CN103913682B - 应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是针对现有的绝缘气体放电分解装置的不足，提供一种应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***及其方法，可进行电气设备中高低压绝缘气体的绝缘性能实验，也能有效的模拟真实GIS的各种缺陷，得到不同缺陷、不同混合比、不同气压下各种替代气体及其混合气体的绝缘性能，并与相同实验条件下SF6气体进行对比，为替代SF6气体提供实验依据。

Description

应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***及其方法

技术领域

本发明属于高电压新气体绝缘材料领域，具体涉及应用于电气设备的新型绝缘气体绝缘性能的实验***及其方法。

背景技术

SF₆气体具有良好的绝缘和灭弧性能，被广泛的用于气体绝缘组合电器(GIS)和气体断路器(GCB)等高压电力设备中。然而SF₆作为一种对大气环境有很大危害的温室效应气体，其温室效应潜在值(GWP)是CO₂的23900倍，且在大气中寿命约3200年，对全球变暖有累积效应，因此***气候变化公约缔约方在1997年签订的《京都议定书》中，将SF₆气体列为六种限制性使用的温室气体之一，要求到2020年基本限制SF₆气体的使用。国内外学者进行了大量的研究，希望寻找一种环境友好的SF₆的替代气体作为电气设备中的新介质。鉴于日益迫切的环保的要求，对SF₆替代气体的研究具有重要意义。

作为SF₆的替代气体，要求环境友好，并且绝缘性能超过SF₆气体或与SF₆气体相比拟。有潜力替代SF₆的气体包括一些含有F原子的电负性气体，如八氟环丁烷(c-C₄F₈)、全氟丙烷(C₃F₈)、六氟乙烷(C₂F₆)、三氟碘甲烷(CF₃I)等。对替代气体绝缘性能的研究必须考虑工程实际，通过模拟真实GIS中固体突出物缺陷、自由金属微粒缺陷、绝缘子污秽缺陷、绝缘子气隙缺陷，在工频、直流、冲击电压下对替代气体的绝缘性能进行研究，并与相同条件下的SF₆气体绝缘性能相比较，得到替代气体全方位的绝缘性能信息。

现有的电气设备气体绝缘性能实验装置，如专利申请号为201210089955X的“绝缘气体局部放电分解组分多区域检测***及其方法”专利，该专利公开的***主要包括调压器、隔离变压器、无晕试验变压器、无局部放电保护电阻、电容分压器、绝缘气体放电分解装置、超高频天线、无感检测阻抗、耦合电容、高速数字存储示波器和气质联用仪等。其中绝缘气体放电分解装置由不锈钢盖板和玻璃罐体组成，采用针-板电极模拟真实GIS中固体突出物缺陷。该专利存在的缺点：1)悬浮电位放电问题，当试验电压较高，绝缘气体放电分解装置的高压导电杆与不锈钢盖板之间先于装置内部的电极发生放电，使得实验无法进行；2)不能精确调节绝缘气体分解装置中针-板电极的距离，通过高压导电杆的伸缩实现针-板电极距离调节，距离调节不易实现且不够精确；3)不能有效地模拟真实GIS，绝缘气体分解装置耐压仅为0.4MPa，而真实GIS耐压为0.4-0.6MPa，充入的气压通常为0.5MPa；4)绝缘气体放电分解装置罐体容积较大，耗费气体，替代气体的价格相对较高，如CF₃I气体的价格是同条件下SF₆气体的10倍，每次试验耗费大量的气体。为了有效的模拟真实GIS的各种缺陷，更加精确地得到SF₆及替代气体在各种电压类型下的绝缘性能数据，有必要对现有的绝缘气体放电分解装置进行多方面的改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***及其方法，可进行电气设备中高低压绝缘气体的绝缘性能实验，也能有效的模拟真实GIS的各种缺陷，得到不同缺陷、不同混合比、不同气压下各种替代气体及其混合气体的绝缘性能，并与相同实验条件下SF6气体进行对比，为替代SF6气体提供实验依据。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***，该***包括高压电发生装置、测量装置和绝缘气体试验装置。

所述高压电发生装置包括调压器、无晕试验变压器、无局放保护电阻、和耦合电容。所述调压器的一次侧通过导线与380V的市电连接，所述的调压器的二次侧通过电缆与所述的无晕试验变压器的一次侧连接。所述耦合电容具有A、B两个接线端。耦合电容的A接线端串联无局放保护电阻后，与无晕试验变压器的二次侧的高压端连接。所述耦合电容的B接线端串联无感检测阻抗后，与无晕试验变压器的二次侧的低压端连接。所述无晕试验变压器的二次侧的低压端接地。

所述测量装置包括超高频天线和高速数字存储示波器。所述高速数字存储示波器具有至少两个信号接入端口，其中一个信号接入端口通过信号线与超高频天线连接、另一个信号接入端与耦合电容的B接线端连接。

所述绝缘气体试验装置包括外罐、内罐、外罐进取气设备和内罐进取气设备：

所述外罐包括一个不锈钢制成的外罐壳体。所述外罐壳体是一个左、右两端敞口的中空圆柱筒。用两块外罐盖板封堵外罐壳体两端的敞口后，外罐壳体的内部具有气密性。两块所述的外罐盖板均由透明材料制成。所述超高频天线安装在外罐壳体内部，所述信号线穿入所述外罐壳体的侧壁。所述外罐壳体的侧壁还嵌入外罐高压导电杆、第一连接导管和第二连接导管。

