CN109406971A - 一种气体击穿特性实验***及方法 - Google Patents

一种气体击穿特性实验***及方法 Download PDF

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金其桢
王科
彭晶
赵虎
李兴文
王达达
马仪
张少泉
陈晓云
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    • G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
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Abstract

本申请提供了一种气体击穿特性实验***，包括上位机、控制器、混气装置、数据采集模块、实验腔体和实验电路；上位机的输入端与数据采集模块连接，上位机的输出端与控制器的输入端连接；控制器的输出端与混气装置、实验电路和实验腔体连接；混气装置与实验腔体相连；实验电路包括电源、限流电阻和电极；电极位于实验腔体内，且电极的一端通过限流电阻与电源连接，电极的另一端接地；实验腔体内还设有电流传感器和电压传感器；电压传感器和电流传感器分别与数据采集模块连接。基于上位机控制、检测与分析的气体击穿特性实验***操作方便、实验效率与控制精度高，且强弱电分离，安全性更高。

Description

一种气体击穿特性实验***及方法
技术领域
本申请涉及电气设备试验领域，尤其涉及一种气体击穿特性实验***及方法。
背景技术
SF6是强电负性气体，其分子具有很强的吸附自由电子而形成负离子的能力，因而其耐电强度很高，在较均匀的电场中约为空气耐电强度的2.5倍左右，SF6气体是目前最理想的绝缘和灭弧介质，用SF6绝缘的高压电器在电力***成了必不可少的输电组合单元。但是，SF6气体的全球变暖系数(GWP)比CO2气体高23900倍，并且极难降解。在1997年通过的全球变暖《京都议定书》中，SF6气体被列入受限制的6种温室气体之一。因此，针对SF6气体的不足，寻找一种绝缘气体来替代SF6成为国内外学者的研究热点。新型的绝缘气体有SF6混合气体和SF6替代气体。对于气体绝缘特性的研究，则需要气体在不同的条件和电压下进行放电实验。由于影响因素众多，实验过程繁复，实验数据庞大，实验的前期准备和后期的数据分析会占用研究者大量的时间和精力。
发明内容
本申请提供了一种气体击穿特性实验***及方法，以解决现有气体绝缘特性实验过程繁复，实验数据庞大，实验的前期准备和后期的数据分析会占用研究者大量的时间和精力的问题。
第一方面，本申请提供了一种气体击穿特性实验***，包括上位机、控制器、混气装置、数据采集模块、实验腔体和实验电路；
所述上位机的输入端与所述数据采集模块连接，所述上位机的输出端与所述控制器的输入端连接；
所述控制器的输出端与所述混气装置、实验电路和实验腔体连接；
所述混气装置与所述实验腔体相连；
所述实验电路包括电源、限流电阻和电极；
所述电极位于所述实验腔体内，且所述电极的一端通过限流电阻与所述电源连接，所述电极的另一端接地；
所述实验腔体内还设有电流传感器和电压传感器；
所述电压传感器和电流传感器分别与所述数据采集模块连接。
第二方面，本申请提供了一种气体击穿特性实验方法，应用于上述气体击穿特性实验***，所述方法包括：
上位机控制混气装置按照气体参数向实验腔体内充气，所述气体参数包括气体类型、气体配比和气压；
所述上位机控制电机和继电器按照电路参数配置实验电路，所述电路参数包括电源类型和电极距离；
所述上位机控制电极的电压逐渐增加，直至数据采集模块采集的电压值和电流值满足击穿条件为止；
记录所述电压值和电流值；
重复上述步骤直至到达预设次数为止；
所述上位机重新获取新的电路参数，重复上述步骤到达预设次数为止；
所述上位机根据所有电压值和电流值进行回归分析、方差分析、判别分析和相关分析。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种气体击穿特性实验***及方法，基于上位机控制、检测与分析的气体击穿特性实验***操作方便、实验效率与控制精度高，且强弱电分离，安全性更高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种气体击穿特性实验***的结构示意图；
图2为实验电路的电路原理图；
图3为混气装置的结构图；
图4为电极的结构图；
图5为本申请提供的一种气体击穿特性实验方法的流程图。
具体实施方式
第一方面，参见图1和图2，本申请提供了一种气体击穿特性实验***，包括上位机、控制器、混气装置、数据采集模块、实验腔体和实验电路；
所述上位机的输入端与所述数据采集模块连接，所述上位机的输出端与所述控制器的输入端连接；
所述控制器的输出端与所述混气装置、实验电路和实验腔体连接；
所述混气装置与所述实验腔体相连；
