CN114910757A - 一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置和方法，包括试验腔体，试验腔体包括密封腔体和与密封腔体连通的高压套管，高压套管与密封腔体固接，密封腔体的一侧设有进气机构和出气机构，试验腔体内设有试验电极机构，试验电极机构包括设置在试验腔体内的导电杆，导电杆上安装有平板电极，导电杆与变压器电性连接，本发明的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置能够连续地进行气体协同效应系数的测试，每次比例调节时不需反复抽真空再充气，减少了绝缘气体的浪费，即极大提高了气体协同效应系数测试试验的效率，又大大降低了试验成本。

Description

一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置及方法
技术领域
本发明涉及电器试验领域，特别是涉及一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置及方法。
背景技术
SF6气体具有绝缘性能高、灭弧能力强的特点，广泛用于高电压设备中。但SF6是一种强温室气体，其全球变暖潜势值(GWP)高达CO2气体的23500倍。SF6气体被《巴黎协定》等国际公约列为使用受限的温室气体，研究SF6替代气体成为电力行业的重大需求。目前已有的几种新型环保绝缘气体(以下称为新型绝缘气体)，如七氟异丁腈(C4F7N)、全氟戊酮(C5F10O)，虽然绝缘性能优良，但是液化温度过高，不能直接应用于电气设备，目前只能通过与缓冲气体(如N2、CO2)混合的方法来解决高液化温度问题。
混合气体的绝缘性能并不等于两种气体绝缘性能按混合比例的线性相加，而是大于(即协同)或者小于(即负协同)这个值，这种现象称为混合气体的协同效应。协同效应对于混合气体的绝缘强度的优化至关重要，协同效应越强，达到相同绝缘强度所需要的混合比例就越低，液化温度也就越低。目前主要通过协同效应系数C来评估协同效应强度，由于影响协同效应强度的机制非常复杂，理论计算十分困难，目前主要通过试验测量击穿电压来得到不同比例下的协同效应系数，协同效应系数的计算公式如下：
Figure BDA0003638301350000011
其中k是混合比例，也就是新型绝缘气体的摩尔占比，Umax为新型绝缘气体占比100％时(即纯气)的击穿电压，Umin为新型绝缘气体占比0(即纯缓冲气体)时的击穿电压，Uk为对应中间混合比例k时的击穿电压。C值越小，该混合比例下的协同效应强度越高。
为了获得同一气压下不同比例下的协同效应系数，需要对不同比例的混合气体进行大量的击穿试验。目前的击穿试验都是在密封腔体内进行，在调节混合比例时，需保证气压不变，因此需要抽真空再重新充气，新型环保型绝缘气体的价格高，增大了试验成本。同时试验效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，包括试验腔体，所述试验腔体包括密封腔体和与所述密封腔体连通的高压套管，所述高压套管与所述密封腔体固接，所述密封腔体的一侧设有进气机构和出气机构，所述试验腔体内设有试验电极机构，所述试验电极机构包括设置在所述试验腔体内的导电杆，所述导电杆上安装有平板电极，所述导电杆与变压器电性连接。
优选的，所述导电杆包括穿设在所述高压套管内的第一导电杆，所述第一导电杆的底部穿过所述密封腔体并伸入所述密封腔体内，所述第一导电杆伸入所述密封腔体内的一端安装有所述平板电极，所述导电杆还包括穿设在所述密封腔体底部的第二导电杆，所述第二导电杆靠近所述第一导电杆的一端安装有所述平板电极，所述第二导电杆伸出所述密封腔体的一端设有调距部，所述第二导电杆伸出所述密封腔体的一端与地面接触。
优选的，所述调距部包括安装在所述第二导电杆外侧的密封螺母，所述第二导电杆的外壁设有刻度线。
优选的，两个所述平板电极之间相互平行且存在间隙。
优选的，所述进气机构包括与所述密封腔体连通的两个充气管路，所述充气管路与所述密封腔体固接，所述充气管路内设有第一气阀，所述充气管路与储气瓶连通。
优选的，所述出气机构包括与所述密封腔体连通的放气管路，所述放气管路与所述密封腔体固接，所述放气管路内设有第二气阀，所述放气管路与真空泵连通。
优选的，所述密封腔体远离所述放气管路的一侧设有观察窗。
优选的，所述高压套管为环氧树脂绝缘套管，所述高压套管与所述密封腔体通过法兰固接。
优选的，述密封腔体的顶部设有气压表。
优选的，一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试方法，包括：
a、通电，将两个平板电极安装在两个导电杆上，并接电；
b、抽气，将密封腔体的气体通过抽气机构排出；
c、充气，通过进气机构按所需比例向密封腔体内充气；
d、试验，调节混合气体比例并记录实验数据；
e、计算，根据试验数据计算不同混合比例下的协同效应系数。
