＝
1.121
×
E
；
C
为
c1或
c2；
[0011]其中，
E
为每次断路器的拉弧能量
。
[0012]本专利技术的实施例，还提供一种基于上述装置的评估关系，对现场断路器的评估方法，在每次现场断路器断开后，在2小时内检测现场断路器的微水含量下分解产物浓度
c2(SOF2)、
以及现场的微水含量
v
，通过以下公式获得相应的标准微水含量下的分解产物浓度
c1(SOF2)
；
[0013][0014]其中：通过所述标准微水含量下的分解产物浓度
c1(SOF2)、
以及拟合公式：
c1(SOF2)
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于
SF6气体分解产物的断路器电寿命评估装置，所述装置包括具有气路
、
缸体的模拟试验罐
、
用于测量电弧电流的电源回路与检测系统，其特征在于，所述模拟试验罐内包括：高压套管
(40)
位于缸体
(10)
顶部，内部设置有高压导体深入所述模拟试验罐内部，所述高压导体安装高压端电极
(41)
，所述模拟试验罐底部设置有低压端导体并安装有低压端电极
(42)
；所述高压端电极
(41)
和所述低压端电极
(42)
上均设有凹槽，铜丝
(43)
通过缠绕于所述高压端电极
(41)
的凹槽与所述低压端电极
(42)
的凹槽之间，连接所述高压端电极
(41)
和所述低压端电极
(42)
，所述铜丝
(43)
熔断时，电弧形成并传导至所述高压端电极
(41)、
所述低压端电极
(42)
之间，实现电弧放电；所述模拟试验罐用于在熔断所述铜丝
(43)
时模拟断路器的电弧现象，所述模拟试验罐中装有
SF6气体；所述检测系统，用于在所述铜丝
(43)
的熔断的状态后，通过检测分析
SF6气体分解产物浓度
、
以及微水含量，结合所述测量的电弧参数，共同获得评估的断路器的电寿命的拟合关系；其中，微水含量和分解产物浓度的关系符合公式：其中，
v
为测量到的微水含量，
c2(SOF2)
为测量到的断路器的微水含量
v
条件下分解产物浓度，
c1(SOF2)
标准微水含量下的分解产物浓度；所述分解产物浓度和电弧能量
E
的关系为：
c(SOF2)
＝
1.121
×
E
；
C
为体积浓度，包括：
c1为标准微水含量条件的体积浓度，或
c2为测量现场情况的体积浓度；其中，
E
为每次断路器的拉弧能量
。2.
根据权利要求1所述的基于
SF6气体分解产物的断路器电寿命评估装置，其特征在于，所述模拟试验罐的气路包括：具有充气口
(11)、
出气口
(12)
以及采气口
(13)
，所述充气口
(11)
用于充入
SF6气体，所述出气口
(12)
用于真空泵抽取罐体气体便于洗气操作，所述采气口
(13)
连接气体采样袋进行取气采样操作，取气袋经过所述采气口
(13)
对所述模拟试验罐内的所述
SF6气体分解产物进行取样后，通过气相色谱
/
质谱联用仪检测所述
SF6气体分解产物浓度
。3.
根据权利要求2所述的基于
SF6气体分解产物的断路器电寿命评估装置，其特征在于，其中，所述电源回路包括试验回路，所述试验回路包括充电回路以及电弧相关数据的测量装置；所述充电回路由充电电源
、
整流硅堆
D、
电容器
C、
电感
L、
放电电阻
R、
合闸断路器
S1
和分闸断路器
S2
组成，所述整流硅堆
D
整流后向所述电容器
C
充电至电压
U0，所述电容器
C
与所述电感
L
形成
LC
振荡回路
。4.
根据权利要求3所述的基于
SF6气体分解产物的断路器电寿命评估装置，其特征在于，所述电弧相关数据的测量装置包括：通过高压探头和罗氏线圈完成电弧电流与电压的测量，由示波器记录所述测量数据结果；所述高压探头接于所述高压端电极
(41)
与所述低压端电极
(42)
之间，用于测量电弧电压；所述罗氏线圈接于所述充电回路中测量电弧电流
。5.
根据权利要求1所述的基于
SF6气体分解产物的断路器电寿命评估装置，其特征在于，所述检测系统获得所述评估的断路器的电寿命拟合关系，包括以下三种试验：
通过吸附剂组试验，获得多次不同电流熔断铜丝后，确定所述吸附剂在熔断后2小时内对分解产物浓度的检测无影响；通过微水含量试验，获得不同的微水含量条件，获得微水含量和分解产物浓度之间的所述关系通过电弧能量试验，获得分解产物浓度和电弧能量
E
的所述关系
c(SOF2)
＝
1.121
×
E
；
C
为体积浓度，包括：
c1为标准微水含量条件的体积浓度，或
c2为测量现场情况的体积浓度
。6.
根据权利要求5所述的基于
SF6气体分解产物的断路器电寿命评估装置，其特征在于，每种所述试验具体包括以下步骤：步骤1：将所述模拟试验罐装上所述视窗
(20)
，对所述模拟试验罐进行封闭；步骤2：用真空泵将所述模拟试验罐抽至真空，气压表
(30)
示数为
‑
0.1MPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙尚鹏，马飞越，相中华，黎炜，牛勃，王羽，王尧平，吴强，李志兵，陈磊，倪辉，魏莹，刘北阳，黄河，王雯，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司武汉大学中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：