CN111983409A - 一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法 - Google Patents

一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法，涉及六氟化硫理化指标检测技术领域。通过测试电解后的气体击穿电压(标准值)和电解前后的待测六氟化硫气体的击穿电压测试差值来评价待测六氟化硫气体的绝缘性能。该方法可以直接模拟设备不同时间和电压等级进行恒压电解后通过测量击穿电压的变化情况，直接反映其灭弧和绝缘的能力。而无需检测空气、四氟化碳、矿物油等杂质含量去间接反映六氟化硫的绝缘和灭弧性能。

Description

一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法
技术领域
本发明涉及六氟化硫理化指标检测技术领域，具体而言，涉及一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法。
背景技术
六氟化硫具有良好的电器绝缘性能及优异的灭弧性能，是一种重要的绝缘介质，它广泛用于密封式的变压器、高压开关的灭弧和绝缘用途。六氟化硫经过高温放电后的分解产物包括氟化亚硫酰(SOF2)、氟化硫酰(SO2F2)和四氟化硫(SF4)等。
当SF6气体中的湿度较大时，当设备内发生电弧，SF6气体的电弧分解物在水分参与下会产生很多有毒物质，如SOF2，HF等，从而腐蚀断路器内部结构材料并威胁检修人员人身安全；另外，当湿度大时，随着温度的变化，在绝缘件的表面会产生凝结水，造成沿面闪络，使其绝缘强度下降，威胁设备的安全运行。
现有研究表明：绝缘件内部的空气、四氟化碳、矿物油等杂质会降低绝缘件本身的绝缘和灭弧性能，当电气设备处于大电流、高电压、高温等外界因素的影响下，同时电气设备中有氧气和水分存在时，将产生有毒或剧毒的含氧低氟化物，这些杂质对人体的危害极大，并且会腐蚀设备的金属部件和绝缘材料。
绝缘件内酸度的大小在一定程度上代表或象征着SF6气体毒性的大小，特别是酸性组分和水分同时存在时，有可能发生凝聚，将会严重危及电气设备的安全运行。
基于此，针对六氟化硫的检测尤为关键，目前的检测项目有：空气(N2、O2)、四氟化碳(CF4)和六氟化硫(SF6)的纯度测试；SF6的微水测试(H2O)、酸度(以HF计)、可水解氟化物(以HF计)、矿物油和毒性生物试验，检测按照GB/T12022的规定进行。
现有的检测方法均为通过检测空气、四氟化碳、矿物油等杂质含量间接反映六氟化硫的绝缘和灭弧性能，而当绝缘件中存在一些非极性的杂质，对六氟化硫的绝缘性能不产生影响时，现有方法就不能准确的反映出六氟化硫的绝缘和灭弧性能，容易引起误判，造成不必要的损失。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法以解决上述技术问题。
本发明是这样实现的：
一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法，其包括如下步骤：将待测六氟化硫气体通入试验容器中，先在恒定电压下电解，然后将电解后的试验容器内气体逐步加压，直至电解后的试验容器内气体被击穿，记录击穿电压V1，将V1与待测六氟化硫气体未进行电解时以同样方式逐步加压直至待测六氟化硫气体被击穿时的击穿电压V0的差值作为判定值，V1作为标准值，通过判定值V0和标准值V1评价待测六氟化硫气体的绝缘性能。
本发明提供了一种六氟化硫气体绝缘性能的直接评价方法，该方法填补了目前尚无六氟化硫气体绝缘性能直接评价方法的空白。与现有技术相比，本发明提供的评价方法通过恒定电压电解六氟化硫气体，模拟现场工作电压的情况，可以更好的了解六氟化硫气体的绝缘性能，这样有利于更好的保护设备。
本发明是通过测试电解后的气体击穿电压(标准值)和电解前后的待测六氟化硫气体的击穿电压测试差值来评价待测六氟化硫气体的绝缘性能。
发明人针对现有六氟化硫绝缘性能的评价方法存在的问题与不足，研究了一种能够简便、快速、实用、高效地六氟化硫绝缘性能的评价方法。该方法可以直接模拟设备不同时间和电压等级进行恒压电解后通过测量击穿电压的变化情况，直接反映其灭弧和绝缘的能力。而无需检测空气、四氟化碳、矿物油等杂质含量去间接反映六氟化硫的绝缘和灭弧性能。
