一種用於直流氣體絕緣電氣設備局部放電分解實驗的氣體放電室的製作方法

2023-05-11 20:48:31

本實用新型屬於六氟化硫(SF6)氣體絕緣電氣設備的絕緣狀態在線監測技術領域，具體涉及一種用於直流氣體絕緣電氣設備局部放電分解實驗的氣體放電室。

背景技術：

由於六氟化硫(SF6)具有優良的絕緣和滅弧性能，使得以SF6作為絕緣介質的SF6氣體絕緣電氣設備具有絕緣強度高、可靠性高、佔地面積小及維護工作量小等優點，因而愈來愈廣泛地應用於高壓和超/特高壓輸變電領域中。但SF6氣體絕緣電氣設備在製造、裝配和運行過程中無法避免地會出現一些絕緣缺陷，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致設備內部發生PD，在PD作用下SF6氣體會發生分解，並與SF6氣體中不可避免含有的微量空氣和水分等雜質，發生反應生成如SOF2、SO2F2、SOF4、SO2、CF4、CO2、HF、H2S等產物，這些生成物會進一步加劇絕緣缺陷的劣化，從而使設備的整體絕緣性能降低，危及設備的安全運行。因此，十分有必要對SF6氣體絕緣電氣設備的早期絕緣狀況進行有效的評估和預警。

然而，由於SF6氣體絕緣電氣設備是全封閉組合式結構，故其故障定位和檢修工作的執行相較傳統的敞開式設備而言非常困難，且一旦發生事故，停電檢修時間會更長、停電範圍也會更廣，因而也會帶來更大的經濟損失。

SF6氣體絕緣電氣設備內部的絕緣缺陷引發的PD一方面是絕緣發生劣化的主要原因，另一方面也是反映氣體絕緣電氣設備內部絕緣狀態的特徵量。 因此，可以對SF6氣體絕緣電氣設備中PD展開在線監測以及時發現其中一些潛在的絕緣缺陷。目前用來檢測SF6電氣設備PD的方法主要有脈衝電流法、超聲波法、超高頻法和SF6分解組分分析法等。可通過各種檢測方法對氣體絕緣電氣設備內部PD進行監測，得到各種檢測方法下的特徵量與PD的關係，提取出能夠表徵PD的特徵量，完善SF6在PD下的分解理論，為實現SF6氣體絕緣電氣設備的狀態監測和故障診斷提供科學的理論依據。所以研製SF6氣體絕緣電氣設備PD分解的模擬裝置，對於SF6氣體絕緣電氣設備的狀態監測和故障診斷以避免大停電事故及保證電力系統安全運行具有深遠的意義。

目前國內外在SF6氣體絕緣電氣設備PD在線監測的研究主要集中在交流條件下，現有的SF6氣體絕緣電氣設備故障的模擬實驗裝置，如專利號為ZL2007100784930的「六氟化硫放電分解組分分析系統及其使用方法」專利，也只針對交流條件下SF6氣體絕緣電氣設備PD的模擬實驗，不能進行直流條件下的PD實驗。國際上關於直流氣體絕緣電氣設備包括直流GIL、直流GIS的研究始於19世紀60年代，在70年代直流GIL就在全世界範圍內得到應用。隨著特高壓直流輸電工程的發展，直流SF6氣體絕緣電氣設備以其特有的優勢也必將在電力系統中得到愈來愈廣泛地應用。因而研究直流條件下SF6PD的分解特性對於完善SF6PD分解理論具有重要的意義。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有的SF6氣體絕緣電氣設備的故障模擬實驗裝置的不足，提供一種用於直流氣體絕緣電氣設備局部放電分解實驗的氣體放電室。

本實用新型的技術方案是：

一種用於直流氣體絕緣電氣設備局部放電分解實驗的氣體放電室，其特徵在於，包括不鏽鋼缸體、橢圓形頂蓋、高壓套管、高壓導杆、法蘭、螺釘、真空壓力表球閥和真空壓力表、真空泵球閥和真空泵、進樣球閥和進樣口、支撐腳、接地導電桿、絕緣缺陷、採樣球閥、採樣口及石英觀察窗；