所述内罐安装在外罐的内部。所述内罐包括一个由透明材料制成的内罐壳体。所述内罐壳体是一个上、下两端敞口的中空圆柱筒。所述内罐壳体的上端敞口采用上盖板封堵、下端敞口采用底座封堵后，内罐壳体的内部具有气密性。所述上盖板由聚四氟乙烯制成，其中部嵌入罐高压导电杆。所述内罐高压导电杆穿入内罐壳体的一端连接针电极。所述针电极上端连接在内罐高压导电杆上、下端悬空。所述外罐高压导电杆穿入外罐壳体内部的一端通过高压连接导线与内罐高压导电杆连接。所述外罐高压导电杆露在外罐壳体外部的一端通过高压导线与耦合电容的A接线端连接。所述底座由不锈钢制成。底座的下方安装升降调节装置。所述升降调节装置的上端是一根升降轴。底座是中部嵌入底座绝缘套。所述底座绝缘套是聚四氟乙烯制成的中空圆柱筒，该圆柱筒中穿过低压导电杆。所述低压导电杆下端连接在所述升降轴上，上端连接板电极。所述板电极是金属制成的圆盘，其上表面位于针电极的下方。所述底座嵌入一根导管。所述导管的一个管口在外罐壳体内部、另一个管口与第二连接导管连接。

所述外罐进取气设备包括第一进取气管、第一真空气压表、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第一真空泵和第一气瓶。所述第一进取气管是一个三通管道，其三个管口分别安装第一阀门、第二阀门和第三阀门。所述第一阀门一端与第一进取气管连接、另一端通过管道与所述第一连接导管连接。所述第二阀门一端与第一进取气管连接、另一端与第一真空泵的进气口连接。所述第三阀门一端与第一进取气管连接、另一端与第一气瓶的出气口连接。连接所述第一阀门与所述第一连接导管的管道上安装有第一真空气压表。

所述内罐进取气设备包括第二进取气管、第二真空气压表、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第二真空泵和第二气瓶。所述第二进取气管是一个三通管道，其三个管口分别安装第四阀门、第五阀门和第六阀门。所述第四阀门一端与第二进取气管连接、另一端通过管道与所述第二连接导管连接。所述第五阀门一端与第二进取气管连接、另一端与第二真空泵的进气口连接。所述第六阀门一端与第二进取气管连接、另一端与第二气瓶的出气口连接。连接所述第四阀门与所述第二连接导管的管道上安装有第二真空泵。

进一步，所述高压电发生装置中还包括电容分压器，所述电容分压器的一端与耦合电容的A接线端连接、另一端与无晕试验变压器的二次侧的低压端共地连接。

进一步，所述外罐高压导电杆与高压导线的连接处外套均压罩。

进一步，上述方案中嵌入外罐壳体或内罐壳体的导电杆，以及穿入外罐壳体或内罐壳体的导线，均外包绝缘套。外罐壳体或内罐壳体的开孔处均做了气密性处理，保证组装好的外罐和内罐具有气密性。

本发明还公开采用上述实验***进行实验的方法，包括以下步骤：

1)安装好实验***的各个部分，检查内罐和外罐的气密性，检查接地点是否可靠接地。所述调压器的一次侧不接入电源。

2)打开第一阀门和第二阀门，关闭第三阀门，启动第一真空泵对外罐壳体内部抽真空。

3)所述第一气瓶内装有SF₆气体。关闭第二阀门，打开第一阀门和第三阀门后，通过所述第一气瓶向外罐壳体内部充气。

4)打开第四阀门和第五阀门，关闭第六阀门。启动第二真空泵对内罐壳体内部抽真空。

5)所述第二气瓶内装有实验气体。关闭第五阀门，打开第四阀门和第六阀门后，通过所述第二气瓶向内罐壳体内部充气。

6)所述调压器的一次侧接入电源，进行实验。

本发明采用上述技术方案，主要有以下效果：

1)采用多方面措施保证了气体绝缘性能实验的精确性：通过调节板电极升降调节装置，实现了针电极和板电极间距的精确控制；气体绝缘性能实验装置内罐的上盖板选用的材料是绝缘的聚四氟乙烯而非不锈钢，解决了悬浮电位放电问题。气体绝缘性能实验装置外罐和内罐之间的高压导电杆，以及高压导电杆与高压连接导线的连接点都封装在绝缘套中，避免带高压的金属裸露在外部，并在外罐中充入绝缘性能优异的SF₆气体，这两种措施可以抑制所述的外罐内部、内罐外部由于金属突出物造成的局部放电，避免内罐外部的局部放电信号对超高频信号采集的干扰；将超高频天线置于外罐内部，避免了外界的低频信号对超高频信号采集的干扰。

2)气体绝缘性能实验装置外罐耐压为0.3MPa，单独的内罐耐压为0.4MPa，且装置在真空或高压状态下，200小时内能保持良好的气密性。采用外罐嵌套内罐的方式，外罐内的气压可以抵消部分内罐的气压，提高了内罐的耐压水平，当外罐充入0.2MPa气体时，内罐耐压达到了0.6MPa，鉴于真实GIS充入气体的气压为0.4～0.6MPa，该气体绝缘性能实验装置可有效地模拟替代气体在真实GIS中的绝缘性能，与同条件下SF6气体比较，为替代气体替代SF₆提供依据。

