一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置的制作方法

本实用新型涉及气体电气绝缘设备的绝缘在线监测与诊断技术领域，尤其涉及一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置。

背景技术：

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)是指全部或者部分采用六氟化硫(SF6)气体作为绝缘介质的金属封闭式设备，其具有结构紧凑，占用面积较小，可靠性高，维护工作量较小，现场安装方便，电磁辐射小，环境适应能力强等优点，在国内外得到了大量的应用。随着GIS使用越来越广泛，电压等级也越来越高，其在电力系统中的重要性日益突出，GIS发生故障将对电力系统安全构成巨大的威胁，严重影响供电的连续性和稳定性，轻则造成经济损失，重则造成大面积停电，危害社会稳定和安全，因此必须对GIS的运行状况予以高度重视，尽量减少GIS故障发生的几率。

然而，SF6气体绝缘电气设备在制造、装配和运行过程中无法避免地会出现一些绝缘缺陷，这些绝缘缺陷在长期运行过程中会逐渐劣化，当达到一定程度时会导致设备内部发生局部放电(Partial Discharge,PD)，在PD作用下，SF6气体会发生分解，生成的初级分解产物会与其中不可避免含有的微量空气和水分等杂质，发生反应生成如SO2F2、SOF2、CF4、SO2、SOF4、HF、CH4、CO2和SF4等产物。这些生成物会进一步加剧绝缘缺陷的劣化，从而使设备的整体绝缘性能降低，危及设备的安全运行。因此，厘清气体绝缘电气设备的早期绝缘状况对进行有效的GIS在线监测和故障诊断十分必要。

目前国内外在气体绝缘电气设备在线监测的研究鲜有直流条件下的研究，而仅有的关于直流条件下研究也很少着重于金属材料对SF6气体PD分解的影响，仅能获得气体绝缘电气设备直流条件下SF6气体在多种绝缘缺陷下的分解组分等实验数据，不能进行不同金属对SF6直流PD分解影响的研究。然而，设备气室部件采用多种金属材料构件，在PD作用下，SF6分解的F原子可与多种金属发生反应，生成金属氟化物或者金属硫化物，而不同金属的物理性质和化学性质之间也有着较大的区别，电极材料与分解物的形成有着直接的关系。因此，只有厘清不同金属材料对SF6正极性直流PD分解过程的影响特性及作用机制，才能建立相应的故障诊断实用技术。

技术实现要素：

本实用新型实施例公开了一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置，解决了现有技术中对于气体绝缘电气设备在线监测的研究鲜有直流条件以及不同金属材料下对SF6气体PD分解的影响的研究，无法厘清不同金属材料对SF6正极性直流PD分解过程的影响特性及作用机制的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置，包括：

直流加压系统、SF6放电气室、检测系统和金属突出物缺陷模型；

直流加压系统由调压变压台、高压无晕实验变压器、高压整流硅堆、滤波电容、分压电容器和保护电阻组成；调压变压台的输入端连接380kV/50Hz市电，调压变压台的输出端连接高压无晕实验变压器的输入端，高压无晕实验变压器的输出端在串联连接有保护电阻之后，并联连接有用于实时监测电压值的分压电容器；分压电容器的一端还连接有高压整流硅堆的输入端，高压整流硅堆的输出端并联连接有滤波电容，用于获得可施加于SF6放电气室的持续稳定可调节的直流电压；

SF6放电气室与直流加压系统的输出端连接，用于放置金属突出物缺陷模型，并进行正极性直流PD实验；SF6放电气室包括高压SF6/空气套管、气室封盖、气室腔体、金属突出物缺陷模型、采样口球阀、采样口、真空泵、接地金属杆、四角金属支架、进样口球阀、进样口、真空泵、真空泵球阀、压力表针阀、压力表、O型密封圈、螺杆螺帽、石英观察窗和接地导电杆；SF6放电气室为椭球型，并通过四角金属支架获得支撑；气室封盖和气室腔体采用202钢材料制成，并通过O型密封圈和螺杆螺帽进行密封；

检测系统包括耦合电容、50Ω无感电阻、高速数字示波器和气相色谱质谱联用仪。耦合电容和50Ω无感电阻并联连接于直流加压系统的输出端，50Ω无感电阻通过电缆和高速数字示波器相连，用于在进行PD直流实验时获得并储存记录相应的PD信号；气相色谱质谱联用仪通过PTFE软管与SF6放电气室的采样口相连，用于分析并获取样气组分；

金属突出物缺陷模型包括纯铝金属突出物缺陷模型、黄铜金属突出物缺陷模型、18/8不锈钢金属突出物缺陷模型。

可选地，金属突出物缺陷模型为针-板型结构，金属突出物缺陷模型的针电极针尖曲率半径为0.3mm，金属突出物缺陷模型的锥尖角为30°，针电极通过内螺纹孔与高压SF6/空气套管固定连接；金属突出物缺陷模型的地电极为圆形，地电极的直径为120mm、地电极的厚度为10mm，地电极通过内螺纹孔与接地导电杆固定连接。