六氟化硫击穿电压的影响因素如下：六氟化硫在均匀的电场中测试击穿电压的值通常是比较稳定的，当六氟化硫气体不纯时(如混有空气、氮气等不纯气体或导电微粒)，则可显著降低其绝缘能力。六氟化硫气体的导电微粒受电场作用而移动，逐步形成“导电小桥”，从而导致其击穿电压下降。此外，实验电极表面积的增大，也会使六氟化硫的击穿电压下降，电极表面越粗糙，则击穿电压越低。
根据六氟化硫击穿电压的测试机理寻找出一种评价六氟化硫绝缘性能的测试方法。通过多次实验证明：使用设备对的六氟化硫多次放电实验后，放电前六氟化硫气体的纯度较高，击穿电压的测试结果较高，放电后六氟化硫及其分解产物的混合气体(含氟化亚硫酰(SOF2)、氟化硫酰(SO2F2)和四氟化硫(SF4))击穿电压的测试结果出现变化，根据放电前后的六氟化硫气体的击穿电压结果变化进行评价，当六氟化硫及其分解产物的混合气体成分稳定时，击穿电压结果也会体现出稳定的值。
在本发明应用较佳的实施方式中，评价方法包括获得待测六氟化硫气体在恒定电压电解前的被击穿时的击穿电压V0，待测六氟化硫气体在恒定电压电解前的被击穿时的击穿电压V0的测试方法包括：将待测六氟化硫气体通入试验容器中，在电极间逐步加压，直至待测六氟化硫气体被击穿，并记录产生电弧时的最大电压值，多次重复测定求得平均值V0；
优选地，按0.2-0.5kV/s的升压速率加压。
应当说明的是，由于目前国内并没有六氟化硫气体的直接绝缘性能的评价标准，本发明仅是提供了上述一种的评价关系，在其他实施方式中，也可以具体细分为绝缘性能好，良好，合格，不合格等几个等级。
试验容器可以是试验杯或者其他的密闭容器。
当选择试验杯进行试验时，先进行试验杯的干燥或排气，整个试验过程中，试验温度与环境温度之差不大于2℃。
六氟化硫气体通过聚四氟乙烯导管进入到试验杯中，并排气2-10分钟，确保试验杯充满纯净的六氟化硫气体。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述电极的间隙为2.5-10mm；
优选地，电极的最优间隙为2.5mm。
根据大量实验检测击穿电压选择最优的电极间隙得出较为稳定的结果。电极的最优间隙选择关系到后续测试击穿电压的稳定性。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述进行恒定电压电解前还包括：确定恒定电压。
确定恒定电压包括如下步骤：将待测六氟化硫气体通入试验容器中，在电极的最优间隙间施加恒定电压进行电解，检测在不同电解时间内电解后的气体，经逐步加压，直至电解后的气体被击穿，检测击穿电压。
电解时间为5-200min；
优选地，电解时间为10min、50min、100min和150min。
按0.2-0.5kV/s的升压速率加压。
为了确保待测气体在恒定电压电解过程中不会由于电压过大而直接被击穿或者由于电压太小电解太慢，需要确定最佳的电解恒定电压。升压的速率过快会导致测不准现象的发生，升压速率过慢会导致检测时间过长。
选择在相同电解时间内，电解后的击穿电压下降最明显的电解电压作为最佳的电解恒定电压。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述评价方法包括：标准值由如下方法获得：在恒定电压下电解，然后将电解后的试验容器内气体逐步加压，直至电解后的试验容器内气体被击穿，获得电解多次后的待测六氟化硫气体的击穿电压，重复操作多次，求得待测气体的电解后击穿电压的平均值V1，以平均值V1的5-15％作为标准值。
在其他实施方式中，也可以根据实际的需要设置待测气体的电解后击穿电压的平均值V2的其他百分比作为标准值，例如设置不同百分比作为绝缘质量好，良好，合格和不合格的评价标准值。
在本发明应用较佳的实施方式中，以平均值V2的5％、10％或15％作为标准值。例如以平均值V2的5％、10％和15％分别作为绝缘性能好、良好和合格的标准值。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述判定值为电解前后的待测六氟化硫气体的击穿电压平均测试差值。这样设置以降低仪器测量误差和人为导致的误差。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述判定值为在电解时间内无明显变化时的击穿电压平均测试差值。发明人经过不同时间的电解测试得出，随着电解时间的增大，击穿电压趋于稳定，此时的判定值更准确。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述标准值为在电解时间内无明显变化时的电解后的试验容器内气体被击穿时的击穿电压。