3)气体绝缘性能实验装置的外罐和内罐可拆卸，在一些低压实验中，可直接使用内罐进行实验。内罐中的针-板电极模拟真实GIS中的金属突出物缺陷，可将针-板电极更换成其他多种电极模型，模拟真实GIS中自由金属微粒缺陷、绝缘子污秽缺陷及绝缘子气隙缺陷。电极模型与内罐中对应的高压导电杆、低压导电杆相匹配，更换时简单方便。

4)气体绝缘性能实验装置外罐盖板的透明效果良好，能够清楚的观察到内罐中的实验现象。

5)可将本发明的气体绝缘性能实验装置用于直流及冲击电压下气体绝缘性能实验，只需要改变相应的电源发生装置。

本发明广泛用于各种电气设备中高低压绝缘气体的绝缘性能实验，可对SF₆替代气体的绝缘性能展开研究，为替代气体替代SF₆提供依据。

附图说明

图1为本发明实验***的原理框图；

图2为本发明实验***的气体绝缘性能实验装置内罐外罐的结构示意图；

图3为本发明实验***的气体绝缘性能实验装置整体结构示意图。

图中：1、调压器，2、无晕试验变压器，3、无局放保护电阻，4、电容分压器，5、气体绝缘性能实验装置，6、超高频天线，7、无感检测阻抗，8、耦合电容，9、高速数字存储示波器，10、外罐固定板，11、外罐壳体，12、外罐盖板，13、高压导线，14、均压罩，15、外罐高压导电杆，16、外罐绝缘套，17、高压连接导线，18、内罐高压导电杆，19、盖板绝缘套、20、上盖板，21、上固定板，22、内罐壳体，23、底座，24、针电极，25、板电极，26、低压导电杆，27、底座绝缘套，28、板电极升降调节装置，29、支柱，30、支撑板，31、地线，32、第一连接导管，33、第一进取气管，34、第一真空气压表，35、第一阀门，36、第二阀门，37、第三阀门，38、第一真空泵，39、第一气瓶，40、第二连接导管，41、第二进取气管，42、第二真空气压表，43、第四阀门，44、第五阀门，45、第六阀门，46、第二真空泵，47、第二气瓶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开一种应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***，包括高压电发生装置、测量装置和绝缘气体试验装置。

所述高压电发生装置包括调压器1、无晕试验变压器2、无局放保护电阻3、和耦合电容8。所述调压器1的一次侧通过导线与380V的市电连接，所述的调压器1的二次侧通过电缆与所述的无晕试验变压器2的一次侧连接。所述耦合电容8具有A、B两个接线端。耦合电容8的A接线端串联无局放保护电阻3后，与无晕试验变压器2的二次侧的高压端电连接。所述耦合电容8的B接线端串联无感检测阻抗7后，与无晕试验变压器2的二次侧的低压端电连接。所述无晕试验变压器2的二次侧的低压端接地。

所述测量装置包括超高频天线6和高速数字存储示波器9。所述高速数字存储示波器9具有至少两个信号接入端口，其中一个信号接入端口通过信号线与超高频天线6连接、另一个信号接入端与耦合电容8的B接线端连接。

所述绝缘气体试验装置包括外罐、内罐、外罐进取气设备和内罐进取气设备：

所述外罐包括一个不锈钢制成的外罐壳体11。所述外罐壳体11是一个左、右两端敞口的中空圆柱筒，其内部是一个中空的内腔、外部与环境接触。用两块外罐盖板12封堵外罐壳体11两端的敞口后，外罐壳体11的内部具有气密性。两块所述的外罐盖板12均由透明材料制成。所述超高频天线6安装在外罐壳体11内部，所述信号线通过绝缘套穿入所述外罐壳体11的侧壁，保证装置的气密性。所述信号线穿入所述外罐壳体11的侧壁。所述信号线外壁包裹绝缘的橡胶套，使其不影响装置的气密性。所述外罐壳体11的侧壁还嵌入外罐高压导电杆15、第一连接导管32和第二连接导管40。所述外罐高压导电杆15外包绝缘套，其一端穿入外罐壳体11内部、另一端露在外罐壳体11外部。所述第一连接导管32和第二连接导管40均是两端敞口的中空导管，一个管口在外罐壳体11内部、另一个管口在外罐壳体11外部。

所述内罐安装在外罐的内部。所述内罐包括一个由透明材料制成的内罐壳体22。所述内罐壳体22是一个上、下两端敞口的中空圆柱筒，其内部是一个中空的内腔、外部与环境接触。参见附图，所述内罐壳体22的轴向垂直于水平面，所述外罐壳体11的轴向平行于水平面。因此，正好能够通过外罐壳体11两端的透明盖板观察到内罐壳体22内部的情况。所述内罐壳体22的上端敞口采用上盖板20封堵、下端敞口采用底座23封堵后，内罐壳体22的内部具有气密性。实施例中，所述上盖板20和底座23均是具有一定厚度的圆盘。所述上盖板20由聚四氟乙烯制成，其中部嵌入内罐高压导电杆18。所述内罐高压导电杆18穿入内罐壳体22的一端连接针电极24。所述针电极24上端连接在内罐高压导电杆18上、下端悬空。所述外罐高压导电杆15穿入外罐壳体11内部的一端通过高压连接导线17与内罐高压导电杆18连接。所述外罐高压导电杆15露在外罐壳体11外部的一端通过高压导线13与耦合电容8的A接线端连接。所述底座23由不锈钢制成。底座23的下方安装升降调节装置28。所述升降调节装置28的上端是一根升降轴。底座23的中部嵌入底座绝缘套27。即圆盘形底座23的中部开有轴向的通孔。所述底座绝缘套27是聚四氟乙烯制成的中空圆柱筒，该圆柱筒上下两端敞口，中间穿过低压导电杆26，底座绝缘套27的外壁与底座23的轴向通孔的孔壁接触。所述低压导电杆26下端连接在所述升降轴上，上端连接板电极25。底座23中部的。所述板电极25是金属制成的圆盘，其上表面位于针电极24的下方。启动升降调节装置28，改变所述升降轴的高度，就可以调整板电极25的上表面与针电极24之间的距离。所述底座23内部嵌入一根导管。所述导管的一个管口在外罐壳体11内部、另一个管口与第二连接导管40连接。

