本发明属于气体绝缘封闭组合电器(gis)绝缘缺陷防护领域，具体涉及一种gis内自由导电微粒的叠加电压检测装置及方法。
背景技术：
sf6气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulatedswitchgear，gis)具有占地面积小、受自然环境影响小、运行安全可靠、检修和维护周期长等优点，在国内外电力系统中得到了广泛应用。均匀电场中sf6气体具有良好的绝缘性能，而当存在局部电场集中时其绝缘强度会出现严重降低。gis由于在生产、运输和组装过程中存在机械碰撞及设备振动，会不可避免地产生自由导电微粒污染物，这些导电微粒会显著降低设备耐受电压，甚至导致绝缘事故。运行故障统计表明，自由导电微粒是造成gis故障的一个主要原因。因此，探索有效的自由导电微粒检测手段对于预防事故发生、保障gis的长期稳定运行具有重要意义。
目前，现场交接试验中通常采用交流耐压结合局部放电试验以及冲击耐压试验对gis的绝缘性能进行考核。交流电压下微粒由于受到周期性电场力的作用不易起跳，且极不均匀电场中sf6气体的击穿电压随气压的变化会呈现“驼峰”现象，当gis工作气压高于临界气压时，气体击穿前几乎不发生局部放电，此时局部放电检测手段失效。冲击电压由于作用时间短，微粒难以发生起跳以及贯穿性运动，无法对自由微粒进行有效检测。由于目前现场交接试验项目难以对gis中自由导电微粒进行有效检测，因此，有必要研究新的检测手段，完善现场交接试验中对gis绝缘性能的考核。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种gis内自由导电微粒的叠加电压检测装置，能够有效检测gis内自由导电微粒。
本发明的另一目的在于提供一种gis内自由导电微粒的叠加电压检测方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种gis内自由导电微粒的叠加电压检测装置，包括：
冲击电压发生器1，用于产生冲击电压；
隔直电容2，与所述冲击电压发生器1的输出端串联，用于隔离直流电压；
保护球隙3，与所述隔直电容2并联，用以避免隔直电容2承受过高电压而损坏；
gis4，与所述冲击电压发生器1并联；
阻容分压器5，与所述gis4并联，用于叠加电压波形的测量；
保护电阻6，与所述阻容分压器5串联，用于减小冲击电压对直流电压源7的影响；
直流电压源7，与所述保护电阻6串联，用于产生直流电压；
所述冲击电压发生器1包括电容1-1、开关1-2、波头电阻1-4、波尾电阻1-3和电容分压器1-5；所述电容1-1经过开关1-2与波尾电阻1-3并联，波尾电阻1-3经过波头电阻1-4与电容分压器1-5并联；
所述阻容分压器5包括高压臂电阻5-1、低压臂电阻5-3和高压臂电容5-2、低压臂电容5-4；所述高压臂电阻5-1与高压臂电容5-2组成第一并联电路；所述低压臂电阻5-3与低压臂电容5-4组成第二并联电路，所述第一并联电路与第二并联电路串联；
所述直流电压源7包括高压硅堆7-1、高压硅堆7-2、高压硅堆7-3、高压硅堆7-4、电容7-5、电容7-6、电容7-7、电容7-8和充电变压器7-9；所述高压硅堆7-1～7-4与电容7-5～7-8和充电变压器7-9组成两级倍压电路；
所述冲击电压发生器1的输出范围为0～1600kv；
所述隔直电容2的容值为30nf，所述gis4的运行电压等级为500kv；
所述保护电阻6的阻值为300kω；
所述直流电压源7的输出范围为0～600kv；
一种gis内自由导电微粒的叠加电压检测方法，包括如下步骤：
s1：计算gis在断路器分闸时可能存在的直流电压最大幅值udc，计算公式如下：
其中，uo为gis的运行电压；
s2：对gis施加幅值为udc的负极性直流电压；
s3.对gis叠加正极性冲击电压u+imp，正极性冲击电压峰值的计算公式为：u+imp＝us+udc
其中，us为gis的额定冲击耐压幅值；
s4.步骤s3所述正极性冲击电压试验完成后，重新对gis施加负极性直流电压，直流电压幅值为udc，然后再次叠加峰值为u+imp的正极性冲击电压，该过程重复3次；
s5.对gis施加负极性直流电压，直流电压幅值为udc，然后叠加负极性冲击电压，该过程重复3次，负极性冲击电压幅值的计算公式为：
u-imp＝us-udc；
s6.若上述6次叠加试验中gis内有放电现象发生，则说明gis内存在自由导电微粒污染物；
所述步骤s2、s4、s5中对gis施加负极性直流电压的时间为1min。
与现有技术相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：
