一种热-电复合作用的绝缘介质故障模拟装置的制作方法

本发明涉及一种绝缘介质故障模拟装置。

背景技术：

sf6气体因其具有优异的绝缘和灭弧性能，广泛应用于断路器、互感器、套管、sf6气体绝缘组合电器(gasinsulatedswitchgear，gis)等电气设备中。目前，我国220kv及以上电压等级的超高压电网和特高压电网，已强制要求全部采用sf6开关设备，其保有量3.3万余个间隔，居世界第一。此外，sf6气体绝缘管道母线(gasinsulatedline，gil)等设备还是核电、水电及跨江输电管廊等关键场所的首选输电方式。

sf6气体化学性质稳定，但在放电或过热条件下会发生解离；在没有其他杂质存在时，解离的sf6会迅速复合还原为sf6气体。但在实际使用中，sf6气体中难免会混有少量水分和氧气等杂质，离解的sf6与这些杂质组分进一步反应，生成多种毒性大且腐蚀性强的分解产物：so2f2、sof2、so2、h2s等。这些分解产物存在于设备中，会进一步加速设备故障发展、危害检修人员的安全。作为电网中传输和分配电能的枢纽，sf6开关设备故障可能引发大型设备损毁、大面积停电等，造成巨大的经济和社会损失。

绝缘类故障在sf6电气设备故障中的占比最高，危害最大，该种故障最终会导致sf6气体发生分解。对分解气体的检测可以实现故障早期预警及故障类型的分析。然而目前对于故障情况与分解气体特征的映射关系还缺乏统一认识，导致sf6分解气体的故障判据尚无统一定论。目前的研究中多采用模拟装置对设备故障进行模拟，然而目前模拟装置只能模拟局部过热或局部放电等单一故障，未见热-电复合作用的模拟装置。同时目前对于局部放电的模拟未考虑电极温度的影响，而对于局部过热的模拟则未考虑电极场强的影响。

此外，c-c4f8、c4f7n、cf3i等气体绝缘介质在应用中也存在类似问题，亟需可实现热-电复合作用的模拟装置。

目前业内有针对变压器油的热-电复合作用模拟装置，如文献《穆龙，兰生，黄明亮.不同类型电热应力下变压器优质绝缘老化特性实验研究，电气技术，2018年12期》对于放电采用密封入箱体的针-板电极，而对于过热的模拟则将内含针-板电极的密封箱体整体放入温控箱进行加热和温度控制。该模拟方式存在两个问题，一是放电模拟装置的密封箱体采用的绝缘材料耐温能力有限，导致无法模拟较高的过热温度；二是模拟的故障与设备实际运行情况不符，采用温控箱模拟过热整个放电模拟装置的温度近似相等，而实际运行中设备温度分布是不均匀的存在很大温差。此外目前还未见针对气体绝缘介质的热-电复合模拟装置。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有模拟装置的不足，提出一种热-电复合作用的绝缘介质故障模拟装置。本发明可实现绝缘介质热-电复合作用下的绝缘介质故障模拟，使得绝缘介质故障模拟更加准确，为建立绝缘介质分解气体特征与故障状态的映射关系提供保障。

一种热-电复合作用的绝缘介质故障模拟装置，其特征在于：所述的装置包括密封容器、自加热电极模块、高压电极、高压穿墙套管、低压穿墙套管、进样口、取样口、放电检测装置、温度控制器、加热电源、穿板法兰、电加热棒、压力检测器、微水检测器、放电信号传感器、第一温度传感器以及第二温度传感器。

所述密封容器通过位于侧壁的进样口充入绝缘介质，外部的高压电源通过高压穿墙套管和低压穿墙套管分别与高压电极和自加热电极模块相连，所述高压穿墙套管位于密封容器上部，所述低压穿墙套管位于密封容器的下部，高压穿墙套管在密封容器内部与高压电极相连，低压穿墙套管在密封容器内部与自加热电极模块相连。

所述的自加热电极模块可以由针电极、上板电极、下板电极、加热器及导热硅脂构成；所述针电极采用螺纹固定在上板电极中心，上板电极与下板电极构成的空腔中装设有加热器，加热器与上板电极紧密贴合，加热器与上板电极之间涂覆有导热硅脂；所述加热器外壳为不锈钢材料，内部装设有加热丝，同时填充导热绝缘材料，加热丝通过陶瓷端子供电；所述上板电极的侧壁设置有第一温度传感器安装孔；下板电极的中心设置有连接孔；所述高压电极为bruce电极形式。

所述的自加热电极模块也可由气隙绝缘块、上板电极、下板电极、加热器及导热硅脂构成；所述气隙绝缘块为圆柱形结构，采用螺纹固定在上板电极的中心，且气隙绝缘块与上板电极之间涂覆有环氧树脂胶；气隙绝缘块与上板电极之间留有气隙；所述气隙绝缘块与高压电极之间采用环氧树脂胶精密贴合；采用该自加热电极模块，所述高压电极为bruce电极形式。

