一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备及方法与流程

本申请属于绝缘气体耐压击穿特性的监测技术领域，尤其涉及一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备及方法。

背景技术：

绝缘气体特别是六氟化硫，凭借其优秀的绝缘性能和灭弧能力，被广泛的应用于高压电气设备中，以六氟化硫及其混合气体作为绝缘介质的隔离开关(gis)、输电管道(gil)和断路器(gcb)等已经成为长距离高压输电线路和大容量变电站的重要组成部分。但是六氟化硫气体作为一种高gwp值(是二氧化碳气体的23900倍)的温室效应气体，被限制性使用并要求在2020年前做到基本限制六氟化硫的使用，而且六氟化硫气体存在液化温度偏高、局部不均匀以及过于敏感等缺点。因此包括全氟酮气体(如c5f10o、c6f12o等)、氟化腈气体(如c4f7n等)、全氟化碳气体(如c-c4f8、c2f6、c3f8等)以及cf3i气体在内的绝缘替代气体受到了广泛关注，上述气体的耐压击穿特性是决定这些气体能否取代sf6气体成为新型环保绝缘气体的关键。

全氟酮、氟化腈、全氟化碳以及cf3i气体分子的共同特点是均含有c和f元素，而且分子结构不对称。f元素是吸附放电过程中自由电子的关键元素；而气体分子中含c化学键以及非对称结构会导致在发生击穿放电后，含c化学键的断裂以及碳元素析出(cf3i气体还可能伴随碘元素析出)，在接地下电极表面沉积形成固体分解产物，降低气体的绝缘性能。目前对于绝缘替代气体在击穿放电后产生固体产物的研究和检测手段有限，尤其是实时定量监测分析绝缘替代气体击穿放电前后固体分解产物实现对气体耐压性能、稳定性和自恢复特性的准确评估。

技术实现要素：

本申请提供了一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备及方法，在绝缘替代气体耐压测试中实时采集地电极质量变化数据，能够及时地反映和记录绝缘替代气体在发生击穿后固体分解产物的析出量，可辅助判断绝缘替代气体的分解量，为评价绝缘替代气体耐压特性和稳定性提供可靠的依据。

本申请第一方面提供了一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备，包括：压力传感器、数据采集卡、罗氏电流线圈、示波器和高压电源；

所述压力传感器上置有试验腔内的被检测接地下电极，输出端连接所述数据采集卡；其中，所述压力传感器具体为wkc603毫克级称重模块；

所述罗氏电流线圈的输出端连接所述示波器，用于测量所述被检测接地下电极的接地电流；

所述高压电源的高压输出端与所述试验腔的上电极连接。

优选地，还包括测试上位机，所述数据采集卡、所述示波器的数据输出端和所述高压电源的控制端分别与所述测试上位机连接。

优选地，还包括气压传感器，所述气压传感器与所述数据采集卡连接，用于将试验腔的气压变化数据通过所述数据采集卡传输到所述测试上位机；其中，所述气压传感器具体为zdf-5210复合式气压表。

优选地，所述数据采集卡、所述示波器的输出端以及所述高压电源的控制端通过光纤与所述测试上位机连接。

优选地，所述数据采集卡外部置有接地屏蔽箱。

本申请第二方面提供了一种绝缘气体耐压击穿特性检测方法，所述方法应用于第一方面所述的一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备，包括：

控制高压电源的输出电压，当所述高压电源开始输出电压时记录压力传感器的压力数据；

接收到击穿电流值信号后，控制所述高压电源停止输出电压，并记录输出电压值数据和击穿电流值数据，根据数据采集卡采集的被检测接地下电极的质量数据得到绝缘替代气体击穿后地电极表面沉积形成的固体分解产物的质量数据；

将所述固体分解产物的质量数据与所述绝缘替代气体的反应路径作对比，并结合被测试验腔的气压变化数据，判定所述绝缘替代气体在发生击穿后的分解反应及反应产物。

优选地，所述控制高压电源的输出电压，当所述高压电源开始输出电压时记录压力传感器的压力数据还包括：

根据所述高压电源输出电压的类型选择数据采集卡的采样频率；其中，所述类型包括直流、工频交流和雷电冲击电压。

优选地，所述固体分解物的质量数据具体包括第一次击穿后的质量值，多次击穿后质量增率，多次击穿后质量增加值与击穿电压值的关系系数和多次击穿后质量增加值与气压变化值的关系系数。

优选地，所述控制高压电源的输出电压，当所述高压电源开始输出电压时记录压力传感器的压力数据之后还包括：当被测绝缘替代气体发生击穿时，通过罗氏电流线圈检测接地电流值，并通过示波器传输所述接地电流值到测试上位机。