所述外罐进取气设备包括第一进取气管33、第一真空气压表34、第一阀门35、第二阀门36、第三阀门37、第一真空泵38和第一气瓶39。所述第一进取气管33是一个三通管道，其三个管口分别安装第一阀门35、第二阀门36和第三阀门37。所述第一阀门35一端与第一进取气管33连接、另一端通过管道与所述第一连接导管32连接。所述第二阀门36一端与第一进取气管33连接、另一端与第一真空泵38的进气口连接。所述第三阀门37一端与第一进取气管33连接、另一端与第一气瓶39的出气口连接。连接所述第一阀门35与所述第一连接导管32的管道上安装有第一真空气压表34。

所述内罐进取气设备包括第二进取气管41、第二真空气压表42、第四阀门43、第五阀门44、第六阀门45、第二真空泵46和第二气瓶47。所述第二进取气管41是一个三通管道，其三个管口分别安装第四阀门43、第五阀门44和第六阀门45。所述第四阀门43一端与第二进取气管41连接、另一端通过管道与所述第二连接导管40连接。所述第五阀门44一端与第二进取气管41连接、另一端与第二真空泵46的进气口连接。所述第六阀门45一端与第二进取气管41连接、另一端与第二气瓶47的出气口连接。连接所述第四阀门43与所述第二连接导管40的管道上安装有第二真空泵46。

实施例中，所述高压电发生装置中还包括电容分压器4，所述电容分压器4的一端与耦合电容8的A接线端连接、另一端与无晕试验变压器2的二次侧的低压端共地连接。

作为优选，所述外罐高压导电杆15与高压导线13的连接处外套均压罩14。

实施例2：

本实施例公开一种应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***，其主要结构同实施例1。

在本实施例中，所述的调压器1的一次侧通过导线与380V的市电连接，所述的调压器1二次侧通过电缆与所述的无晕试验变压器2(市购产品)一次侧连接，所述的无晕试验变压器2的额定容量为60kVA，高低压绕组变比为60kV/400V，额定电流为1.0A/150A。所述的无晕试验变压器2的二次侧高压端通过电缆与所述的无局放保护电阻3连接，以对线路进行限流保护。

本实施例的外罐部分中，外罐壳体11为圆筒形不锈钢，所述外罐固定板10材料为不锈钢，圆环状，焊接在所述的外罐壳体11的两端，与所述的外罐壳体11匹配，所述外罐盖板12材料为透明效果较好的圆柱形有机玻璃，用以观察所述的外罐内部试验现象。所述外罐固定板10和外罐盖板12的形状相匹配，且都含有相匹配的均匀分布的6～10个螺孔，通过螺栓实现所述外罐固定板10和外罐盖板12的紧固。所述的外罐固定板10和外罐盖板12之间通过常规的镶嵌方式和密封技术保证外罐的气密性。所述的外罐壳体11外径为450～550mm，厚度15～20mm，长度650～750mm，所述的外罐固定板10和外罐盖板12外径为500～600mm，所述的外罐固定板10厚度为15～20mm，所述的外罐盖板12厚度为20～25mm，所述的螺孔直径为25～30mm。所述的外罐壳体正上方中心设置一40～50mm的通孔，嵌入所述的外罐绝缘套16，所述的外罐高压导电杆15嵌入所述的外罐绝缘套16中心设置的8～12mm的通孔。所述的外罐高压导电杆15上端连接高压导线13，所述的均压罩14套在所述外罐高压导电杆15上端与所述高压导线的连接处，抑制局部放电的发生。

本实施例的内罐部分中，所述的内罐壳体22材料为透明效果较好的圆筒形有机玻璃，以便观察罐体内部的试验现象。所述的内罐壳体22通过密封紧固技术嵌入所述的底座23中，所述的底座23材料为不锈钢，中心处设置一通孔，嵌入所述的底座绝缘套27，并在外侧设置4个均匀分布的螺孔。所述的上固定板21材料为不锈钢，通过密封紧固技术镶嵌在所述的内罐壳体22上方，与所述的内罐壳体22相匹配。所述的上盖板20材料为圆柱形聚四氟乙烯，形状与所述的上固定板21形状匹配。所述的上固定板21和上盖板20都含有相匹配的均匀分布的6～10个螺孔，通过螺栓实现上固定板21和上盖板20的紧固连接。所述的上固定板21和上盖板20之间通过常规的镶嵌方式和密封技术保证内罐的气密性。所述的内罐壳体22外径为280～320mm，厚度25～30mm，高度180～220mm，所述的上盖板20外径为330～370mm，厚度25～30mm，所述的底座外径为340～380mm，厚度为20～25mm，所述的螺孔直径为20～25mm。所述的盖板绝缘套19嵌入上盖板20中心预留的孔径为40～50mm的通孔，所述的内罐高压导电杆18嵌入所述的盖板绝缘套19中心预留的孔径为8～12mm的通孔，所述的内罐高压导电杆18下端与所述的针电极24固结。所述的低压导电杆26嵌入所述的底座绝缘套27，所述的低压导电杆26上端固接所述的板电极25，下端连接所述的板电极升降调节装置28，所述的板电极升降调节装置28下端穿过所述支撑板30中心的通孔。所述的支撑板30置于所述的外罐内部中心位置，并设置4个均匀分布的螺孔，与所述底座23的4个螺孔相匹配，通过支柱29实现所述支撑板30和所述底座23的紧固。

