[发明专利]一种气体绝缘电气设备局部放电多源联合监测实验装置

权利要求书

1.一种气体绝缘电气设备局部放电多传感器联合监测实验装置，其特征在于，包括：

一工频交流电源系统：电源系统具体包括电源调压控制台、无局放工频试验变压器、无局放保护电阻、工频电容分压器；实验室内市电220V/50Hz经导线与调压台的输入端口连接，经调压台调控由其输出端口接入工频试验变压器输入端口，试验变压器的输出端口经导线接入通过保护电阻后其输出将电容分压器与气体放电室并联接入；其中电容分压器经衰减探头后连入数字示波器可对加载在气体放电室的电压进行测量，而试验变压器通过调压台调控给经导线连接的气体放电室提供连续调节工频交流电压；

一气体放电室：工频交流供压系统的输出端经导线与气体放电室相连，导线通过高压套管连入气体放电室的内部的模拟绝缘缺陷，将试验电源电压加载到模拟绝缘缺陷的一端，绝缘缺陷的另一端经接地线与大地直接相连，这样电源可供给模拟绝缘缺陷局部放电的连续可调节的工频交流电压；

一人工绝缘缺陷模型：构建不少于四种典型的绝缘缺陷模型，分别为导电杆突出物缺陷、绝缘子表面金属附着物缺陷、绝缘子空穴/裂缝缺陷与自由金属颗粒缺陷，具体结构是：

模型一，导电杆突出物缺陷模型，采用针—板电极；所述铝质针电极近似真实的气体绝缘电气设备中心导电杆，其直径为4mm，长度为40mm，其中针电极从圆形端部起始螺纹长度为20mm，针尖部分的长度为10mm，尖端曲率半径为0.4mm；所述的不锈钢材料的板电极近似真实气体绝缘电气设备外壳所述的板电极直径为120mm，厚度为12mm，板电极底端中心连接杆直径为4mm，长度为25mm，其下端部螺纹长度为15mm；

模型二，绝缘子表面金属附着物缺陷模型，采用尺寸相同的不锈钢板-板平行电极近似腔体中的电场分布，用柱状环氧树脂块近似气体绝缘电气设备内的支撑绝缘子，在用环氧树脂胶黏合电极和绝缘子时同时粘贴了一定的铜屑来近似模拟污秽缺陷；所述的板电极直径为120mm，厚度为12mm，上下两根电极连接杆直径为4mm，长度为25mm，其端部螺纹长度为15mm，板电极间距为25mm；所述圆柱形环氧树脂直径为60mm，高度约为25mm；所述粘接的铜屑的区域垂直长度15mm，宽1.5mm，铜屑直径都在100μm以内；

模型三，绝缘子空穴/裂缝缺陷模型：采用圆柱形环氧树脂与不锈钢板电极之间垫两块环氧树脂片形成气隙来模拟；所述板电极直径为120mm，厚度为12mm，上下两根电极连接杆直径为4mm，长度为25mm，其端部螺纹长度为15mm，板电极间距约为21mm；所述圆柱形环氧树脂直径为60mm，高度为20mm；所述气隙厚度为1mm；

模型四，自由金属微粒绝缘缺陷模型：采用不锈钢球-碗电极以及放置于半球形的碗电极内部的一定尺寸的铝箔来模拟；所述的球电极直径为30mm，碗电极外径为120mm，厚度均为2mm，所述的球电极及碗电极的电极连接杆直径为4mm，长度为35mm，其中螺纹长度为20mm；所述的矩形铝箔尺寸为2mm×2mm；

