一种沿面放电下混合气体绝缘性能实验装置的制作方法

1.本发明涉及电气设备技术领域，尤其是涉及一种沿面放电下混合气体绝缘性能实验装置。


背景技术：

2.气体绝缘变压器(gas insulated transformer，英文简称git)具有不燃、不爆、噪音低等特点，适合应用于人口集中、防火防爆要求较高的城区或地下变电站。目前已有应用的git中基本采用sf6气体作为主要绝缘和冷却介质。但sf6气体温室效应强，由于严格的温室气体排放限制，寻找在git中替代sf6的新型环保气体更为迫切。近年来，以3m公司率先研发的c4f7n/co2环保绝缘气体在sf6替代气体研究和应用中逐渐成为主流技术路线，国际上ge、abb等设备制造企业，国内西开、平高、白云电器等企业均有采用该类型环保绝缘气体的gis或gil设备通过型式试验。
3.尽管git理论上被认为是少维护甚至免维护装置，但是在git的制造、检修、安装、运输、运行以及检修过程中，设备腔体内部会产生金属微粒等绝缘缺陷，金属微粒在跳动过程中会吸附到设备绝缘子支撑件表面，其中有些微粒可能吸附比较牢固，从而固定在绝缘子支撑件表面，随着设备长时间运行，固定在绝缘子支撑件表面的金属微粒越来越多，最后形成绝缘污秽等缺陷。金属微粒在电场中会感应出电荷，污秽缺陷的形成会导致电荷积聚，当电荷积聚到一定程度后，会使绝缘子表面电场发生严重畸变，进一步甚至引发绝缘子支撑件沿面放电。目前缺乏有效研究git设备的实验装置。


技术实现要素：

4.本发明提供一种沿面放电下混合气体绝缘性能实验装置，能够研究git设备内绝缘子支撑件发生沿面放电时绝缘气体以及绝缘材料的变化。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种沿面放电下混合气体绝缘性能实验装置，包括：
6.试验气罐，其内设有绝缘子支撑件样品，并配置有密封观察窗，所述试验气罐的一端设有高压套管和高压导杆，所述高压导杆固定在所述高压套管内，所述高压导杆的一端穿过所述高压套管，所述高压导杆的另一端位于所述试验气罐的内腔，且所述绝缘子支撑件样品固定在所述高压导杆上，所述试验气罐的底部设有低压套管和低压导杆，所述低压导杆固定在所述试验气罐的底部；
7.放电模拟装置，其具有高压电输出端和低压电输出端，所述高压电输出端与所述高压导杆的一端连接，所述低压电输出端与所述低压导杆连接；
8.气体控制装置，其包括罐内气体流通模拟模块、气体供应模块；所述罐内气体流通模块包括与所述试验气罐内腔连通的气体流通管道、配置于所述气体流通管道上的进样口、流量检测模块、至少一气体控制阀；所述气体供应模块的供气管与所述试验气罐内腔连通；
9.数据采集装置，其包括罐内气压检测模块、罐内温度检测模块以及通过所述密封观察窗采集所述试验气罐内部图像的摄影装置。
10.作为进一步改进方案，实验装置还包括：
11.控制装置，其用于获取所述流量检测模块、所述罐内气压检测模块、所述罐内温度检测模块的采集数据，并控制所述气体控制阀的阀门开度以及所述气体供应模块的气体输出流量。
12.作为进一步改进方案，所述放电模块装置，包括：
13.调压器、试验变压器和保护电路，所述调压器、所述试验变压器、所述保护电路共地；
14.所述调压器的输出端与所述试验变压器的输入端连接，所述试验变压器的输出端与所述保护电路的输入端连接，所述保护电路的输出端分别连接所述高压电输出端和所述低压电输出端。
15.作为进一步改进方案，所述保护电路，包括：
16.保护电阻、电容分压器、电压检测模块和耦合电容；