本实施例中，所述的针电极24和板电极25材料均为黄铜，所述的针电极24上端与所述的内罐高压导电杆18下端通过螺纹固接，长度为40～60mm，其中，针尖长度为4～6mm，针尖端曲率半径0.2～0.4mm。所述的板电极25下侧中心设置一个螺孔，与所述的低压导电杆26上端通过螺纹固接，所述的板电极25直径为80～100mm，厚度8～12mm，边缘曲率半径4～6mm。所述的针电极24和板电极25之间的距离通过所述的板电极升降调节装置调节。

所述的板电极升降调节装置28材料为黄铜，上端(即伸缩端)连接所述的低压导电杆27，下端通过裸露的铜接地线31与外罐壳体11连接。通过调节所述的板电极升降调节装置28下端的旋钮，控制所述的板电极25上下移动，实现所述的针电极24和板电极25之间的距离调节。旋钮每旋转一圈，所述的板电极25上升或下降1mm。

所述的绝缘套材料都为聚四氟乙烯，所述的高压导电杆和低压导电杆材料都为黄铜。所述的外罐绝缘套16外径为40～50mm，长度100～120mm，中心设置一个通孔，嵌套所述的相匹配的外罐高压导电杆15，所述的外罐高压导电杆15直径8～12mm，长度150～180mm。所述的盖板绝缘套19外径为40～50mm，长度50～60mm，中心设置一个通孔，嵌套所述的相匹配的内罐高压导电杆18，所述的内罐高压导电杆18直径8～12mm，长度100～120mm。所述的底座绝缘套27外径为40～50mm，长度40～50mm，中心设置一个通孔，嵌套所述的相匹配的低压导电杆26，所述的低压导电杆26直径8～12mm，长度100～120mm。

所述的内罐整体套在所述的外罐中，所述的内罐通过高压连接导线17和地线31与所述的外罐连接，所述的高压连接导线17两端分别连接所述的内罐高压导电杆18和外罐高压导电杆15，所述的地线31一端与所述的板电极升降调节装置28连接，一端焊接在所述的外罐壳体11上，所述的外罐壳体11接地。

本实施例中，所述的第一取气管33和第二取气管41为市购的外径为1～8mm的耐高温和耐腐蚀的聚四氟乙烯管。

所述的超高频天线6为市购的一种外置小型准TEM喇叭天线传感器，置于所述的气体绝缘性能试验装置5外罐的内部，所述的气体绝缘性能试验装置5内罐的外部，极大的降低了外界信号干扰，更准确的反应了所述的内罐中绝缘气体的放电程度。所述超高频天线6通过信号电缆线与所述高速数字存储示波器9的信号接入端口连接，用以监测所述的内罐中绝缘气体的超高频信号。

所述的高速数字存储示波器9为市购产品，采样率为20GS/s，模拟带宽为1GHz，存储长度为48MB，通过信号电缆线与所述超高频天线及所述耦合电容8与无感检测阻抗7串联点连接，用以对局部放电的超高频信号和脉冲信号进行采集和分析。

实施例3

一种应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***，同实施例1或2，所述的气体绝缘性能实验装置外罐壳体的外径为450mm，厚度为15mm，长度为650mm。所述的外罐固定板外径为500mm，厚度为15mm，所述的外罐盖板外径为500mm，厚度为20mm，所述的外罐固定板和外罐盖板上的螺孔外径为25mm。所述的外罐绝缘套外径为40mm，长度为100mm，所述的外罐高压导电杆外径为8mm，长度为150mm。所述的气体绝缘性能实验装置内罐壳体的外径为280mm，厚度为20mm，高度为180mm。所述的内罐上固定板的外径为330mm，厚度为20mm，所述的上盖板外径为330mm，厚度为25mm，所述的上固定板和上盖板上的螺孔外径为20mm。所述的底座外径为330mm，厚度为20mm。所述的上盖板绝缘套外径为40mm，长度为50mm，所述的内罐高压导电杆外径为8mm，长度为100mm。所述的底座绝缘套外径为40mm，长度为40mm，所述的低压导电杆外径为8mm，长度为100mm。所述的针电极长度为40mm，针尖长度为4mm，针尖端曲率半径为0.2mm。所述的板电极外径为80mm，厚度为8mm，边缘曲率半径为4mm。所述的第一取气管外径为6mm，所述的第二取气管在所述的外罐内部部分的外径为3mm，在所述的外罐外部部分的外径为6mm。