本发明提供的一种gis内自由导电微粒的叠加电压检测装置，可以有效检测gis内存在的自由导电微粒污染物，可以应用于出厂试验及现场试验中，操作简单、便于推广。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的一种gis内自由导电微粒的叠加电压检测装置的电路框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。
参见附图1，本实施例提供一种gis内自由导电微粒的叠加电压检测装置，包括：
冲击电压发生器1，所述冲击电压发生器1包括电容1-1、开关1-2、波头电阻1-4、波尾电阻1-3和电容分压器1-5，其中，电容1-1经过开关1-2与波尾电阻1-3并联，波尾电阻1-3经过波头电阻1-4与电容分压器1-5并联；本实施例中，冲击电压发生器1的输出范围优选为0～1600kv；
隔直电容2，与冲击电压发生器1的输出端串联；本实施例中，隔直电容2的容值优选为30nf；
保护球隙3，与隔直电容2并联；
gis4，与隔直电容2串联；本实施例中，gis4的运行电压等级优选为500kv；
阻容分压器5，与gis4并联，所述阻容分压器5包括高压臂电阻5-1、低压臂电阻5-3和高压臂电容5-2、低压臂电容5-4，其中，高压臂电阻5-1与高压臂电容5-2组成第一并联电路；低压臂电阻5-3与低压臂电容5-4组成第二并联电路，所述第一并联电路与第二并联电路串联；
保护电阻6，与阻容分压器5和直流电压源7分别串联；本实施例中，保护电阻6的阻值优选为300kω；
直流电压源7，与保护电阻6串联，所述直流电压源7包括高压硅堆7-1、高压硅堆7-2、高压硅堆7-3、高压硅堆7-4、电容7-5、电容7-6、电容7-7、电容7-8和充电变压器7-9，所述高压硅堆7-1～7-4与电容7-5～7-8组成两级倍压电路；本实施例中，直流电压源7的输出范围优选为0～600kv。
本实施例还提供了一种gis内自由导电微粒的叠加电压检测方法，由于在直流电压下自由导电微粒容易起跳和运动，引起电场畸变，而冲击电压对于局部电场集中的检测较为有效，因此结合这两种电压的优点，提出了自由导电微粒的直流叠加冲击电压检测方法。通过施加直流电压使gis4内自由导电微粒发生起跳，并在高压导电附近呈现竖立现象，然后施加冲击电压，实现对自由导电微粒的检测。
所述检测方法包括如下步骤：
s1.计算gis4在断路器分闸时可能存在的直流电压最大幅值udc，即工频运行电压的最大峰值，计算公式如下：
其中，uo为gis的运行电压。
由于在负极性直流电压下自由导电微粒会在高压导体附近呈现竖立现象，此时微粒对电场的畸变作用最强，最易被检测。且直流电压越高，越易呈现竖立现象，因此直流电压幅值应尽可能高。同时，直流电压不能超过gis4内可能存在的最大直流电压，以确保不对gis造成破坏，因此选择工频运行电压的最大峰值。本实施例中，gis的运行电压优选为500kv，因此，gis的直流电压最大幅值
s2.对gis施加幅值为udc的负极性直流电压。
本实施例中，为使微粒发生运动并达到稳定的运动状态，便于电压检测，负极性直流电压施加时间优选为1min。
s3.对gis叠加正极性冲击电压，正极性冲击电压峰值的计算公式为：u+imp＝us+udc
其中，us为gis的额定冲击耐压幅值，用以保证叠加电压峰值与gis额定耐受冲击电压幅值相同。
本实施例中，gis的额定冲击耐压幅值us优选为1050kv，因此，u+imp＝us+udc＝1050kv+400kv＝1450kv，即对gis叠加正极性冲击电压的峰值为1450kv。
s4.步骤s3所述正极性冲击电压试验完成后，重新对gis施加负极性直流电压，直流电压幅值为udc，然后再次叠加峰值为u+imp的正极性冲击电压，该过程重复3次。
本实施例中，对gis施加负极性直流电压的时间优选为1min；
s5.对gis施加负极性直流电压，直流电压幅值为udc，然后叠加负极性冲击电压，负极性冲击电压幅值的计算公式为u-imp＝us-udc。
本实施例中，对gis施加负极性直流电压的时间优选为1min，gis的额定冲击耐压幅值us优选为1050kv，gis的直流电压最大幅值udc计算得400kv，因此u-imp＝us-udc＝1050kv-400kv＝650kv，重复该过程3次。
s6.若上述6次叠加试验中gis内有放电现象发生，则说明gis内存在自由导电微粒污染物。
本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术任一来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。