一多传感器联合检测系统：包括脉冲电流法传感器检测系统、超高频传感器检测系统、气相色谱质谱检测传感器检测系统与荧光光纤传感器检测系统四个部分；其中脉冲电流检测传感器基于IEC60270的并联检测法，由所述的气体放电室的高压端口处引导线与耦合电容高压端口相连，所述耦合电容的低压端则通过导线与检测阻抗连接到数字示波器上，所述的气体放电室的绝缘缺陷局部放电产生的脉冲信号经由检测阻抗放大后进入数字示波器进行显示，通过数字示波器检测局部放电的脉冲幅值信息；所述的超高频传感器检测系统由与所述的放电气室及试验电源系统非接触的超高频微带天线经电缆接入数字示波器中，对所述的人工绝缘缺陷的局部放电特高频信号进行检测，提取局部放电的超高频信息；所述的气相色谱质谱传感器检测系统经连接到气体放电室缸体的出气口部分的特氟龙导气管进行局部放电分解气体采集，通过气相色谱质谱联用仪检测出ppbv级的SO₂F₂、SOF₂、CO₂、CF₄、H₂S、SO₂等SF₆气体的局部放电分解气体信息；所述的荧光光纤传感器检测系统由放置在所述的气体放电室内的荧光光纤传感器通过所述的气体放电室缸体下方的荧光光纤传感器通道出来接到光纤耦合器上，通过普通光纤连接到光纤适配器后接入光电倍增管一端口，所述的光电倍增管的另一端口接供电电源并且其最后一端口经电流连接到数字示波器上，通过数字示波器检测局部放电的光电信息。

2.根据权利要求1所述的一种气体绝缘电气设备局部放电多传感器联合监测实验装置，其特征在于，所述的气体放电室从结构的由上到下，分别由高压导杆、高压套管、椭球形顶盖、法兰、不锈钢柱状腔体、人工绝缘缺陷模型、前后对称的石英观察窗、真空压力表球阀和真空压力表、真空泵球阀和真空泵、进样球阀和进样口、采样球阀、采样口、接地导电杆构成；在所述的椭球形顶盖中心处设置一个通孔，所述聚四氟乙烯高压套管包裹的所述的高压导杆和法兰经一次性封装成形从顶盖的通孔深入到缸体内部，通过法兰将顶盖的通孔密封，高压导电杆伸入缸体内部的端口采用螺纹结构；在所述的不锈钢柱状腔体上端口环形固接一法兰，其采用矩形密封槽配合“Ｏ”形橡胶圈密封结构，所述的法兰使螺钉提供足够的压紧力将椭球形顶盖固定在所述的不锈钢缸体的法兰上构建密封腔体；所述的不锈钢柱状腔体由圆柱体构成、上端部为可拆卸的所述的椭球形顶盖，下端部为焊接上的椭球形封头，所述的不锈钢柱状腔体结构可承受五个大气压以上的压力；

在所述的不锈钢柱状腔体左侧壁挖一通孔；在该通孔上焊接一根不锈钢钢管，所述的真空压力表通过真空压力球阀接在不锈钢管上用以监测所述气体放电室的真空度与气压，该不锈钢管上还接一个进样球阀，该进样球阀另一端进样口通过特氟龙导气管与钢瓶连通用以充气；

所述的不锈钢柱状腔体右侧壁该挖一通孔，该通孔上焊接一根不锈钢钢管，该不锈钢管上接一个进样球阀采样球阀与采样口，采样球阀的另一端采样口通过特氟龙导气管与所述的气相色谱质谱联用仪连通，进行局部放电分解气体采样；在所述的不锈钢柱状腔体的前后两个侧壁，分别设置两个石英玻璃观察窗，该石英玻璃夹在法兰之间，并用Ｏ形橡胶垫密封并用若干根螺杆以及螺钉压紧固定，通过所述的石英观察窗可对局部放电发展过程进行观测；在所述的不锈钢柱状腔体的采样口正下方开一个光纤通孔，通过外部螺钉压紧通道内部垫橡胶圈确保密封性，构成所述的荧光光纤传感器连接外部通道；在所述的不锈钢柱状腔体的底盖中心处开一个通孔，所述的接地导电杆穿过该通孔胶封在所述的不锈钢柱状腔体底盖；所述接地导电杆伸出缸体的一端通过铜编带接地，其在缸体腔内的一端及采用螺纹结构；在所述的不锈钢柱状腔体的底盖外沿球面外侧中心对称且以斜度为10~15度固接至少三个支撑脚，三根所述支撑架用横杆相连，对整个试验装置起支撑作用。