17.所述保护电阻的输入端连接所述试验变压器的输出端，所述保护电阻的输出端分别连接所述电容分压器的一端、所述耦合电容的一端、所述高压电输出端；
18.所述电容分压器的另一端、所述耦合电容的另一端均与所述低压电输出端连接并共地；
19.所述电压检测模块的输入端连接所述电容分压器。
20.作为进一步改进方案，所述试验气罐为不锈钢气罐。
21.作为进一步改进方案，所述密封观察窗为石英透光件，所述石英透光件配置在所述试验气罐的侧部，所述摄像装置为高频摄像机，所述高频摄像机的摄像头朝向所述石英透光件。
22.作为进一步改进方案，所述气体供应模块包括真空泵和进气管道，所述进气管道的顶端连接所述真空泵，所述进气管道的供气端与所述试验气罐内腔连通，所述进气管道上设有采气口；所述罐内温度检测模块的检测口、所述罐内气压检测模块的检测口配置在所述进气管道上。
23.作为进一步改进方案，配置于所述实验装置的操作方法包括以下步骤：
24.气体控制装置将经过洗气操作后的绝缘气体注入到所述试验气罐内腔中，以模拟所述绝缘子支撑件样品所处环境；
25.所述放电模拟装置向所述高压导杆、所述低压导杆放电并增强放电电压；
26.所述数据采集装置获取所述试验气罐内经过沿面放电后的绝缘介质的变化数据。
27.相比于现有技术，本发明实施例提供一种沿面放电下混合气体绝缘性能实验装置，进行实验时，通过放电模拟装置控制加压，并由电压表记录所加电压数值对支撑件中间与边缘间进行加压，对支撑件模型电极发生沿面放电时的实验现象进行记录。并在实验后采集经过沿面放电影响后的绝缘气体介质，研究支撑件发生沿面放电对其周围绝缘介质的影响其有益效果在于，通过数据采集装置获取罐内气压和温度，能够及时采集数据以更为准确的观察实验现象；另外通过罐内气体流通模拟模块使罐内气体进行流通以及气体流通速度，模拟支撑件所处的流动的气体环境；罐内气体流通模拟模块还可加入多种物质如水
蒸气等，模拟支撑件所处的微水微氧环境，对多种场合下的绝缘子支撑件进行实验现象以及数据的采集。
附图说明
28.图1是本发明实施例中的沿面放电下混合气体绝缘性能实验装置的结构示意图；
29.其中，说明书附图中的标记如下：
30.1、调压器；2、试验变压器；3：保护电阻；4、电容分压器；5：耦合电容；6、高压套管；7、高压导杆；8、试验气罐外壳；9、罐内气压检测模块；10、罐内温度检测模块；11、球阀；12、真空泵；13、采气口；14、固定螺钉；15、密封观察窗；16、高频摄像机；17、支撑脚；18、低压套管；19、低压导杆；20、绝缘子支撑件样品；21、电压表；22、进样口；23、流量检测模块。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在电气设备中，由于应用制造等因素致使气体绝缘设备内部都会有绝缘缺陷，随着设备的长期运行，固定在绝缘子支撑件表面的金属微粒越来越多，最后形成绝缘污秽等缺陷。金属微粒在电场中会感应出电荷，污秽缺陷的形成会导致电荷积聚，当电荷积聚到一定程度后，会使绝缘子表面电场发生严重畸变，进一步甚至引发绝缘子支撑件沿面放电，而在每次放电过程都伴随有高能量电子或加速电子的冲击，但是这种放电所产生的能量是很小的，时间也非常短暂，所以它的短时存在对电气设备的绝缘强度影响非常微弱，相对设备的绝缘强度，这么细微的变化可以忽略不计。但若电气设备在运行电压下不断出现局部放电，对设备绝缘特性的影响将会日积月累，此时不能忽略局部放电所带来的影响。长期局部放电作用会引起多种形式的物理效应和化学反应，就可能导致气体绝缘介质的具有绝缘特性化学键发生断裂，破坏绝缘介质的分子结构，这些微弱的放电经长期持续不断，将产生累积效应，使得绝缘介质的介电强度逐渐减弱并使局部缺陷进一步扩大，造成绝缘劣化，加速绝缘系统损坏过程，最后导致整个绝缘被破坏。