同样地，发明人经过不同时间的电解测试得出，随着电解时间的增大，击穿电压趋于稳定，此时的标准值更稳定可靠。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法，通过测试电解后的气体击穿电压(标准值)和电解前后的待测六氟化硫气体的击穿电压测试差值来评价待测六氟化硫气体的绝缘性能。该方法可以直接模拟设备多次放电后通过测量击穿电压的变化情况，直接反映其灭弧和绝缘的能力。而无需检测空气、四氟化碳、矿物油等杂质含量去间接反映六氟化硫的绝缘和灭弧性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的六氟化硫气体绝缘性能的评价方法的流程简图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法，流程图参照图1所示。
本实施例涉及的材料和试剂如下：
调压器：电压调节自动控制***；
步进变压器：交流电源(50-60HZ)；
试验杯：试验杯的体积在500mL左右，试验杯应带密封盖子；
气体导管：聚四氟乙烯导管，直径1mm；
减压阀：调节气流流量使用；
电极：黄铜制的球形电极(直径12.5mm±0.5mm)，电极间距为(2.5、5.0、10.0)mm±0.05mm；
有机溶剂：丙酮(分析纯)，石油醚(60℃-90℃)。
六氟化硫气体绝缘性能的评价方法包括如下步骤：
(1)试验进行时，先用待测六氟化硫气体进行试验杯的干燥或排气，整个试验过程中，试验温度与环境温度之差不大于2℃。
打开待测六氟化硫气体瓶的减压阀，通过聚四氟乙烯导管将六氟化硫气体到试验杯中，并排气5分钟，确保试验杯充满待测六氟化硫气体。
设置电极的间隙分别为2.5mm、5.0mm和10.0mm，根据大量实验选择最优的电极间隙。使用加压设备，在电极间按0.5kV/S的升压速率加压，直到六氟化硫气体被击穿，并记录产生电弧时的最大电压值V0。检测结果如下表1所示。
表1不同电极间隙下的六氟化硫气体被击穿时的最大电压值V0。
Figure BDA0002653306690000081
由上述实验结果得出：电极间隙为2.5mm的击穿电压较为稳定，结果标准偏差较小，为实验最优的电极间隙。
(2)使用恒压设备，在最优的电极间隙(2.5mm)间分别施加恒定电压5kV、10kV、15kV和20kV，每一个恒定电压下分别电解六氟化硫气体10，50，100和150分钟，测试不同恒定电压和电解时间下对六氟化硫气体绝缘性能的影响，得出最优的电解时间，分辨出六氟化硫气体绝缘性能。电解完成后，撤掉恒压设备，在电解的试验杯加上加压设备，在电极间按0.5kV/S的升压速率加压，直到六氟化硫气体被击穿，并记录产生电弧时的最大电压值。检测结果如下表2和表3所示。
表2六氟化硫气体不同恒定电压和不同电解时间后检测击穿电压结果。
电解10min 电解50min 电解100min 电解150min
恒定电压5kV 17.4 17.2 17.0 17.1
恒定电压10kV 17.2 17.2 17.1 17.0
恒定电压15kV 17.2 16.1 16.1 16.1
恒定电压20kV 击穿 击穿 击穿 击穿
表3六氟化硫气体恒定电压15kV电解后检测击穿电压V1结果。
Figure BDA0002653306690000091
根据待测气体的电解后击穿电压的平均值V1计算出恒定电压电解后前后的六氟化硫气体的击穿电压结果之差V。计算结果见表4。
表4恒定电压15kV电解前后的六氟化硫气体检测结果。
Figure BDA0002653306690000101
(3)结果判断：根据电极间隙、恒定电压电解时间和电压差的变化趋势评价六氟化硫绝缘性能，如放电前后之差为V＝1.2kV，但判定值在检测结果平均值10％时为1.6kV以内可以认为六氟化硫绝缘性能良好。
根据实验中最优的电极间隙、恒定电压电解时间初步制定评价六氟化硫绝缘性能评价标准，本实施例提供的评价标准值具体如下表5所示。
表5初步制定评价六氟化硫绝缘性能评价标准值。
标准值 结果平均值5％ 结果平均值10％ 结果平均值15％