实施例4

一种应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***，同实施例1、2或3。所述的气体绝缘性能实验装置外罐壳体的外径为550mm，厚度为20mm，长度为750mm。所述的外罐固定板外径为600mm，厚度为20mm，所述的外罐盖板外径为600mm，厚度为25mm，所述的外罐固定板和外罐盖板上的螺孔外径为30mm。所述的外罐绝缘套外径为50mm，长度为120mm，所述的外罐高压导电杆外径为12mm，长度为180mm。所述的气体绝缘性能实验装置内罐壳体的外径为320mm，厚度为30mm，高度为220mm。所述的内罐上固定板的外径为370mm，厚度为25mm，所述的上盖板外径为370mm，厚度为30mm，所述的上固定板和上盖板上的螺孔外径为25mm。所述的底座外径为370mm，厚度为25mm。所述的上盖板绝缘套外径为40mm，长度为60mm，所述的内罐高压导电杆外径为12mm，长度为120mm。所述的底座绝缘套外径为50mm，长度为50mm，所述的低压导电杆外径为12mm，长度为120mm。所述的针电极长度为60mm，针尖长度为6mm，针尖端曲率半径为0.4mm。所述的板电极外径为100mm，厚度为10mm，边缘曲率半径为5mm。所述的第一取气管外径为8mm，所述的第二取气管在所述的外罐内部部分的外径为3mm，在所述的外罐外部部分的外径为8mm。

实施例5

本实施例公开一种采用1～4任意一实施例所述的应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***进行实验的方法，

包括以下步骤：

1)安装好实验***的各个部分，检查内罐和外罐的气密性，检查接地点是否可靠接地。所述调压器1的一次侧不接入电源。

2)打开第一阀门35和第二阀门36，关闭第三阀门37，启动第一真空泵38对外罐壳体11内部抽真空。直到第一真空气压表34示数为-0.005～-0.01MPa时，停止抽气。

3)所述第一气瓶39内装有SF₆气体。关闭第二阀门36，打开第一阀门35和第三阀门37后，通过所述第一气瓶39向外罐壳体11内部充气。使得外罐壳体11内部具有1个大气压。

4)打开第四阀门43和第五阀门44，关闭第六阀门45。启动第二真空泵46对内罐壳体22内部抽真空。直到第二真空气压表42示数为-0.005～-0.01MPa时，停止抽气。

5)所述第二气瓶47内装有实验气体。关闭第五阀门44，打开第四阀门43和第六阀门45后，通过所述第二气瓶47向内罐壳体22内部充气。使得内罐壳体22内部具有1个大气压。

6)所述调压器1的一次侧接入电源，进行实验。

实施例6

本实施例公开一种采用1～4任意一实施例所述的应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***进行实验的方法，其主要的步骤同实施例5。

一种应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验方法，具体步骤如下：

1)实验准备

1-1)检查实验接线

进行高压试验，必须保证安全。实验前，仔细检查接线，确保连接线路的正确性，尤其要注意实验装置的地线可靠接地。

1-2)擦洗实验装置并安装超高频天线

在所述的无局部放电保护电阻7和电容分压器8的串联点挂上接地棒，拆开所述的气体绝缘性能实验装置5外罐一侧的外罐盖板12，从所述外罐内部取出所述内罐，拆开所述内罐的上盖板20，用无水酒精擦洗所述内罐上盖板20内壁、底座23内壁、内罐壳体22内壁、针电极24、板电极25、内罐高压导电杆18、低压导电杆26、盖板绝缘套19和底座绝缘套27，除去杂质，保证实验的准确性。

用吹风机吹干后，固接所述的内罐上盖板20和上固定板21，调节所述的板电极升降调节装置28，使所述针电极24和板电极25处于实验要求的间距，间距可调范围0～45mm，再将所述的内罐放回所述外罐内部。在所述外罐内部，所述内罐外部的相应位置放置超高频天线6，通过信号电缆线连接所述的高速数字存储示波器9。最后固接所述的外罐盖板12和外罐固定板10。

1-3)检测气体绝缘性能实验装置的气密性

打开第一阀门35、第二阀门36，关闭第三阀门37，打开第四阀门43、第五阀门44、关闭第六阀门45，用所述的第一真空泵38和第二真空泵46分别对所述的气体绝缘性能实验装置5外罐和内罐抽真空，当所述的第一真空气压表34和第二真空气压表42示数都为-0.005～-0.01MPa时，停止抽气，静置10～12小时，观察所述的第一真空气压表34和第二真空气压表42示数，若无明显变化，说明所述的气体绝缘性能实验装置5真空气密性良好；若所述第一真空气压表34或第二真空气压表42示数发生明显变化，对相应装置进行检修后再进行真空气密性的检测。打开第一阀门35、第三阀门37，关闭第二阀门36，打开第四阀门43、第六阀门45，关闭第五阀门44，用所述的第一气瓶39和第二气瓶47依次向所述的气体绝缘性能实验装置5外罐和内罐充入0.3MPa、0.5MPa的N₂，静置10～12小时，观察所述的第一真空气压表34和第二真空气压表42示数，若无明显变化，说明所述的气体绝缘性能实验装置5高压气密性良好；若所述第一真空气压表34或第二真空气压表42示数发生明显变化，对相应装置进行检修后再进行高压气密性的检测。

