一种环氧浇注型绝缘管型母线故障检测装置及方法与流程

本发明涉及输配电设备技术领域，具体是一种环氧浇注型绝缘管型母线故障检测装置及方法。

背景技术：

随着国民经济的高速发展，整个社会对电力的需求日益增大，变电站主变容量不断加大，变压器低压进线侧的额定电流也在不断加大，传统的矩形母线在技术上和结构上越来越难以满足母线发热和短路电动力的要求，绝缘管型母线作为一种替代传统矩形母线的新型输电设备，因其具有载流量大、机械强度高、电气绝缘性能强、节省占地空间等显著技术优势而在变电站和大型发电厂等工程领域获得越来越多的应用。

绝缘管型母线作为一种新兴的电气连接设备，在国内的应用相对较晚，在生产、安装及运维等方面尚无针对该类设备的权威性标准及相关指导文件，使得绝缘管型母线行业在国内存在产品种类繁多、材料选型、结构设计及生产工艺各异、产品质量与稳定性参差不齐等突出问题。近年来因产品质量、安装工艺、运行环境等因素所导致的绝缘管型母线设备故障已遍及国内近十个省份的数十座变电站，对电网安全稳定运行及供电可靠性造成了严重的影响。

如何在绝缘管型母线的故障发展早期及时发现故障排除故障，防止故障演变为事故，是提高绝缘管型母线运行安全性与可靠性的一个重要问题。传统的检测方法往往需要停电甚至离线检测，大大降低了维护效率提高了维护成本；而在线检测又存在手段单一、证据不足等问题，可能导致误判或者漏判。因此非常有必要发明一种多层次多手段的绝缘管型母线故障检测方法，避免定期进行停电或离线检测，同时降低误判与漏判的概率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种环氧浇注型绝缘管型母线故障检测装置及方法，其通过多层次多手段的绝缘管型母线故障检测方法，避免定期进行停电或离线检测，同时降低误判与漏判的概率。

为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种环氧浇注型绝缘管型母线故障检测装置，包括连接固定部分、气体收集部分、气体采样部分、气相色谱仪；

所述连接固定部分用于将装置固定在绝缘管型母线接头部位预留的气体出口处并与之连接；

所述气体收集部分用于收集由绝缘管型母线绝缘层逸出的气体；

所述气体采样部分用于定量抽取气体收集部分中所储存的气体从而进行气体分析；

所述气相色谱仪与所述气体采样部分连接，用于对采集到的气体样本进行气相色谱分析，当气体样本的成分与含量发生变化时对绝缘管型母线进行超声探伤检测与局部放电检测。

进一步的，所述连接固定部分包括橡胶软管、密封环、支架、螺钉，支架用于固定装置主体部分，将装置固定于绝缘管型母线本体、母线支架或墙壁，所述绝缘管型母线在接头部位设置与橡胶软管连接的气体出口，橡胶软管的另一端与气体收集部分连通，密封环用于保证橡胶软管两端连接处的密封性。

进一步的，所述气体收集部分包括金属密封盒、气压监测与报警装置、气压传感器，所述金属密封盒由分隔层分隔为上下两部分，下部分为气体储存室，气体储存室的侧壁设有气体入口和气体出口，上部分安装有气压传感器及与气压传感器连接的气压监测与报警装置；气体储存室的气体入口与连接固定部分的橡胶软管连通。

进一步的，所述金属密封盒为圆柱体不锈钢外壳，尺寸为φ100mm×50mm。

进一步的，所述气压传感器紧贴于分隔层的储存气体一侧，气压监测与报警装置包括单片机及与单片机连接的控制面板、显示器、报警器，气压传感器与单片机连接，控制面板用于设置报警气压阈值，显示器用于显示实时气压和所设阈值，报警器由蜂鸣器和led灯组成。

进一步的，所述气体采样部分包括开关阀门、减压阀、抽气装置，开关阀门和减压阀设于气体出口的管路上，抽气装置与气体出口连通。

一种环氧浇注型绝缘管型母线故障检测方法，采用如上所述检测装置辅助实现，所述方法包括如下步骤：

步骤一、按照预设周期，定期从装置中采集气体样本；

步骤二、对采集到的气体样本进行气相色谱分析；

步骤三、建立数据库，详细记录绝缘管型母线的气体采样日期与气相色谱分析结果，绘制各个气体含量与时间的关系曲线，当出现新的气体或者某种气体含量突变时，对绝缘管型母线进行超声探伤检测与局部放电检测；

步骤四、据超声探伤检测与局部放电检测的结果，一旦两项检测中的任何一项出现异常，则认定该绝缘管型母线已经发生故障，立刻更换故障绝缘管型母线并对其进行维护或检修；

步骤五、如果超声探伤检测与局部放电检测的结果均属正常，则认定该绝缘管型母线存在故障隐患，视情况缩短气体采样周期。

进一步的，所述步骤一具体为：连接抽气装置，保证减压阀处于松弛状态，打开开关阀门，调节减压阀，按照需求从气体储存室定量抽取气体样本，关闭开关阀门，再次调节减压阀至松弛状态，取下抽气装置并进行密封。