结论评价 绝缘性能好 绝缘性能良好 绝缘性能合格
在电极间施加恒定电压电解六氟化硫气体10，50，100，150分钟后，恒定电压电解10分钟后的测试结果变化不大，差值在0.1(kV)，基本未发生电解或电解不充分；恒定电压电解50分钟后的测试结果变化差值在1.2(kV)出现明显变化；恒定电压电解100分钟后的测试结果变化差值在1.2(kV)，恒定电压电解150分钟的测试结果变化差值也在1.2(kV)。由此判断恒定电压电解出现明显拐点是在恒定电压电解50分钟后。
因此，恒定电压电解50分钟后是比较合理的，同时也容易分别出六氟化硫气体的绝缘性能。
(4)针对本实施例提供的方法进行重复性分析，由同一名实验人员对同一供试品按照上述实验步骤(1-3)进行，实验至少重复6次，考察方法的重复性，重复性结果参照表6所示。由表6可知，本实施例提供的方法重复性好。
表6重复性。
Figure BDA0002653306690000111
本发明提供的六氟化硫气体绝缘性能的评价方法得出的六氟化硫气体测试击穿电压的结果稳定可靠。根据实验结果的极差和标准偏差得出：电极间隙为2.5mm的测试数据较其它电极间隙稳定。恒定电压电解50分钟后是比较合理的，同时也容易分别出六氟化硫气体的绝缘性能。
本发明还提供了一个判定值(如恒定电压电解50分钟前后的测试结果变化差值在平均值的10％)，才能简单、快速、准确判断六氟化硫的绝缘性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种六氟化硫气体绝缘性能的评价方法，其特征在于，其包括如下步骤：将待测六氟化硫气体通入试验容器中，先在恒定电压下电解，然后将电解后的试验容器内气体逐步加压，直至电解后的试验容器内气体被击穿，记录击穿电压V1，将V1与待测六氟化硫气体未进行电解时以同样方式逐步加压直至待测六氟化硫气体被击穿时的击穿电压V0的差值作为判定值，V1作为标准值，通过判定值V0和标准值V1评价待测六氟化硫气体的绝缘性能。
2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述评价方法包括获得待测六氟化硫气体在恒定电压电解前的被击穿时的击穿电压V0，待测六氟化硫气体在所述恒定电压电解前的被击穿时的击穿电压V0的测试方法包括：将待测六氟化硫气体通入试验容器中，在电极间逐步加压，直至待测六氟化硫气体被击穿，并记录产生电弧时的最大电压值，多次重复测定求得平均值V0；
优选地，按0.2-0.5kV/s的升压速率加压。
3.根据权利要求2所述的评价方法，其特征在于，所述电极的间隙为2.5-10mm；
优选地，所述电极的最优间隙为2.5mm。
4.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，进行恒定电压电解前还包括：确定恒定电压，
确定恒定电压包括如下步骤：将待测六氟化硫气体通入试验容器中，在电极的最优间隙间施加恒定电压进行电解，检测在不同电解时间内电解后的气体，经逐步加压，直至电解后的气体被击穿，检测击穿电压。
5.根据权利要求4所述的评价方法，其特征在于，所述电解时间为5-200min；
优选地，所述电解时间为10min、50min、100min和150min。
6.根据权利要求5所述的评价方法，其特征在于，按0.2-0.5kV/s的升压速率加压。
7.根据权利要求4所述的评价方法，其特征在于，所述标准值由如下方法获得：在恒定电压下电解，然后将电解后的试验容器内气体逐步加压，直至电解后的试验容器内气体被击穿，获得电解多次后的待测六氟化硫气体的击穿电压，重复操作多次，求得待测气体的电解后击穿电压的平均值V1，以平均值V1的5-15％作为所述标准值。
8.根据权利要求7所述的评价方法，其特征在于，以平均值V2的5％、10％或15％作为所述标准值。
9.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于，所述标准值为在电解时间内无明显变化时的电解后的试验容器内气体被击穿时的击穿电压。
10.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述判定值为在电解时间内无明显变化时的击穿电压平均测试差值。
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