可选地，接地导电杆通过接地金属杆与大地连接，接地金属杆和接地导电杆之间通过升降螺纹进行连接。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例提供了一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置，包括：直流加压系统、SF6放电气室、检测系统和金属突出物缺陷模型，直流加压系统包括调压变压台、高压无晕实验变压器、高压整流硅堆、滤波电容、分压电容器和保护电阻，检测系统包括耦合电容、50Ω无感电阻、高速数字示波器和气相色谱质谱联用仪，金属突出物缺陷模型包括纯铝金属突出物缺陷模型、黄铜金属突出物缺陷模型、18/8不锈钢金属突出物缺陷模型。本实施例中提供的一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置能在实验室模拟直流条件下气体绝缘电气设备内各种不同金属材料构成的金属突出物缺陷模型下的PD，获得不同金属材料对分解气体组分及其含量等特征量的影响，为直流气体绝缘电气设备的在线监测和绝缘状态评估进一步打下坚实的实验基础，解决了现有技术中对于气体绝缘电气设备在线监测的研究鲜有直流条件以及不同金属材料下对SF6气体PD分解的影响的研究，无法厘清不同金属材料对SF6正极性直流PD分解过程的影响特性及作用机制的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置的实验电路原理框图；

图2为本实用新型实施例中提供的一种SF6放电气室的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的一种SF6放电气室的俯视图；

图4为本实用新型实施例中提供的金属突出物缺陷模型的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中提供的一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置检测的CF₄含量的变化曲线图；

图6为本实用新型实施例中提供的一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置检测的CO₂含量的变化曲线图；

图7为本实用新型实施例中提供的一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置检测的SOF₂含量的变化曲线图；

图8为本实用新型实施例中提供的一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置检测的SO₂F₂含量的变化曲线图；

图9为本实用新型实施例中提供的一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置检测的SO₂含量的变化曲线图。

图示说明，1.调压变压台，2.高压无晕实验变压器，3.保护电阻，4.分压电容器，5.高压整流硅堆，6.滤波电容，7.耦合电容，8.50Ω无感电阻，9.高速数字示波器，10.SF6放电气室，11.气相色谱质谱联用仪，12.高压SF6/空气套管，13.气室封盖，14.气室腔体，15.金属突出物缺陷模型，16.采样口球阀，17.采样口，18.真空泵，19.接地金属杆，20.四角金属支架，21.进样口球阀，22.进样口，23.真空泵，24.真空泵球阀，25.压力表针阀，26.压力表，27.O型密封圈，28.螺杆螺帽，29.石英观察窗，30.接地导电杆，31.针电极，32.地电极。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置，解决了现有技术中对于气体绝缘电气设备在线监测的研究鲜有直流条件以及不同金属材料下对SF6气体PD分解的影响的研究，无法厘清不同金属材料对SF6正极性直流PD分解过程的影响特性及作用机制的技术问题。

请参阅图1，本实用新型实施例中提供的一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置的一个实施例包括：

直流加压系统、SF6放电气室、检测系统和金属突出物缺陷模型；

直流加压系统由调压变压台1、高压无晕实验变压器2、高压整流硅堆5、滤波电容6、分压电容器4和保护电阻3组成；调压变压台1的输入端连接380kV/50Hz市电，调压变压台1的输出端连接高压无晕实验变压器2的输入端，高压无晕实验变压器2的输出端在串联连接有保护电阻3之后，并联连接有用于实时监测电压值的分压电容器4；分压电容器4的一端还连接有高压整流硅堆5的输入端，高压整流硅堆5的输出端并联连接有滤波电容6，用于获得可施加于SF6放电气室的持续稳定可调节的直流电压；

请参阅图2和图3，SF6放电气室10与直流加压系统的输出端连接，用于放置金属突出物缺陷模型，并进行正极性直流PD实验；SF6放电气室10包括高压SF6/空气套管12、气室封盖13、气室腔体14、金属突出物缺陷模型15、采样口球阀16、采样口17、真空泵18、接地金属杆19、四角金属支架20、进样口球阀21、进样口22、真空泵23、真空泵球阀24、压力表针阀25、压力表26、O型密封圈27、螺杆螺帽28、石英观察窗29和接地导电杆30；SF6放电气室为椭球型，并通过四角金属支架20获得支撑；气室封盖13和气室腔体14采用202钢材料制成，并通过O型密封圈27和螺杆螺帽28进行密封；

检测系统包括耦合电容7、50Ω无感电阻8、高速数字示波器9和气相色谱质谱联用仪11。耦合电容7和50Ω无感电阻8并联连接于直流加压系统的输出端，50Ω无感电阻8通过电缆和高速数字示波器9相连，用于在进行PD直流实验时获得并储存记录相应的PD信号；气相色谱质谱联用仪11通过PTFE软管与SF6放电气室10的采样口相连，用于分析并获取样气组分；

请参阅图4，金属突出物缺陷模型15包括纯铝金属突出物缺陷模型、黄铜金属突出物缺陷模型、18/8不锈钢金属突出物缺陷模型。

进一步地，金属突出物缺陷模型15为针-板型结构，金属突出物缺陷模型15的针电极31针尖曲率半径为0.3mm，金属突出物缺陷模型15的锥尖角为30°，总长度为65mm，针电极31通过内螺纹孔与高压SF6/空气套管12固定连接；金属突出物缺陷模型15的地电极32为圆形，地电极32的直径为120mm、地电极32的厚度为10mm，地电极32通过内螺纹孔与接地导电杆30固定连接。针-板间距通过接地金属杆和接地导电杆30之间的升降螺纹进行调整，使针-板间距为3.3mm。

进一步地，接地导电杆30通过接地金属杆与大地连接，接地金属杆和接地导电杆30之间通过升降螺纹进行连接。

请参阅图5～图9，分别为本实用新型实施例提供的不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置对应的所检测的CF₄含量的变化曲线图、CO₂含量的变化曲线图、SOF₂含量的变化曲线图、SO₂F₂含量的变化曲线图、SO₂含量的变化曲线图。

以上对本实用新型所提供的一种不同金属材料对SF6直流PD分解的影响实验装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。