所述的不鏽鋼缸體的形狀為內徑為50cm、厚度為1.0cm、高度為60cm的圓柱體，兩端採用橢圓形封頭結構；所述的不鏽鋼缸體最高可以承受5個大氣壓；所述的不鏽鋼缸體的頂端封口為可方便拆卸的橢圓形頂蓋，在所述的不鏽鋼缸體上端開口處固接一直徑為55cm、厚度為1.0cm的不鏽鋼材質的法蘭，採用矩形密封槽配合o形橡膠圈密封結構，並使用15根螺杆直徑為15mm的螺釘提供足夠的壓緊力將直徑為55cm、厚度為1.2cm的不鏽鋼材質的頂蓋固定在所述的不鏽鋼缸體的法蘭上以保證缸體的密封性；

在所述的橢圓形頂蓋中心處設置一個孔徑為20cm的通孔，所述高壓導杆和法蘭與所述的聚四氟乙烯高壓套管一次性封裝成形從頂蓋的通孔深入到缸體內部，通過法蘭將頂蓋的通孔密封；在所述的不鏽鋼缸體底端中心處設置一個15mm的通孔，接地導電桿穿過該通孔並密封固定在所述的不鏽鋼缸體底部；所述接地導電桿伸出缸體的一端通過銅編帶接地，其伸入缸體內部的一端及高壓導電桿伸入缸體內部的一端均採用螺紋總長為20mm，螺距為1mm的螺紋結構與所述的絕緣缺陷電極連接以調節電極之間的距離。

在上述的一種用於直流氣體絕緣電氣設備局部放電分解實驗的氣體放電室，在所述的不鏽鋼缸體的一側壁的中部設置一孔徑為2cm的通孔；該通孔連通一根不鏽鋼管，所述的真空壓力表通過真空壓力球閥接在不鏽鋼管上用以監測和顯示缸體內部真空度和氣壓大小，同樣的不鏽鋼管上面再接一個進 樣球閥，該進樣球閥另一端進樣口通過特氟龍導氣管與SF6鋼瓶連通用以充氣；所述的真空泵通過真空泵球閥接到不鏽鋼管末端，用以對缸體內抽真空。

在上述的一種用於直流氣體絕緣電氣設備局部放電分解實驗的氣體放電室，在所述的不鏽鋼缸體的一側壁的中部設置一孔徑為1.5cm的通孔，所述的採樣球閥的一端通過不鏽鋼管與該採樣孔連通，採樣球閥的另一端採樣口通過特氟龍導氣管與所述的氣相色譜質譜聯用儀連通，用以檢測SF6氣體在直流條件下的PD的分解組分及其含量；在所述的不鏽鋼缸體的抽氣孔和採樣孔之間的兩側壁上，分別設置兩個直徑為8cm、厚度為5mm的石英玻璃觀察窗，石英玻璃裝在對接法蘭之間，用o形橡膠墊密封並用10根螺杆直徑為15mm的螺釘壓緊固定，使電極正好處於觀察窗的觀察範圍內用以利用紫外成像儀或高速攝像機來觀察和攝取PD過程圖像；在所述的不鏽鋼缸體的底端沿圓柱面的外側均勻的固接3個長度為10cm的支撐腳，用以支撐和保護缸體、方便操作和監測。

本實用新型具有如下優點：1.本實用新型能模擬SF6氣體絕緣電氣設備在直流條件下發生PD的狀況，彌補了現有SF6氣體絕緣電氣設備的故障模擬實驗裝置僅能模擬其在交流條件下發生PD的不足。利用本實用新型裝置可以研究SF6在直流條件下PD的分解特性，為完善SF6在PD下的分解理論，以及直流SF6氣體絕緣電氣設備的狀態監測和故障診斷打下實驗基礎。2.本實用新型的直流施壓系統利用四個高壓矽堆構成橋式整流，再使用一個電容量足夠大的濾波電容平波，可以向氣體放電室提供一個紋波因數滿足直流高壓試驗國家標準的kV級直流高壓，以準確模擬直流SF6氣體絕緣電氣設備的實際工作電壓。3.本實用新型裝置設置了四種典型的絕緣缺陷模型，涵蓋了SF6氣體絕 緣電氣設備實際中常見的金屬突出物、自由金屬微粒、絕緣子表面汙染、絕緣子氣隙四種絕緣缺陷，模擬準確度高。4.本實用新型裝置將位於氣體放電室內的導電桿及絕緣缺陷模型電極連接杆設置為螺紋結構用以調節電極之間的距離，實現電極距離對SF6PD分解影響的研究。5.本實用新型裝置中氣體組分檢測系統使用氣相色譜質譜聯用儀，可以檢測SO2F2、SOF2、CO2、CF4、H2S、SO2等SF6氣體的各種分解氣體產物的含量，檢測靈敏度高，樣品用量少，選擇性好，檢測精度可以達到ppmv級。6.本實用新型裝置的結構簡單，成本低。本實用新型可廣泛用於SF6氣體絕緣電氣設備在直流條件下PD的模擬，為SF6氣體絕緣電氣設備在直流條件下PD分解特性及分解理論的實驗研究提供了一種簡單易用的方法和實驗平臺。