优选地，所述绝缘替代气体的反应路径具体包括所述绝缘替代气体的理论分解反应路径和所述绝缘替代气体的模拟分解反应路径。

本申请第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第二方面所述的一种绝缘气体耐压击穿特性检测方法。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了第一方面提供了一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备，包括：压力传感器、数据采集卡、罗氏电流线圈、示波器和高压电源；所述压力传感器上置有试验腔内的被检测接地下电极，输出端连接所述数据采集卡；所述罗氏电流线圈的输出端连接所述示波器，用于测量所述被检测接地下电极的接地电流；所述高压电源的高压输出端与所述试验腔的上电极连接。本申请在绝缘替代气体耐压测试中实时采集地电极质量变化数据，能够及时地反映和记录绝缘替代气体在发生击穿后固体分解产物的析出量，可辅助判断绝缘替代气体的分解量，为评价绝缘替代气体耐压特性和稳定性提供可靠的依据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，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申请的一些实施例，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为本申请提供的一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备的结构示意图；

图2为本申请提供的一种绝缘气体耐压击穿特性检测方法的一个实施例的流程示意图；

其中，附图标记为：

1、压力传感器；2、数据采集卡；3、高压电源；4、罗氏电流线圈；5、示波器；6、测试上位机；7、气压传感器；8、接地屏蔽箱；9、被测试验腔；91、高压上电极；92、接地下电极。

具体实施方式

本申请提供了一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备、方法及存储介质，在绝缘替代气体耐压测试中实时采集地电极质量变化数据，能够及时地反映和记录绝缘替代气体在发生击穿后固体分解产物的析出量，可辅助判断绝缘替代气体的分解量，为评价绝缘替代气体耐压特性和稳定性提供可靠的依据。

为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请提供了一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备的结构示意图的一个实施例，包括：压力传感器1、数据采集卡2、罗氏电流线圈4、示波器5和高压电源3；

压力传感器1上置有试验腔内的被检测接地下电极92，输出端连接数据采集卡2；其中，压力传感器1具体为wkc603毫克级称重模块；

罗氏电流线圈4的输出端连接示波器5，用于测量被检测接地下电极92的接地电流；

高压电源3的高压输出端与试验腔的上电极连接。

需要说明的是，本申请提供的一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备，包括有高灵敏度的压力传感器1、数据采集卡2、罗氏电流线圈4、示波器5、高压电源3，测试上位机6、高精度气压传感器7、接地屏蔽箱8、被测试验腔9以及被测试验腔9包含的高压上电极91与接地下电极92，高灵敏度压力传感器1的数据输出端与数据采集卡2连接，被测试验腔9中的接地下电极92通过尼龙绝缘子放置于高灵敏度的压力传感器1上。高压电源3的电压输出端与高压上电极91连接，下电极通过罗氏电流线圈4接地，罗氏电流线圈4的输出端与示波器5连接。高灵敏度的压力传感器1用于测量接地下电极92在绝缘替代气体击穿前后的重量值，数据采集卡2用于采集压力的暂态特征量，数据采集卡2的采样率满足试验需要；高压电源3用于提供击穿气体间隙所需的电压，高压电源3可以根据需要改变电压的形式(如直流、工频交流和雷电冲击电压等)以及电压的上升速率；罗氏电流线圈4和示波器5用于捕捉和测量气体击穿时的接地电流值。其中，本申请中的皮托管代替高灵敏度压力传感器1，能够实现更高精度的重量监测。由于试验的需要，绝缘替代气体可以根据试验所需加入。

进一步地，还包括测试上位机6，数据采集卡2、示波器5的数据输出端和高压电源3的控制端分别与测试上位机6连接。

如图1所示，本申请的绝缘气体击穿试验固态产物实时定量检测系统包括的数据采集卡2、示波器5的数据输出端以及高压电源3的控制端分别与测试上位机6相连。测试上位机6用于采集压力及气压数据，将压力值换算为质量数据，并可以根据试验需求对采样数据进一步分析处理；此外，可以通过测试上位机6调节高压电源3的输出电压幅值与升压速率。

进一步地，还包括气压传感器7，气压传感器7与数据采集卡2连接，用于将试验腔的气压变化数据通过数据采集卡2传输到测试上位机6；其中，气压传感器7具体为zdf-5210复合式气压表。

需要说明的是，本申请中，数据采集卡2、示波器5的数据输出端以及高压电源3的控制端分别通过光纤与测试上位机6相连，可以实现远程控制与监测分析，提高试验效率；另外为避免电磁干扰，光纤外层包覆金属编织屏蔽层。根据图1所示，高精度气压传感器7与被测试验腔9的内腔相连，高精度气压传感器7的数据输出端与数据采集卡2相连，用于监测和采集绝缘替代气体击穿前后腔内气压的变化量；结合采集得到的气压变化量与固体分解产物质量及增长率，通过测试上位机6进行对比分析处理，从而初步判断被测绝缘替代气体在发生击穿后的分解反应路径与分解产物；特别地，本申请实施例的压力传感器1选用wkc603毫克级称重模块，测试分辨率为10-6n，气压传感器7选用zdf-5210复合式气压表，气压分辨率可达10-4pa。