所述实验电路包括电源、限流电阻和电极；
所述电极位于所述实验腔体内，且所述电极的一端通过限流电阻与所述电源连接，所述电极的另一端接地；
所述实验腔体内还设有电流传感器和电压传感器；
所述电压传感器和电流传感器分别与所述数据采集模块连接。
具体地，参见图3，混气装置包括第一储气罐1、第二储气罐2、混气罐11、压缩机 14和真空泵15；第一储气罐1与混气罐11的一输入端连通，且第一储气罐1与混气罐 11之间的管路设有第一电磁阀3、第一调节阀7第一流量计9；第二储气罐2与混气罐 11的另一输入端连通，且第二储气罐2与混气罐11之间的管路设有第二电磁阀4、第二调节阀8和第二流量计10；混气罐11内设有压力传感器16；混气罐11的一输出端通过压缩机14与实验腔体相连，混气罐11与压缩机14之间的管路上设有第三电磁阀12；混气罐11的另一输出端与真空泵15相连，混气罐11与真空泵15之间的管路上设有第四电磁阀13。进一步地，第一电磁阀3与混气罐11之间的管路上还设有第一减压阀5，第二电磁阀4与混气罐11之间的管路上还设有第二减压阀6。
具体充气过程为：
(1)上位机配置气体混合参数，气体混合参数包括气体类型、气体配比和预设气压。
(2)上位机根据气体配比，生成气体流量。
(3)上位机根据气体流量，生成PID参数，PID参数包括增益、积分时间和微分时间。
(4)上位机根据PID参数，利用PID算法，计算得到气体需充至的气压值。
(5)控制器控制第一电磁阀3和第二电磁阀4关闭，并控制第三电磁阀12和第四电磁阀13打开。
优选地，在此步骤之前还可利用控制器控制第一电磁阀3和第二电磁阀4打开进行充气，对PID参数进行修正。
(6)控制器控制真空泵15开启，对所有管路和混气罐11内抽真空，直至压力传感器16所检测的压力值为零。
(7)控制器控制第四电磁阀13关闭和真空泵15停止工作，并控制第一电磁阀3和第二电磁阀4打开。
(8)控制器根据计算得到气体需充至的气压值，利用第一流量计9和第二流量计10，向实验腔体内进行充气至计算得到气体需充至的气压值为止，并控制压缩机14停止工作和第一电磁阀3、第二电磁阀4关闭。
本申请实施例的工作原理为：利用上位机控制混气装置按照气体参数向实验腔体内充气，所述气体参数包括气体类型、气体配比和气压；然后上位机控制电机和继电器按照电路参数配置实验电路，所述电路参数包括电源类型和电极距离，再控制电极的电压逐渐增加，直至数据采集模块采集的电压值和电流值满足击穿条件为止；记录所述电压值和电流值；重复上述步骤直至到达预设次数为止；然后上位机重新获取新的电路参数，重复上述步骤到达预设次数为止；上位机根据所有电压值和电流值进行回归分析、方差分析、判别分析和相关分析。
进一步地，参见图4，所述电极包括动电极22和静电极18；
所述静电极18的一端连接有第一出线套17；
所述动电极22的一端连接有伺服电机19，所述伺服电机19上设有位置传感器21；
所述位置传感器21与所述数据采集模块连接；
所述伺服电机19还连接有第二出线套20连接。
位置传感器21可监测动电极22和静电极18之间的距离，以使上位机通过控制器控制电机使静电极18和动电极22达到参数所设置的距离。
进一步地，所述电源包括工频电压源和冲击电压源；
所述工频电压源和冲击电压源的一端分别通过继电器与所述限流电阻连接；
所述工频电压源和冲击电压源的一端分别接地。
工频电压和冲击电压的选择可由继电器的动触点ST1和ST2实现，并且上位机具有安全互锁功能，两个动触点不能同时闭合，以保障实验安全。
进一步地，所述实验腔体上设有观察窗23。观察窗23方便工作人员对实验过程的查看。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种气体击穿特性实验***，基于上位机控制、检测与分析的气体击穿特性实验***操作方便、实验效率与控制精度高。且强弱电分离，安全性更高。
第二方面，参见图5，本申请提供了一种气体击穿特性实验方法，应用于上述气体击穿特性实验***，所述方法包括：
步骤51：上位机控制混气装置按照气体参数向实验腔体内充气，所述气体参数包括气体类型、气体配比和气压。
步骤52：所述上位机控制电机和继电器按照电路参数配置实验电路，所述电路参数包括电源类型和电极距离。
步骤53：所述上位机控制电极的电压逐渐增加，直至数据采集模块采集的电压值和电流值满足击穿条件为止。
步骤54：记录所述电压值和电流值。
步骤55：重复上述步骤直至到达预设次数为止。
步骤56：所述上位机重新获取新的电路参数，重复上述步骤到达预设次数为止。
步骤57：所述上位机根据所有电压值和电流值进行回归分析、方差分析、判别分析和相关分析。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种气体击穿特性实验***及方法，基于上位机控制、检测与分析的气体击穿特性实验***操作方便、实验效率与控制精度高，且强弱电分离，安全性更高。