进一步的，步骤三中新的气体包括短链烃类或芳香烃类。

进一步的，步骤五中缩短周期至不超过一周。

目前如何准确有效地发现绝缘管型母线的故障隐患仍是一大难题，传统的检测方法往往需要停电甚至离线检测，大大降低了维护效率提高了维护成本；而在线检测又存在手段单一、证据不足等问题，可能导致误判或者漏判。本发明提出的绝缘管型母线故障检测装置及方法的优点是：

1、气体收集装置设计精密，密封性好，可以有效收集并储存绝缘管型母线绝缘层分解可能产生的气体；气体收集装置设计了气压监控和报警模块，能够有效避免由于气体采样周期设置不合理而造成的故障漏判。

2、绝缘管型母线的早期故障往往伴随着放电现象和绝缘层材料的分解，但由于现象较弱在运行现场往往难以发现，芳香烃、烷烃等有机小分子为环氧浇注型绝缘管型母线绝缘层材料分解的特征气体，而气相色谱分析可以发现μl级的气体含量变化，所以该方法可以在故障发展早期及时发现故障。

3、该方法通过气相色谱分析、超声探伤检测和局部放电检测多个层次多种手段来对绝缘管型母线进行故障检测与判断，一方面可以避免定期进行停电或离线检测，降低了运行维护成本；另一方面可以降低误判与漏判的概率，有效提高运行安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明环氧浇注型绝缘管型母线故障检测装置的结构示意图；

图2是本发明环氧浇注型绝缘管型母线故障检测方法的流程图。

图中：1—金属密封盒，2—气压监测与报警装置，3—分隔层，4—气压传感器，5—气体储存室，6—气体入口，7—开关阀门，8—减压阀，9—气体出口。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

环氧浇注型绝缘管型母线因其载流能力强、机械强度高、电气绝缘性能优异等优势而被广泛应用于变电站、发电厂等场合。环氧浇注型绝缘管型母线的绝缘层为环氧树脂/绝缘纸复合材料，当绝缘层中存在缺陷时，会造成局部的电场集中从而引发局部放电，放电会导致环氧树脂和绝缘纸发生分解，产生的小分子以气体形式逸出，由此造成缺陷的进一步发展从而形成恶性循环，逸出气体也会逐渐增多。而环氧浇注型绝缘管型母线的端部结构复杂，缺陷和电场集中一般容易发生在此处，气体一般也由此逸出。对于环氧浇注型绝缘管型母线，其绝缘层材料为环氧树脂/绝缘纸复合材料，其分解产物特征气体为芳香烃、烷烃等，这些物质的出现意味着局部放电的产生和材料的分解，而气体含量的突变则意味着绝缘层的快速劣化。

本发明提供一种环氧浇注型绝缘管型母线故障检测装置，包括连接固定部分、气体收集部分、气体采样部分、气相色谱仪。

所述连接固定部分用于将装置固定在绝缘管型母线接头部位预留的气体出口处并与之连接，可由橡胶软管、密封环、支架、螺钉构成；橡胶软管的长度根据现场安装情况设置，可以灵活应对不同的空间位置需求，密封环用于保证橡胶软管两端连接处的密封性；支架用于固定装置主体部分，有多种款式可供选择，可将装置固定于绝缘管型母线本体、母线支架、墙壁等不同位置；所述绝缘管型母线需在接头部位统一设置气体出口，并且气体出口的突出部分应与橡胶软管进行过盈配合以保证连接的可靠性和密封性，橡胶软管的另一端与气体收集部分连通。在不影响设备正常工作的前提下，所述气体出口也可设置在绝缘管型母线其他部位。

请参阅图1，所述气体收集部分用于收集由绝缘管型母线绝缘层逸出的气体，包括金属密封盒1、气压监测与报警装置2、气压传感器4，所述金属密封盒1由分隔层3分隔为上下两部分，下部分为气体储存室5，气体储存室5的侧壁设有气体入口6和气体出口9，上部分安装有气压传感器4及与气压传感器4连接的气压监测与报警装置2；气体储存室5的气体入口6与连接固定部分的橡胶软管连通。