进一步地，数据采集卡2、示波器5的输出端以及高压电源3的控制端通过光纤与测试上位机6连接。

进一步地，数据采集卡2外部置有接地屏蔽箱8。

数据采集卡2的外部设置有接地屏蔽箱8，接地屏蔽箱8用于屏蔽在试验过程中存在的空间电磁干扰，保证数据采集卡2的安全性与采集数据的可靠性。

以上是对本申请提供了一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备的一个实施例进行详细的描述，以下将对本申请提供的一种绝缘气体耐压击穿特性检测方法的一个实施例进行详细的描述。

本申请提供的一种绝缘气体耐压击穿特性检测方法的一个实施例，基于如上述实施例的一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备进行试验操作，包括：

101、控制高压电源3的输出电压，当高压电源3开始输出电压时记录压力传感器1的压力数据；

102、接收到击穿电流值信号后，控制高压电源3停止输出电压，并记录输出电压值数据和击穿电流值数据，根据数据采集卡2采集的被检测接地下电极92的质量数据得到绝缘替代气体击穿后地电极表面沉积形成的固体分解产物的质量数据；

103、将固体分解产物的质量数据与绝缘替代气体的反应路径作对比，并结合被测试验腔9的气压变化数据，判定绝缘替代气体在发生击穿后的分解反应及反应产物。

本申请的一种绝缘气体耐击穿特性检测方法的步骤包括：通过测试上位机6控制高压电源3的输出电压值，高压电源3开始输出电压的同时开始记录高灵敏度压力传感器1的压力数据；

当被测绝缘替代气体发生击穿时，罗氏电流线圈4会检测到相应的接地电流值，通过示波器5输出到测试上位机6中；

当测试上位机6接收到击穿电流值的信号时，控制该高压电源3停止加压，记录输出电压值、击穿电流值等数据，并通过该数据采集卡2收集被检测接地下电极92的质量数据，得到绝缘替代气体击穿后地电极表面沉积形成的固体分解产物的质量。

将绝缘替代气体击穿后地电极表面沉积形成的固体分解产物的质量数据与被测绝缘替代气体的反应路径进行对比，该绝缘替代气体反应路径包括被测绝缘替代气体理论分解反应路径及模拟得出的分解反应路径，结合被测试验腔9内气压变化数据，可以初步判定被检测绝缘替代气体在发生击穿后具体的分解反应和产物。

进一步地，控制高压电源3的输出电压，当高压电源3开始输出电压时记录压力传感器1的压力数据还包括：

根据高压电源3输出电压的类型选择数据采集卡2的采样频率；其中，类型包括直流、工频交流和雷电冲击电压。

需要说明的是，本申请中，需要根据高压电源3的输出电压的具体类型，比如是直流、工频交流还是雷电冲击电压等，选择数据采集卡2的采样频率。

进一步地，固体分解物的质量数据具体包括第一次击穿后的质量值，多次击穿后质量增率，多次击穿后质量增加值与击穿电压值的关系系数和多次击穿后质量增加值与气压变化值的关系系数。

绝缘替代气体击穿后地电极表面沉积形成的固体分解产物的特征量包括但不限于首次击穿后质量值、多次击穿后质量增率、质量增加值与击穿电压值的关系系数、质量增加值与气压变化值的关系系数。当进行绝缘替代气体的耐击穿试验时，如果出现固体产物质量增加速率由大变小并趋近于零，则说明首次气体间隙击穿后在接地下电极92表面沉积大量固体产物，而在后续击穿时固体产物变化不大；此外，击穿前后的气压变化值与固体产物质量增量配合分析，可以初步判断绝缘替代气体的击穿分解路径和分解产物。

进一步地，控制高压电源3的输出电压，当高压电源3开始输出电压时记录压力传感器1的压力数据之后还包括：当被测绝缘替代气体发生击穿时，通过罗氏电流线圈4检测接地电流值，并通过示波器5传输接地电流值到测试上位机6。

进一步地，绝缘替代气体的反应路径具体包括绝缘替代气体的理论分解反应路径和绝缘替代气体的模拟分解反应路径。

本申请提供的一种绝缘气体耐压击穿特性检测设备及方法包括高灵敏度压力传感器1、高精度气压传感器7、数据采集卡2，试验腔内的被检测接地下电极92放置于高灵敏度压力传感器1之上，高灵敏度压力传感器1与高精度气压传感器7的输出端通过数据采集卡2输出，通过对比气体击穿前后接地下电极92重量变化与被测试验腔9内的气压变化，可以初步推测出绝缘替代气体的分解反应路径与产物。

可以实时监测绝缘替代气体击穿分解的固体产物质量变化，为定量分析绝缘替代气体分解反应和分解速率提供数据支持。

可以通过光纤通信实现设备的远程控制与监测分析，提高试验效率。

能够实时定量的监测绝缘替代气体击穿前后的固态分解产物特征量的变化，辅助判断绝缘替代气体的分解反应路径与分解速率，为评价评价其耐压特性和稳定性提供可靠数据。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。