Claims (5)

1.一种气体击穿特性实验***，其特征在于，包括上位机、控制器、混气装置、数据采集模块、实验腔体和实验电路；
所述上位机的输入端与所述数据采集模块连接，所述上位机的输出端与所述控制器的输入端连接；
所述控制器的输出端与所述混气装置、实验电路和实验腔体连接；
所述混气装置与所述实验腔体相连；
所述实验电路包括电源、限流电阻和电极；
所述电极位于所述实验腔体内，且所述电极的一端通过限流电阻与所述电源连接，所述电极的另一端接地；
所述实验腔体内还设有电流传感器和电压传感器；
所述电压传感器和电流传感器分别与所述数据采集模块连接。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述电极包括动电极和静电极；
所述静电极的一端连接有第一出线套；
所述动电极的一端连接有伺服电机，所述伺服电机上设有位置传感器；
所述位置传感器与所述数据采集模块连接；
所述伺服电机还连接有第二出线套连接。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述电源包括工频电压源和冲击电压源；
所述工频电压源和冲击电压源的一端分别通过继电器与所述限流电阻连接；
所述工频电压源和冲击电压源的一端分别接地。
4.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述实验腔体上设有观察窗。
5.一种气体击穿特性实验方法，应用于权利要求1-4任一项所述的气体击穿特性实验***，其特征在于，所述方法包括：
上位机控制混气装置按照气体参数向实验腔体内充气，所述气体参数包括气体类型、气体配比和气压；
所述上位机控制电机和继电器按照电路参数配置实验电路，所述电路参数包括电源类型和电极距离；
所述上位机控制电极的电压逐渐增加，直至数据采集模块采集的电压值和电流值满足击穿条件为止；
记录所述电压值和电流值；
重复上述步骤直至到达预设次数为止；
所述上位机重新获取新的电路参数，重复上述步骤到达预设次数为止；
所述上位机根据所有电压值和电流值进行回归分析、方差分析、判别分析和相关分析。
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