附圖說明

圖1為本實用新型的主視結構示意圖。

圖2為圖1的俯視圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式，進一步說明本實用新型。

圖中：14、不鏽鋼缸體，15、橢圓形頂蓋，16、高壓套管，17、高壓導杆，18、法蘭，19、螺釘，20、真空壓力表球閥，21、真空壓力表，22、真空泵球閥，23、真空泵，24、進樣球閥，25、進樣口，26、支撐腳，27、接地導電桿，28、絕緣缺陷，29、採樣球閥，30、採樣口，31、石英玻璃觀察窗。

實施例

如圖1～2所示，氣體放電室主要由不鏽鋼缸體14、橢圓形頂蓋15、高 壓套管16、高壓導杆17、法蘭18、螺釘19、真空壓力表球閥20和真空壓力表21、真空泵球閥22和真空泵23、進樣球閥24和進樣口25、支撐腳26、接地導電桿27、絕緣缺陷28、採樣球閥29、採樣口30及石英觀察窗31構成。所述的不鏽鋼缸體14的形狀為內徑為50cm、厚度為1.0cm、高度為60cm的圓柱體，兩端採用橢圓形封頭結構。所述的不鏽鋼缸體14最高可以承受5個大氣壓。所述的不鏽鋼缸體14的頂端封口為可方便拆卸的橢圓形頂蓋15，在所述的不鏽鋼缸體14上端開口處固接一直徑為55cm、厚度為1.0cm的不鏽鋼材質的法蘭18，採用矩形密封槽配合「O」形橡膠圈密封結構，並使用15根螺杆直徑為15mm的螺釘19提供足夠的壓緊力將直徑為55cm、厚度為1.2cm的不鏽鋼材質的頂蓋15固定在所述的不鏽鋼缸體14的法蘭上以保證缸體的密封性。在所述的橢圓形頂蓋15中心處設置一個孔徑為20cm的通孔，所述高壓導杆17和法蘭與所述的聚四氟乙烯高壓套管16一次性封裝成形從頂蓋的通孔深入到缸體內部，通過法蘭將頂蓋的通孔密封。在所述的不鏽鋼缸體底端中心處設置一個15mm的通孔，接地導電桿27穿過該通孔並密封固定在所述的不鏽鋼缸體底部。所述接地導電桿27伸出缸體的一端通過銅編帶接地，其伸入缸體內部的一端及高壓導電桿伸入缸體內部的一端均採用螺紋總長為20mm，螺距為1mm的螺紋結構與所述的絕緣缺陷電極連接以調節電極之間的距離。在所述的不鏽鋼缸體14的一側壁的中部設置一孔徑為2cm的通孔。該通孔連通一根不鏽鋼管，所述的真空壓力表21通過真空壓力球閥20接在不鏽鋼管上用以監測和顯示缸體內部真空度和氣壓大小，同樣的不鏽鋼管上面再接一個進樣球閥24，該進樣球閥24另一端進樣口25通過特氟龍導氣管與SF6鋼瓶連通用以充氣。所述的真空泵23通過真空泵球閥22接到不鏽鋼管末 端，用以對缸體內抽真空。在所述的不鏽鋼缸體的一側壁的中部設置一孔徑為1.5cm的通孔(即採樣孔)，所述的採樣球閥29的一端通過不鏽鋼管與該採樣孔連通，採樣球閥29的另一端採樣口30通過特氟龍導氣管與所述的氣相色譜質譜聯用儀10連通，用以檢測SF6氣體在直流條件下的PD的分解組分及其含量。在所述的不鏽鋼缸體14的抽氣孔和採樣孔之間的兩側壁上，分別設置兩個直徑為8cm、厚度為5mm的石英玻璃觀察窗31，石英玻璃裝在對接法蘭之間，用「O」形橡膠墊密封並用10根螺杆直徑為15mm的螺釘壓緊固定，使電極正好處於觀察窗的觀察範圍內用以利用紫外成像儀或高速攝像機來觀察和攝取PD過程圖像。在所述的不鏽鋼缸體14的底端沿圓柱面的外側均勻的固接3個長度為10cm的支撐腳26，用以支撐和保護缸體、方便操作和監測。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。