因此，本发明有必要研究c4f7n混合气体的沿面放电分解特性和，通过对不同绝缘材料的环形绝缘子进行一定时间的沿面放电实验，并每隔一点时间对气罐内气体进行采集，通过气相色谱质谱联合检测法(gc-ms)检测得到的产物组分以及产物含量，从而对不同绝缘材料的绝缘子沿面放电分解特性进行分析总结，得到不同材质下不同环境的沿面放电分解特征量，通过采集设备内气体特征量产物分析其绝缘缺陷类型以及沿面放电发生位置，从而对git的监测手段提供依据。
33.请参见图1，本发明实施例提供一种沿面放电下混合气体绝缘性能实验装置，包括：
34.试验气罐，其内设有绝缘子支撑件样品20，并配置有密封观察窗15，所述试验气罐的一端设有高压套管6和高压导杆7，所述高压导杆7固定在所述高压套管6内，所述高压导杆7的一端穿过所述高压套管6，所述高压导杆7的另一端位于所述试验气罐的内腔，且所述绝缘子支撑件样品20固定在所述高压导杆7上，所述试验气罐的底部设有低压套管18和低
压导杆19，所述低压导杆19固定在所述试验气罐的底部；所述试验气罐的底部设有支撑脚17；
35.放电模拟装置，其具有高压电输出端和低压电输出端，所述高压电输出端与所述高压导杆7的一端连接，所述低压电输出端与所述低压导杆19连接；
36.气体控制装置，其包括罐内气体流通模拟模块、气体供应模块；所述罐内气体流通模块包括与所述试验气罐内腔连通的气体流通管道、配置于所述气体流通管道上的进样口22、流量检测模块23、至少一气体控制阀；所述气体供应模块的供气管与所述试验气罐内腔连通；本实施例的绝缘气体介质采用c4f7n/co2混合气体。
37.数据采集装置，其包括罐内气压检测模块9、罐内温度检测模块10以及通过所述密封观察窗15采集所述试验气罐内部图像的摄影装置，所述密封观察窗15通过固定螺钉14安装在所述试验气罐上。
38.本发明实施例提供一种沿面放电下混合气体绝缘性能实验装置，进行实验时，通过放电模拟装置控制加压，并由电压表21记录所加电压数值对支撑件中间与边缘间进行加压，对支撑件模型电极发生沿面放电时的实验现象进行记录。并在实验后采集经过沿面放电影响后的绝缘气体介质，研究支撑件发生沿面放电对其周围绝缘介质的影响其有益效果在于，通过数据采集装置获取罐内气压和温度，能够及时采集数据以更为准确的观察实验现象；另外通过罐内气体流通模拟模块使罐内气体进行流通以及气体流通速度，模拟支撑件所处的流动的气体环境；罐内气体流通模拟模块还可加入多种物质如水蒸气等，模拟支撑件所处的微水微氧环境，对多种场合下的绝缘子支撑件进行实验现象以及数据的采集。
39.作为进一步改进方案，实验装置还包括：
40.控制装置，其用于获取所述流量检测模块23、所述罐内气压检测模块9、所述罐内温度检测模块10的采集数据，并控制所述气体控制阀的阀门开度以及所述气体供应模块的气体输出流量。
41.作为进一步改进方案，所述放电模块装置，包括：
42.调压器1、试验变压器2和保护电路，所述调压器1、所述试验变压器2、所述保护电路共地；所述调压器1的输出端与所述试验变压器2的输入端连接，所述试验变压器2的输出端与所述保护电路的输入端连接，所述保护电路的输出端分别连接所述高压电输出端和所述低压电输出端。在本实施例中，所述调压器1选用型号为ydtw-50kva/100kv的无晕试验变压器2，所述试验变压器2提供实验所需工频电压，输出电压范围为0-100kv。