所述的自加热电极模块也可由污秽绝缘块、上板电极、下板电极、加热器及导热硅脂构成；所述污秽绝缘块为圆柱形结构，侧面有采用环氧树脂胶粘贴的金属碎屑，污秽绝缘块采用螺纹固定在上板电极中心，且污秽绝缘块与上板电极之间涂覆有环氧树脂胶；所述污秽绝缘块与高压电极之间采用环氧树脂胶精密贴合；采用该自加热电极模块，所述高压电极为bruce电极形式。

所述的自加热电极模块也可由自由金属微粒、半球型电极、下板电极、加热器及导热硅脂构成。所述自由金属微粒自由放置于半球型电极底部，半球型电极与下板电极构成的空腔中装设有加热器，加热器与半球型电极之间涂覆导热硅脂；所述半球型电极的侧壁设置有第一温度传感器安装孔；采用此种自加热电极模块时，所述的高压电极为球型电极，且球心与自加热电极模块内部半球型电极的球心重合。

所述取样口位于密封容器的侧壁，用于取出绝缘介质样品；所述放电检测装置安装于密封容器外部，通过信号线路与放电信号传感器相连，放电信号传感器安装于低压穿墙套管的外部引线上，获取放电信号；所述温度控制器设置于密封容器外部，通过穿板法兰与第一温度传感器、第二温度传感器相连，获得温度信号作为输入，同时通过信号线与所述加热电源相连，控制加热电源的功率，实现对所述电加热棒、自加热电极模块温度的控制；所述第一温度传感器安装在自加热电极模块表面，所述第二温度传感器安装在电加热棒表面，所述第一温度传感器和第二温度传感器为铠装式温度传感器；所述电加热棒、自加热电极模块内部的加热器由加热电源通过穿板法兰供电；所述电加热棒装设在密封容器内部且与高压电极、自加热电极模块分离。

所述压力检测器通过管路与密封容器相连；所述微水检测器传感端安装在密封容器侧壁，信号显示端装设在密封容器外部，实现对密封容器内部水分含量的监测。

本发明绝缘介质故障模拟装置装置工作时，可以通过温度控制器实现3类热-电复合故障的模拟：

一、过热-放电位置不同的热-电复合故障模拟，此时温度控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度信号，通过信号线与加热电源相连，控制加热电源的功率，实现对电加热棒、自加热电极模块温度的控制，使得电加热棒温度达到过热故障温度，自加热电极模块温度为设备正常运行温度，放电发生位置为自加热电极模块的针电极；

二、过热-放电位置相同的热-电复合故障模拟，此时温度控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度信号，通过信号线与加热电源相连，控制加热电源的功率，实现对电加热棒、自加热电极模块温度的控制，使得电加热棒停止加热，自加热电极模块温度为过热故障温度，放电发生位置为自加热电极模块的针电极；

三、高温-放电复合作用的热-电复合故障模拟，此时温度控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度信号，通过信号线与加热电源相连，控制加热电源的功率，实现对电加热棒、自加热电极模块温度的控制，使得电加热棒停止加热，自加热电极模块温度为设备正常运行的电极温度，放电发生位置为自加热电极模块的针电极。

上述三种工作条件下，高压电源通过高压穿墙套管和低压穿墙套管给高压电极和自加热电极模块供电，放电信号传感器将检测的放电信号传输给放电检测装置获得故障模拟装置放电参数；压力检测器、微水检测器分别获得故障模拟装置的气体压力参数和水分含量参数；取样口用于装置故障模拟过程中样品的采集。

附图说明

图1为本发明热-电复合作用的绝缘介质故障模拟装置实施方式示意图；

图2为本发明自加热电极模块第一种实施方式示意图；

图3为本发明自加热电极模块第二种实施方式示意图；

图4为本发明自加热电极模块第三种实施方式示意图；

图5为本发明自加热电极模块与高压电极实施方式示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1为本发明热-电复合作用的绝缘介质故障模拟装置实施例示意图。如图1所示，本发明绝缘介质故障模拟装置包括密封容器2、自加热电极模块1、高压电极4、高压穿墙套管3、低压穿墙套管17、进样口6、取样口7、放电检测装置5、温度控制器8、加热电源9、穿板法兰10、电加热棒11、压力检测器12、微水检测器13、放电信号传感器14、第一温度传感器15，以及第二温度传感器16。

密封容器2通过位于侧壁的进样口6充入绝缘介质，高压电源通过高压穿墙套管3、低压穿墙套管17分别给高压电极4和自加热电极模块1供电，高压穿墙套管3位于密封容器2上部，低压穿墙套管17位于密封容器2的下部，高压穿墙套管3在密封容器2内部与高压电极4相连，低压穿墙套管17在密封容器2内部与自加热电极模块1相连。