所述金属密封盒1为圆柱体不锈钢外壳，尺寸为φ100mm×50mm，内部空间由分隔层3分隔为φ100mm×20mm和φ100mm×30mm上下两部分，其中20mm部分用于安装气压传感器4、气压监测与报警装置2，30mm部分即为气体储存室5，用于储存气体，容积约为235ml。所述气压传感器4紧贴于分隔层3的储存气体一侧，气压监测与报警装置2具有单片机及与单片机连接的控制面板、显示器、报警器，气压传感器4与单片机连接，控制面板用于设置报警气压阈值，显示器用于显示实时气压和所设阈值，报警器由蜂鸣器和led灯组成，以上所有部件由单片机统一控制，并且由电池供电。所述气压监测与报警装置2不仅可以实时监测装置内部气压，还可以在气压超过预设值时进行蜂鸣报警与灯光报警，及时提示异常情况。

所述气体采样部分用于定量抽取气体收集部分气体储存室5中所储存的气体从而进行气体分析，包括开关阀门7、减压阀8、抽气装置；气体出口9由开关阀门7和减压阀8控制，抽气装置与气体出口9，防止装置内部气体的日常逸出，抽气装置标注刻度，可以定量抽取所需气体样本，并且可以取下以方便后续的测试分析。

所述气相色谱仪与所述气体采样部分连接，用于采集到的气体样本进行气相色谱分析。

本实施例以10kv/6300a环氧树脂/绝缘纸复合绝缘管型母线为例，参考图2，一种环氧浇注型绝缘管型母线故障检测方法，主要涉及：气相色谱分析结果、超声探伤检测结果和局部放电检测结果，所述方法，采用所述的环氧浇注型绝缘管型母线故障检测装置辅助实现，包括下述步骤：

(1)按照预设周期，定期从装置中采集气体样本，其具体方法为，连接抽气装置，保证减压阀8处于松弛状态，打开开关阀门7，调节减压阀8，按照需求从气体储存室5定量抽取气体样本，关闭开关阀门，再次调节减压阀至松弛状态，取下抽气装置并进行密封。

(2)对采集到的气体样本进行气相色谱分析，采用氦气作为载气，样品体积2μl；正常情况下气体样本的成分与含量应与空气差异不大，当气体样本的成分与含量发生变化时，尤其是出现了绝缘管型母线绝缘层材料分解可能产生的气体时，应当引起充分注意，说明绝缘层中可能产生了放电现象。

(3)建立数据库，记录绝缘管型母线的气体采样日期与气相色谱分析结果，绘制各个气体含量与时间的关系曲线，当出现新的气体或者某种气体含量突变时，对绝缘管型母线进行超声探伤检测与局部放电检测，该数据库还应记录后续的超声探伤检测结果和局部放电检测结果。

具体实施时，根据气相色谱分析分析结果对比该绝缘管型母线的数据库，若发现短链烃类和芳香烃类在以前的气相色谱分析结果中从未出现则说明绝缘层中可能产生了放电现象。由于该绝缘管型母线的绝缘层为环氧树脂/绝缘纸复合材料，其中环氧树脂使双酚a型环氧树脂，含有苯环结构，而绝缘纸的主链结构即为碳链，因此可以判断短链烃类分子和芳香烃类分子即为环氧树脂/绝缘纸复合材料的分解产物，而绝缘层材料的分解往往是由于局部放电造成的，因此认定该绝缘管型母线存在故障隐患。例如在本实施例中发现某环氧树脂/绝缘纸复合绝缘管型母线气体样本的气相色谱分析结果异常，出现了短链烃类和芳香烃类分子，其中短链烃类分子含量为0.98％，芳香烃类分子浓度为0.52％。

(4)根据超声探伤检测与局部放电检测的结果，一旦两项检测中的任何一项出现异常，则认定该绝缘管型母线已经发生故障，立刻更换故障绝缘管型母线并对其进行维护或检修。

本实施例对该绝缘管型母线进行超声探伤检测，结果发现在靠近接头端部120mm处存在一处圆形缺陷，直径约为10mm，确定该绝缘管型母线绝缘层已经严重劣化，且随时可能发生击穿，因此对该段故障母线进行更换。对更换下的故障绝缘管型母线进行局部放电检测，局部放电起始电压仅为2.7kv，明显低于其额定相电压5.8kv，而在额定电压下的最大视在放电量高达2500pc；对绝缘层进行解剖发现在超声探伤检测到的缺陷位置处，绝缘层材料已严重烧蚀、分解并碳化，损伤直径达到30mm，中心位置存在一处贯穿通道，直径约1mm，深度约3mm。

(5)如果超声探伤检测与局部放电检测的结果均属正常，则认定该绝缘管型母线存在故障隐患，应视情况缩短气体采样周期(气体采样周期不是一成不变的，当气压变化引起检测装置报警时，应进行额外的气体采样和气相色谱分析工作，并根据分析结果确定是否需要进一步的超声探伤检测和局部放电检测。对于气相色谱分析结果异常而超声探伤检测和局部放电检查均正常的绝缘管型母线，应缩短采样周期至不超过一周)，特别关注气体成分与含量的变化，并在下一次产生较大变化时再次进行超声探伤检测与局部放电检测。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。