[发明专利]一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种GIS中自由金属微粒绝缘缺陷模拟实验装置及方法。包括：气体放电室，同时与气体放电室连接的工频交流电源系统和检测系统，绝缘缺陷模型设置在气体放电室内部。本发明具有如下优点：1.本发明能模拟GIS中自由金属微粒绝缘缺陷下发生PD的状况，弥补了现有GIS的故障模拟实验装置仅能模拟金属突出物缺下发生PD的不足。2.本发明可用于探索在自由金属微粒绝缘缺陷下，外施电压大小、微粒的形状和大小对PD强度以及分解组分生成量的影响。3.本发明检测灵敏度高，样品用量少，选择性好，检测精度可以达到ppmv级。4.本发明装置的结构简单，成本低。本发明可广泛用于GIS中自由金属微粒绝缘缺陷下PD的模拟。

技术领域

本发明属于气体绝缘组合电器(gas insulation switchgear,GIS)绝缘状态在线监测技术领域，具体涉及一种GIS内自由金属微粒缺陷模拟实验装置及方法。

背景技术

由于六氟化硫(SF₆)具有优良的绝缘和灭弧性能，使得以SF₆作为绝缘介质的SF₆气体绝缘电气设备具有绝缘强度高、可靠性高、占地面积小及维护工作量小等优点，自21世纪以来，全球电网GIS变电站数量明显增多。但GIS在制造、装配和运行过程中无法避免地会在电极之间产生可在电场作用下自由跳动的金属微粒或碎屑。它一般出现在设备金属腔体与高压导体之间的空间里，即在一个具有高电场的空间里存在大小不一且能够自由移动的金属微粒或碎屑。这些金属微粒通常是由于制造或安装过程中生成而后期又未被清洗干净留下的，且设备在运行过程中因震动使金属镀层脱落或相邻金属部件之间发生摩擦等，也会产生各种金属微粒。这些金属微粒形状各异，有颗粒状、片状、粉末状和尖刺状等，由于这些颗粒是金属的，它们会在电场中会感应出电荷，并且它们的质量很小，在电场力的作用下会发生移位和跳动，这些微粒的运动与电场强度、微粒形状和质量以及一些随机因素相关，如果微粒跳动的范围足够大，数量足够多，就可能在高压导体和外壳之间形成导电通路或者贯穿性的电弧通道，从而造成设备严重的故障。因此，这些导电微粒对运行中的设备危害较大。当导电微粒导致腔体内发生贯穿性的放电前，最容易表现的电气特征就是产生PD。在产生PD过程中，导电微粒在电场作用下的运动路径取决于多种因素，包括外施电压、微粒的形状和大小等。

GIS内自由金属微粒缺陷引发的PD一方面是绝缘发生劣化的主要原因，另一方面也是反映GIS内部绝缘状态的特征量。因此，可以对GIS中PD展开在线监测以及时发现其中潜在的绝缘缺陷。目前用来检测GIS内PD的方法主要有脉冲电流法、超声波法、超高频法和SF₆分解组分分析法等。可通过各种检测方法对GIS内部PD进行监测，得到各种检测方法下的特征量与PD的关系，提取出能够表征PD的特征量，完善SF₆在PD下的分解理论，为实现GIS的状态监测和故障诊断提供科学的理论依据。所以研制SF₆气体绝缘电气设备PD分解的模拟装置，对于GIS的状态监测和故障诊断以避免大停电事故及保证电力系统安全运行具有深远的意义。

目前国内外在SF₆气体绝缘电气设备PD在线监测的研究主要集中于针-板缺陷的实验及监测装置，如专利号为ZL2007100784930的“六氟化硫放电分解组分分析系统及其使用方法”、专利号为ZL201010157377.X的“超高频局部放电放电量监测采集方法、装置和系统”、以及专利号为ZL200910104566.8的“六氟化硫气体放电微量组分的红外检测装置及方法”等专利，都是基于针-板缺陷的GIS在线监测装置，因此研究GIS中自由金属微粒缺陷模拟实验装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有的GIS故障模拟实验装置还没有针对自由金属微粒缺陷研究的问题，提供一种GIS中自由金属微粒缺陷模拟实验装置，该装置能在实验室中模拟交流条件下GIS内自由金属微粒缺陷引发PD的情况，并获取不同的外施电压、微粒的形状和大小等对PD的影响，为GIS在线监测和绝缘状态评估打下实验基础。

本发明的技术方案是：