取样口7位于密封容器2的侧壁，用于取出绝缘介质样品；放电检测装置5安装于密封容器2外部，通过信号线路与放电信号传感器14相连，放电信号传感器14安装于低压穿墙套管17的外部引线上，获取放电信号；温度控制器8设置于密封容器2外部，通过穿板法兰10与第一温度传感器15、第二温度传感器16相连，获得温度信号作为输入，同时通过信号线与加热电源9相连，控制加热电源9的功率，实现对电加热棒11、自加热电极模块1表面温度的控制；第一温度传感器15安装在自加热电极模块1表面，第二温度传感器16安装在电加热棒11表面，第一温度传感器15和第二温度传感器16为铠装式温度传感器；电加热棒11、自加热电极模块1内部的加热器1-10由加热电源9通过穿板法兰10供电；电加热棒11装设在密封容器2内部且与高压电极4、自加热电极模块1分离。

压力检测器12通过管路与密封容器2相连；微水检测器13传感端安装在密封容器2侧壁，信号显示端装设在密封容器2外部，实现对密封容器2内部水分含量的监测。

图2为本发明自加热电极模块第一种实施方式示意图。如图2所示，所述自加热电极模块主要包括：针电极1-1、上板电极1-2、下板电极1-6、加热器1-10及导热硅脂1-9。针电极1-1采用螺纹固定在上板电极1-2中心，上板电极1-2与下板电极1-6构成的空腔中装设有加热器1-10，加热器与上板电极1-2紧密贴合，加热器1-10与上板电极1-2之间涂覆导热硅脂1-9；加热器1-10外壳为不锈钢材料，内部装设有加热丝1-5，同时填充导热绝缘材料1-7，加热丝1-5通过陶瓷端子1-4供电；上板电极1-2侧壁设置有第一温度传感器15安装孔1-3；下板电极1-6中心设置有连接孔1-8。

图3为本发明自加热电极模块第二种实施方式示意图。如图3所示，所述自加热电极模块主要包括：气隙绝缘块1-1、上板电极1-2、下板电极1-6、加热器1-10及导热硅脂1-9；气隙绝缘块1-1为圆柱形结构，采用螺纹固定在上板电极1-2中心，且气隙绝缘块1-1与上板电极1-2之间涂覆有环氧树脂胶；上板电极1-2与下板电极1-6构成的空腔中装设有加热器1-10，加热器与上板电极1-2紧密贴合，加热器1-10与上板电极1-2之间涂覆导热硅脂1-9；加热器1-10外壳为不锈钢材料，内部装设有加热丝1-5，同时填充导热绝缘材料1-7，加热丝1-5通过陶瓷端子1-4供电；上板电极1-2侧壁设置有第一温度传感器15安装孔1-3；下板电极1-6中心设置有连接孔1-8；气隙绝缘块1-1与上板电极1-2之间留有气隙1-11。

图4为本发明自加热电极模块第三种实施方式示意图。如图4所示，所述自加热电极模主要包括：污秽绝缘块1-1、上板电极1-2、下板电极1-6、加热器1-10及导热硅脂1-9；污秽绝缘块1-1为圆柱形结构，侧面采用环氧树脂胶粘贴有金属碎屑1-11，污秽绝缘块1-1采用螺纹固定在上板电极1-2中心，且气隙绝缘块1-1与上板电极1-2之间涂覆有环氧树脂胶；上板电极1-2与下板电极1-6构成的空腔中装设有加热器1-10，加热器1-10与上板电极1-2紧密贴合，加热器1-10与上板电极1-2之间涂覆导热硅脂1-9；加热器1-10外壳为不锈钢材料，内部装设有加热丝1-5，同时填充导热绝缘材料1-7，加热丝1-5通过陶瓷端子1-4供电；上板电极1-2侧壁设置有第一温度传感器15安装孔1-3；下板电极1-6中心设置有连接孔1-8。

图5为本发明自加热电极模块与高压电极实施方式示意图。如图5所示，所述自加热电极模主要包括：自由金属微粒1-1、半球型电极1-2、下板电极1-6、加热器1-10及导热硅脂1-9；自由金属微粒1-1位于半球型电极1-2底部，半球型电极1-2与下板电极1-6构成的空腔中装设有加热器1-10，加热器1-10与半球型电极1-2紧密贴合，加热器1-10与半球形电极1-2之间涂覆导热硅脂1-9；加热器1-10外壳为不锈钢材料，内部装设有加热丝1-5，同时填充导热绝缘材料1-7，加热丝1-5通过陶瓷端子1-4供电；半球型电极1-2侧壁设置有第一温度传感器15安装孔1-3；下板电极1-6中心设置有连接孔1-8；高压电极4为球型电极，球心与自加热电极模块1内部半球型电极1-2球心重合。