1-4)向气体绝缘性能实验装置充入实验气体

打开第一阀门35、第二阀门36，关闭第三阀门37，用所述的第一真空泵38对所述的气体绝缘性能实验装置5外罐抽真空，当所述的第一真空气压表34示数为-0.005～-0.01MPa时，停止抽气。关闭第二阀门36，打开第三阀门37，用所述的SF₆气瓶39向所述的外罐充入一定压强的SF₆气体，SF₆气体良好的绝缘性能可以抑制所述的外罐内部、内罐外部由于金属突出物造成的局部放电对实验的干扰。打开第四阀门43、第五阀门44，关闭第六阀门45，用所述的第二真空泵46对所述的气体绝缘性能实验装置5内罐抽真空，关闭第五阀门44，打开第六阀门45，用所述的气瓶47向所述的内罐充入1个气压左右的要进行绝缘性能实验的气体，对所述的内罐进行洗气，减少实验误差，洗气过程重复2～3次。最后再向所述的内罐充入一定压强的实验气体。

2)进行气体绝缘性能实验

2-1)测量局部放电起始电压

第1)步完成后，将接地棒拿到安全距离之外，调节所述的调压器1，缓慢升高实验电压，并分别将连接所述超高频天线6和无感检测阻抗7的信号电缆线连接到所述示波器9的两个通道，观察所述示波器9上通过所述超高频天线6接收的局部放电电磁信号和通过所述无感检测阻抗7采集的脉冲信号的波形、当出现局部放电信号时，记录下此时所述调压器1的输出电压，记为U_st，该电压为绝缘气体的局部放电起始电压。

2-2)产生稳定的局部放电并采集局部放电信号

继续调节所述的调压器1，缓慢升高实验电压，至实验电压为第2-1)步测量的U_st的1.2～1.5倍，所述气体绝缘性能实验装置5内的针-板电极间产生稳定的局部放电，记录此时所述的调压器1的输出电压，并用所述的高速数字存储示波器9分别记录两个通道上的电磁信号波形和脉冲信号波形，以及波形数据。

2-3)击穿实验

继续调节所述的调压器1，缓慢升高实验电压，时刻留意所述的调压器1的输出电压，并注意观察所述的气体绝缘性能实验装置5内的实验现象，当所述的调压器1输出电压发生突变时，记录此时调压器1的输出电压，记为U_b，该电压为绝缘气体的击穿电压。

3)实验结束工作

首先挂接地棒，用所述的第二真空泵46对所述的气体绝缘性能实验装置5内罐抽真空，并充入N₂进行洗气，洗气重复进行2～3次，防止所述内罐中因实验分解的腐蚀性气体对所述内罐的腐蚀。用所述的第一真空泵38对所述的气体绝缘性能实验装置5外罐抽真空，并充入1个气压的空气。

实施例6

调整实验的绝缘气体气压再进行气体绝缘性能实验：

在实施例5第2)步完成后，尚未进行第3)步的工作时，用所述的第二真空泵46对气体绝缘性能实验装置5的内罐抽真空，对所述的内罐进行洗气，洗气重复2～3次，再向所述的内罐充入一定气压的绝缘气体。重复第2)步，记录该气压下绝缘气体的绝缘性能实验数据。

如此重复实验，可得到不同气压、同一电极间距下绝缘气体的绝缘性能实验数据。

实施例7

调整针-板电极的间距再进行气体绝缘性能实验：

在实施例5第2)步完成后，尚未进行第3)步的工作时，分别对所述的气体绝缘性能实验装置5的内罐和外罐抽真空，并通入1个气压的空气。拆开所述的外罐一侧的外罐盖板12，通过调节所述的板电极升降调节装置28，控制所述的针电极24和板电极25的间距为所需的固定值，最后通过螺丝固接所述的外罐一侧的外罐盖板12。重复第一—④步到第(2)步，记录该电极间距下绝缘气体的绝缘性能实验数据。如此重复实验，可得到同一气压、不同电极间距下绝缘气体的绝缘性能实验数据。

实施例8

对放电分解组分进行分析：

在实施例5第2-2)或2-3)步完成后，根据实验要求采集并分析局部放电分解组分或击穿放电分解组分。首先进行放电分解组分的采集，将所述的调压器示数降为0，挂接地棒，关闭第四阀门43和第六阀门45，打开第五阀门44，打开所述的第二真空泵46，将第四阀门43、第五阀门44和第六阀门45之间的残气排空，关闭第五阀门44，关闭所述第二真空泵46，将与所述第二真空泵46相连的第二进取气管连接到采气袋，依次打开第四阀门43、第五阀门44，采集一定含量的放电分解组分，然后关闭第四阀门43、第五阀门44。最后使用所述的气质联用仪将采集到的放电分解组分进行分析，探究放电分解组分与放电时间、放电剧烈程度等的关系，为不同绝缘气体的局部放电分解机理和模式识别的研究奠定基础。

Claims (4)

1.应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***，包括高压电发生装置、测量装置和绝缘气体试验装置；

所述高压电发生装置包括调压器(1)、无晕试验变压器(2)、无局放保护电阻(3)、和耦合电容(8)；所述调压器(1)的一次侧通过导线与380V的市电连接，所述的调压器(1)的二次侧通过电缆与所述的无晕试验变压器(2)的一次侧连接；所述耦合电容(8)具有A、B两个接线端；耦合电容(8)的A接线端串联无局放保护电阻(3)后，与无晕试验变压器(2)的二次侧的高压端连接；所述耦合电容(8)的B接线端串联无感检测阻抗(7)后，与无晕试验变压器(2)的二次侧的低压端连接；所述无晕试验变压器(2)的二次侧的低压端接地；

所述测量装置包括超高频天线(6)、高速数字存储示波器(9)和气质联用仪；所述高速数字存储示波器(9)具有至少两个信号接入端口，其中一个信号接入端口通过信号线与超高频天线(6)连接、另一个信号接入端与耦合电容(8)的B接线端连接；

