一种评估X射线对气固绝缘系统影响的检测装置及方法与流程

本发明涉及高电压与绝缘，具体是一种评估x射线对气固绝缘系统影响的检测装置及方法。

背景技术：

1、气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated switchgear,gis)将断路器、隔离开关、接地开关、母线、互感器、避雷器等主要元件装入密封的金属壳体内，并充以绝缘性能优越的六氟化硫(sulfur hexafluoride,sf6)气体，能够有效减小设备尺寸以及占地面积。而且，由于其密闭结构，导电部分都被金属外壳包围，不与外界接触，能够保证gis设备不受外界环境影响，因此具有运行可靠性高，维护工量少，检修周期长等优点。同时，良好的接地也保证了gis设备内部导电体产生的辐射和电场干扰能够被外壳屏蔽，断路器开断产生的噪音也能被外壳阻断，gis不会对通信、无线电设备产生干扰。

2、虽然gis设备被普遍认为是少维护甚至是免维护的，但是其在制造、运输、安装、检修和运行等过程中，内部不可避免地会出现一些绝缘缺陷，如导体上的金属毛刺、部件松动或接触不良、导体与支撑绝缘子剥离形成的气隙、检修后的遗留物以及腔体内的金属微粒等，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gis设备内部发生局部放电(partial discharge,pd)。pd会加快对gis设备内部绝缘的进一步破坏，最终导致绝缘故障造成停电事故，严重威胁了电网的安全稳定运行。

3、由于gis设备采用封闭式模块化结构连接且内部结构复杂，现有的pd放电检测手段难以精确定位故障的具体部件以及缺陷程度，而对gis进行停电检修会带来较大的经济损失，因此，通过对电力设备进行多方位x射线透视成像，配合专用的图像处理与识别技术，实现其内部结构的可视化与运行状态的快速诊断，可极大地提高设备故障定位与判别的准确性。而由于x射线具有较高的透射性以及较大的能量，对sf6气体以及高分子聚合物电介质具有较大的影响。因此，研究x射线对绝缘电介质的影响对x射线检测技术在输配电设备的普及和应用具有重要意义。

4、气体绝缘封闭开关设备(gas-insulated switchgear,gis)将断路器、隔离开关、接地开关、母线、互感器、避雷器等主要元件装入密封的金属壳体内，并充以绝缘性能优越的六氟化硫(sulfur hexafluoride,sf6)气体，能够有效减小设备尺寸以及占地面积。而且，由于其密闭结构，导电部分都被金属外壳包围，不与外界接触，能够保证gis设备不受外界环境影响，因此具有运行可靠性高，维护工量少，检修周期长等优点。同时，良好的接地也保证了其内部导电体产生的辐射和电场干扰能够被外壳屏蔽，断路器开断产生的噪音也能被外壳阻断，gis不会对通信、无线电设备产生干扰。gis自20世纪70年代开始使用，发展迅速，在世界各国电网中得到了大规模应用。

5、虽然gis被普遍认为是少维护甚至是免维护的，但根据交流gis几十年的运行经验，其在制造、运输、安装、检修和运行等过程中，内部不可避免地会出现一些绝缘缺陷，如导体上的金属毛刺、部件松动或接触不良、导体与支撑绝缘子剥离形成的气隙、检修后的遗留物以及腔体内的金属微粒等，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)。pd会加快对设备内部绝缘的进一步破坏，最终导致绝缘故障造成停电事故，严重威胁了电网的安全稳定运行。

6、由于gis采用封闭式模块化结构连接且内部结构复杂，现有的pd放电检测手段难以精确定位故障的具体部件以及缺陷程度，而对gis设备进行停电检修会带来较大的经济损失，因此，通过对电力设备进行多方位x射线透视成像，配合专用的图像处理与识别技术，实现gis设备内部结构的可视化与运行状态的快速诊断，可极大地提高设备故障定位与判别的准确性。而由于x射线具有较高的透射性以及较大的能量，对sf6气体以及高分子聚合物电介质(绝缘电介质)具有较大的影响。因此，研究x射线对gis设备内绝缘电介质的影响对x射线检测技术在输配电设备的普及和应用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种评估x射线对气固绝缘系统影响的检测装置及方法，模拟gis设备的真实运行环境，评估x射线对绝缘电介质绝缘性能的影响，为x射线可视化定位gis设备内的绝缘缺陷奠定基础。

2、本发明的技术方案为：

3、一种评估x射线对气固绝缘系统影响的检测装置，包括有工作平台、x射线仪、高压套管、过渡腔体、试验筒体、隔离绝缘子、试验固定架、表面电荷测量机构、样品定位测试机构和控制机构；