43.作为进一步改进方案，所述保护电路，包括：保护电阻3、电容分压器4、电压检测模块和耦合电容5；所述保护电阻3的输入端连接所述试验变压器2的输出端，所述保护电阻3的输出端分别连接所述电容分压器4的一端、所述耦合电容5的一端、所述高压电输出端；所述电容分压器4的另一端、所述耦合电容5的另一端均与所述低压电输出端连接并共地；所述电压检测模块的输入端连接所述电容分压器4。
44.所述保护电阻3采用10kω，所述电容分压器4的分压比为500pf/500nf。
45.作为进一步改进方案，所述试验气罐为不锈钢气罐。优选的，不锈钢气罐选用304l不锈钢材料，以此保证气罐的强度，确保实验装置内部能够模拟git内绝对气压0.24mpa环境。
46.作为进一步改进方案，所述密封观察窗15为石英透光件，所述石英透光件配置在
所述试验气罐的侧部，所述摄像装置为高频摄像机16，所述高频摄像机16的摄像头朝向所述石英透光件。
47.所述气体供应模块包括真空泵12和进气管道，所述进气管道的顶端连接所述真空泵12，所述进气管道的供气端与所述试验气罐内腔连通，所述进气管道上设有采气口13；所述罐内温度检测模块10的检测口、所述罐内气压检测模块9的检测口配置在所述进气管道上。
48.在本发明实施例中，配置于所述实验装置的操作方法包括以下步骤：
49.s1、气体控制装置将经过洗气操作后的绝缘气体注入到所述试验气罐内腔中，以模拟所述绝缘子支撑件样品20所处环境；
50.s2、所述放电模拟装置向所述高压导杆7、所述低压导杆19放电并增强放电电压；
51.在所述放电模拟装置中，所述调压器1以及所述试验变压器2提供样品上所需电压，所述保护电阻3的保护电路上元件能够使得样品受到击穿时产生的电涌电流影响，通过所述电容分压器4以及所述电压表21记录样品上所加的电压，所述耦合电容5将工频电流阻隔，使得强电和弱电两个系统通过电容器耦合并隔离，提供高频信号通路，阻止工频电流进入弱电系统，保证人身安全。
52.另外，所述高压套管6将内部的所述高压导杆7引出，能够起到固定导杆以及绝缘的作用，所述高压导杆7的直径为10mm，使用金属材料为黄铜，中段凸起部分能够起到固定所述绝缘子支撑件样品20的作用，通过所述试验气罐内壁的凸起以及高压导杆7上的凸起部分固定住绝缘子支撑件样品20。
53.s3、所述数据采集装置获取所述试验气罐内经过沿面放电后的绝缘介质的变化数据。
54.所述实验装置通过所述罐内气压检测模块9监测装置内部气压，通过控制气体控制阀(球阀11)的通断，以此控制罐内的进气与采气；另外通过所述罐内温度检测模块10可以记录装置内部温度变化，以确定实验模拟环境的变化情况，通过用高频摄像机16透过所述石英透光件构成的石英窗记录样品的沿面闪络路径等情况。同时，可以通过23电磁流量计使罐内气体进行流通以及气体流通速度，模拟支撑件所处的流动的气体环境。还可通过所述流量检测模块23(如电磁流通计)所在气体流通管道的进样口22加入多种物质如水蒸气等，以此模拟支撑件所处的微水微氧环境，对多种场合下的绝缘子支撑件进行实验现象以及数据的采集。
55.本实施例在实验准备阶段，首先将准备好的环形的绝缘子支撑件样品20安装在实验装置内，在经过洗气操作后注入绝缘气体介质c4f7n/co2混合气体，以模拟气体绝缘变压器支撑件所处环境。
56.进行实验时，通过调压器1控制加压，并由电压表21记录所加电压数值对支撑件中间与边缘间进行加压，对绝缘子支撑件样品20的电极发生沿面放电时的实验现象进行记录。
57.在实验结束后采集经过沿面放电影响后的绝缘气体介质，研究支撑件发生沿面放电对其周围绝缘介质的影响。
58.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为
本发明的保护范围。