其特征在于：

所述绝缘气体试验装置包括外罐、内罐、外罐进取气设备和内罐进取气设备：

所述外罐包括一个不锈钢制成的外罐壳体(11)；所述外罐壳体(11)是一个左、右两端敞口的中空圆柱筒；用两块外罐盖板(12)封堵外罐壳体(11)两端的敞口后，外罐壳体(11)的内部具有气密性；两块所述的外罐盖板(12)均由透明材料制成；所述超高频天线(6)安装在外罐壳体(11)内部，所述信号线穿入所述外罐壳体(11)的侧壁；所述外罐壳体(11)的侧壁还嵌入外罐高压导电杆(15)、第一连接导管(32)和第二连接导管(40)；

所述内罐安装在外罐的内部；所述内罐包括一个由透明材料制成的内罐壳体(22)；所述内罐壳体(22)是一个上、下两端敞口的中空圆柱筒；所述内罐壳体(22)的上端敞口采用上盖板(20)封堵、下端敞口采用底座(23)封堵后，内罐壳体(22)的内部具有气密性；所述上盖板(20)由聚四氟乙烯制成，其中部嵌入内罐高压导电杆(18)；所述内罐高压导电杆(18)穿入内罐壳体(22)的一端连接针电极(24)；所述针电极(24)上端连接在内罐高压导电杆(18)上、下端悬空；所述外罐高压导电杆(15)穿入外罐壳体(11)内部的一端通过高压连接导线(17)与内罐高压导电杆(18)连接；所述外罐高压导电杆(15)露在外罐壳体(11)外部的一端通过高压导线(13)与耦合电容(8)的A接线端连接；所述底座(23)由不锈钢制成；底座(23)的下方安装升降调节装置(28)；所述升降调节装置(28)的上端是一根升降轴；底座(23)的中部嵌入底座绝缘套(27)；所述底座绝缘套(27)是聚四氟乙烯制成的中空圆柱筒，该圆柱筒中穿过低压导电杆(26)；所述低压导电杆(26)下端连接在所述升降轴上，上端连接板电极(25)；所述板电极(25)是金属制成的圆盘，其上表面位于针电极(24)的下方；所述底座(23)嵌入一根导管；所述导管的一个管口在外罐壳体(11)内部、另一个管口与第二连接导管(40)连接；

所述外罐进取气设备包括第一进取气管(33)、第一真空气压表(34)、第一阀门(35)、第二阀门(36)、第三阀门(37)、第一真空泵(38)和第一气瓶(39)；所述第一进取气管(33)是一个三通管道，其三个管口分别安装第一阀门(35)、第二阀门(36)和第三阀门(37)；所述第一阀门(35)一端与第一进取气管(33)连接、另一端通过管道与所述第一连接导管(32)连接；所述第二阀门(36)一端与第一进取气管(33)连接、另一端与第一真空泵(38)的进气口连接；所述第三阀门(37)一端与第一进取气管(33)连接、另一端与第一气瓶(39)的出气口连接；连接所述第一阀门(35)与所述第一连接导管(32)的管道上安装有第一真空气压表(34)；

所述内罐进取气设备包括第二进取气管(41)、第二真空气压表(42)、第四阀门(43)、第五阀门(44)、第六阀门(45)、第二真空泵(46)和第二气瓶(47)；所述第二进取气管(41)是一个三通管道，其三个管口分别安装第四阀门(43)、第五阀门(44)和第六阀门(45)；所述第四阀门(43)一端与第二进取气管(41)连接、另一端通过管道与所述第二连接导管(40)连接；所述第五阀门(44)一端与第二进取气管(41)连接、另一端与第二真空泵(46)的进气口连接；所述第六阀门(45)一端与第二进取气管(41)连接、另一端与第二气瓶(47)的出气口连接；连接所述第四阀门(43)与所述第二连接导管(40)的管道上安装有第二真空泵(46)。

2.根据权利要求1所述的应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***，其特征在于：所述高压电发生装置中还包括电容分压器(4)，所述电容分压器(4)的一端与耦合电容(8)的A接线端连接、另一端与无晕试验变压器(2)的二次侧的低压端共地连接。

3.根据权利要求1所述的应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***，其特征在于：所述外罐高压导电杆(15)与高压导线(13)的连接处外套均压罩(14)。

4.采用1～3任意一项权利要求所述的应用于电气设备的绝缘气体绝缘性能实验***进行实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)安装好实验***的各个部分，检查内罐和外罐的气密性，检查接地点是否可靠接地；所述调压器(1)的一次侧与电源断开；

2)打开第一阀门(35)和第二阀门(36)，关闭第三阀门(37)，启动第一真空泵(38)对外罐壳体(11)内部抽真空；

3)所述第一气瓶(39)内装有SF₆气体；关闭第二阀门(36)，打开第一阀门(35)和第三阀门(37)后，通过所述第一气瓶(39)向外罐壳体(11)内部充气；

4)打开第四阀门(43)和第五阀门(44)，关闭第六阀门(45)；启动第二真空泵(46)对内罐壳体(22)内部抽真空；

5)所述第二气瓶(47)内装有实验气体；关闭第五阀门(44)，打开第四阀门(43)和第六阀门(45)后，通过所述第二气瓶(47)向内罐壳体(22)内部充气；

6)所述调压器(1)的一次侧接入电源，进行实验。