4、所述的高压套管的顶端为封闭结构、底端为开口结构，过渡腔体为上下贯通的管状结构，试验筒体为竖直设置的十字管结构，高压套管的底端与过渡腔体的顶端密封连接且相互连通，过渡腔体的底端与试验筒体的顶端密封连接且相互连通，试验筒体的底端密封连接于工作平台上，试验筒体水平部分的两端为封堵结构；

5、所述的高压套管内固定有中心导体，过渡腔体内固定有隔离绝缘子，隔离绝缘子的中心部分设置有连接导体，中心导体的底端与连接导体的顶部相互连接，隔离绝缘子将高压套管、过渡腔体和试验筒体组成的内腔分隔为两个单独的气室；

6、所述的试验固定架位于试验筒体的竖直部分内且其底端固定于工作平台上，试验固定架顶端的支撑底板水平延伸至试验筒体的水平部分内，试验筒体水平部分内的支撑底板上连接有表面电荷测量机构；

7、所述的样品定位测试机构包括有样品定位台、升降式高压导杆、接地电极、两个指形电极和三电极体系，样品定位台固定于试验筒体十字交叉部处的支撑底板上，x射线仪设置于试验筒体的外部且斜向下朝向样品定位台，升降式高压导杆连接于支撑底板上且位于样品定位台的正上方，接地电极和两个指形电极均设置于样品定位台上，两个指形电极均为倒l形结构，两个指形电极的底端均固定于样品定位台上且水平部分的端头相对设置，所述的三电极体系包括有第一平板电极、第二平板电极和环形电极，第一平板电极设置于样品定位台上，环形电极同心布设于第二平板电极的外围且与第二平板电极绝缘连接，第二平板电极连接于升降式高压导杆的底端上；当接地电极和指形电极未连接于样品定位台上时，三电极体系连接于对应的升降式高压导杆和样品定位台上进行试验；

8、所述的表面电荷测量机构的驱动组件、升降式高压导杆的驱动组件均与外置的控制机构连接。

9、所述的检测装置还包括有移动小车，工作平台固定于移动小车上。

10、所述的高压套管为高压sf6气体绝缘套管，所述的试验筒体水平部分的端部连接有sf6洗气管路，sf6洗气管路包括有抽真空管路和sf6充气管路，抽真空管路上设置有抽真空阀，sf6充气管路上设置有充气阀，抽真空管路的进气口、sf6充气管路的出气口均连接于试验筒体水平部分的端部，抽真空管路的出气口与真空泵连接，sf6充气管路的进气口与sf6气罐连接。

11、所述的隔离绝缘子为盆式绝缘子，盆式绝缘子的凸面朝向高压套管，盆式绝缘子的凹面朝向试验筒体；所述的连接导体的顶端设置有卡槽，所述的中心导体的底部伸入到卡槽内与连接导体卡合连接。

12、所述的表面电荷测量机构包括有xy轴直线模组、探头夹具和静电探头，xy轴直线模组固定于试验筒体水平部分内的支撑底板上且与控制机构连接，探头夹具固定连接于xy轴直线模组的末端上，静电探头夹持固定于探头夹具上且其探头朝下，所述的静电探头与设置于试验筒体外部的静电计连接；所述的xy轴直线模组带动静电探头移至样品定位台的正上方对定位于样品定位台上的被测样品进行表面电荷采集。

13、所述的试验筒体上连接有水平设置的侧腔体，侧腔体与试验筒体的水平部分垂直相交，侧腔体的两端部均设置有接线柱，表面电荷测量机构和连接于样品定位测试机构上的接地线均连接于接线柱上。

14、所述的升降式高压导杆包括电动升降杆、水平连接座和高压导杆，电动升降杆与控制机构连接，电动升降杆的底端为固定端、顶端为升降端，电动升降杆的底端固定于支撑底板上，高压导杆位于样品定位台的正上方，水平连接座的两端分别与电动升降杆的顶端、高压导杆的顶端固定连接。

15、一种评估x射线对气固绝缘系统影响的检测方法，具体包括有以下步骤：

16、(1)、x射线预处理：首先将接地电极置于样品定位台上，被测样品置于接地电极上，然后将高压套管、过渡腔体、试验筒体依次密封连接并定位于工作平台上，向高压套管充入sf6气体，同时对试验筒体进行sf6洗气操作，使得试验筒体内充入sf6气体，最后打开x射线仪，采用设定强度的x射线对被测样品照射设定时间；重复上述步骤，获得多个经x射线照射处理后的被测样品；

17、(2)、沿面闪络和体击穿检测试验：试验前，将接地电极置于样品定位台上，一个经x射线照射处理后的被测样品置于接地电极上，将高压套管内的中心导体接外置的高压直流电源，升降式高压导杆与隔离绝缘子的连接导体通过导线连接，控制机构控制升降式高压导杆下移，使得升降式高压导杆的底端与被测样品接触；试验时，保证试验筒体内为sf6绝缘状态下，采用逐步升压法对被测样品进行沿面闪络或体击穿试验，将高压直流电源的电压从零开始，在0.5kv/s升压速率下逐渐增大，直至被测样品被击穿，此时高压直流电源的输出被自动切断，试验时示波器实时记录高压直流电源的外加电压和与接地电极连接的接地线上的放电电流；当待测样品水平表面积较大，且厚度较小，就进行体击穿试验；当待测样品厚度较大、且水平表面积较小，就进行沿面闪络试验；

18、(3)、表面电荷积聚检测试验：试验前，将接地电极置于样品定位台上，一个经x射线照射处理后的被测样品置于接地电极上，两个指形电极竖直部分的底端采用绝缘螺栓固定于样品定位台上且位于被测样品的外围，两个指形电极的水平部分均与被测样品的顶面接触，其中一个指形电极接外置的高压直流电源、另一个指形电极接地；试验时，保证试验筒体内为sf6绝缘状态下，对其中一个指形电极施加直流电压，同时将表面电荷测量机构移至被测样品的正上方记录不同时刻被测样品表面的电荷分布情况，获取被测样品不同时刻的表面电荷演化规律；

19、(4)、不同x射线强度下sf6间隙击穿检测试验：试验前，将接地电极置于样品定位台上，在接地电极上重新放置一个被测样品，此被测样品没有经过x射线预处理，两个指形电极竖直部分的底端采用绝缘螺栓固定于样品定位台上且位于被测样品的外围，两个指形电极的水平部分均与被测样品的顶面接触，其中一个指形电极接外置的高压直流电源、另一个指形电极接地；试验时，保证试验筒体内为sf6绝缘状态下，打开x射线仪采用设定强度的x射线对被测样品进行照射，同时对其中一个指形电极施加直流电压，并采用逐步升压法对被测样品进行sf6间隙击穿检测试验；通过更换新的被测样品，并采用不同设定强度的x射线对不同的被测样品进行照射并进行sf6间隙击穿检测试验，获取不同强度x射线对气体间隙击穿影响的试验结果；

20、(5)、体电导率和表面电导率检测试验：试验前，将第一平板电极置于样品定位台上，一个经x射线照射处理后的被测样品置于第一平板电极上，环形电极同心布设于第二平板电极的外围且与第二平板电极绝缘连接，第二平板电极连接于升降式高压导杆的底端上，升降式高压导杆下移，使得第二平板电极和环形电极均与被测样品的顶面接触；试验时，保证试验筒体内为sf6绝缘状态下；当测量被测样品的体电导率时，将第一平板电极接外置的高压直流电源，环形电极接地线，第二平板电极与外置的静电计相连，通过静电计测量得到被测样品的漏电流，根据高压直流电源的电压和漏电流计算得到被测样品的体电导率；当测量被测样品的表面电导率时，将环形电极接外置的高压直流电源，第二平板电极接地线，第一平板电极与外置的静电计相连，通过静电计测量得到被测样品的漏电流，根据高压直流电源的电压和漏电流计算得到被测样品的表面电导率。

21、所述的步骤(2)-(5)的试验时，试验筒体内sf6气体的压强控制为0.1mpa-0.5mpa；所述的sf6洗气的具体操作为：试验筒体上连接有抽真空管路和sf6充气管路，在充入sf6气体前，关闭sf6充气管路上的充气阀，打开抽真空管路上的抽真空阀和与抽真空管路连接的真空泵,将试验筒体内部抽至真空后，关闭抽真空阀和真空泵，打开充气阀和与sf6充气管路连接的sf6气罐，向试验筒体内充入0.1mpa气压的sf6气体；重复上述操作将试验筒体抽至真空并充入0.1mpa气压的sf6气体，重复三次后完成sf6洗气操作，再次将试验筒体抽至真空后，关闭抽真空阀和真空泵，打开充气阀和sf6气罐，充入sf6气体，保证试验筒体内sf6气体的压强控制为0.1mpa-0.5mpa。

22、本发明的优点：

23、本发明高压套管、过渡腔体和试验筒体组成的完整腔体模拟gis设备的内部运行环境，保证检测装置的试验环境更贴合gis设备工程的实际应用环境，提高试验结果对于gis设备内绝缘电介质评估的准确度；

24、本发明的样品定位测试机构为选择式可拆卸结构，根据不同的试验需求，选择连接不同的升降式高压导杆、接地电极、指形电极和三电极体系，完成被测样品即绝缘电介质的沿面闪络和体击穿检测试验、表面电荷积聚检测试验、不同x射线强度下sf6间隙击穿检测试验、以及体电导率和表面电导率检测试验，从而评估x射线对绝缘电介质绝缘性能的影响，为x射线可视化定位gis设备内的绝缘缺陷奠定基础。