本发明公开了以下技术效果：可在调节混合比例时不需抽真空重新充气，对于新型绝缘气体只需充气一次，按照混合比例从高到低进行工频击穿试验，得到不同混合比例下的新型环保型绝缘混合气体的击穿电压，用于计算出其协同效应系数。本发明能够连续地进行气体协同效应系数的测试，每次比例调节时不需反复抽真空再充气，减少了绝缘气体的浪费，即极大提高了气体协同效应系数测试试验的效率，又大大降低了试验成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置中试验腔体的结构示意图；
图2为试验时装置的连接示意图；
图3为试验步骤流程图；
其中：1、放气管路；2、充气管路；31、第一气阀；32、第二气阀；4、法兰；5、高压套管；61、第一导电杆；62、第二导电杆；7、气压表；8、平板电极；9、观察窗；10、密封腔体；11、密封螺母；13、真空泵；14、储气瓶；15、变压器；16、刻度线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-3，本发明提供一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，包括试验腔体，所述试验腔体包括密封腔体10和与所述密封腔体10连通的高压套管5，所述高压套管5与所述密封腔体10固接，所述密封腔体10的一侧设有进气机构和出气机构，所述试验腔体内设有试验电极机构，所述试验电极机构包括设置在设置在所述试验腔体内的导电杆，所述导电杆上安装有平板电极8，所述导电杆与变压器15电性连接。
高压套管5内的导电杆用于传导电压，密封腔体用于混合并保存混合气体，进气机构和出气机构用于控制充放气速度与充放气量，高压套管5电压等级高于试验最高电压；密封腔体10、进气机构和出气机构可承受气压大于试验气压，确保气体不会泄漏。本发明的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置能够连续地进行气体协同效应系数的测试，每次比例调节时不需反复抽真空再充气，减少了绝缘气体的浪费，即极大提高了气体协同效应系数测试试验的效率，又大大降低了试验成本。
进一步优化方案，导电杆包括穿设在所述高压套管5内的第一导电杆61，所述第一导电杆61的底部穿过所述密封腔体10并伸入所述密封腔体10内，所述第一导电杆61伸入所述密封腔体10内的一端安装有所述平板电极8，所述导电杆还包括穿设在所述密封腔体10底部的第二导电杆62，所述第二导电杆62靠近所述第一导电杆61的一端安装有所述平板电极8，所述第二导电杆62伸出所述密封腔体10的一端设有调距部，所述第二导电杆62伸出所述密封腔体10的一端与地面接触。
第一导电杆61贯穿高压套管5并伸入密封腔体10内，第二导电杆62贯穿密封腔体10的底部，平板电极8由钨铜金属制成，平板电极8的螺纹足够细，使两平板电极8互相平行，为击穿试验提供气体间隙，并且钨铜材料在大量试验后表面变化不大，保证试验结果的稳定性。
进一步优化方案，调距部包括安装在所述第二导电杆62外侧的密封螺母11，所述第二导电杆62的外壁设有刻度线16，用于调节并固定第二导电杆62上的平板电极8，可以测量并固定两电极之间的距离。
进一步优化方案，两个所述平板电极8之间相互平行且存在间隙。
进一步优化方案，进气机构包括与所述密封腔体10连通的两个充气管路2，所述充气管路2与所述密封腔体10固接，所述充气管路2内设有第一气阀31，所述充气管路2与储气瓶14连通，用于向密封腔体10中充入气体。
进一步优化方案，出气机构包括与所述密封腔体10连通的放气管路1，所述放气管路1与所述密封腔体10固接，所述放气管路1内设有第二气阀32，所述放气管路1与真空泵13连通，用于将密封腔体10中的气体排出。
第一气阀31和第二气阀32用于控制充放气速度与充放气量。
进一步优化方案，密封腔体10远离所述放气管路1的一侧设有观察窗9，用于观察并作为拆卸平板电极8的操作口。
进一步优化方案，高压套管5为环氧树脂绝缘套管，所述高压套管5与所述密封腔体10通过法兰4固接，法兰4为金属法兰，高压套管5与密封腔体10通过金属法兰紧密连接并密封。
进一步优化方案，密封腔体10为金属腔体，密封腔体10的顶部设有气压表7，用于测量密封腔体10内的气压。
一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试方法，包括以下步骤：
a、通电，将两个平板电极8分别安装在第一导电杆61和第二导电杆62上，第二导电杆62保持可靠接地，并将整个试验装置按图2进行连接；
b、抽气，将密封腔体10的气体通过抽气机构排出，使用真空泵13将密封腔体10通过放气管路1抽真空，并通过充气管路2中的一个用缓冲气体洗气四到五次，再抽至真空，避免空气杂质带来的影响；
c、充气，根据试验气压p(绝对气压，下同)与最高试验混合比kmax，通过充气管路2充入用于混合的纯气至气压p·(1-kmax)，再充入新型绝缘气体至试验气压p；
d、试验，通过工频击穿试验得出该混合比例kmax下的击穿电压Umax调节混合比例至k1时，先通过放气管路1排至气压
Figure BDA0003638301350000081
再充入缓冲气体至气压p，按照相同方法依次从高到低调节混合比例(k2，k3……kn，kmin)并进行工频击穿试验，得出不同混合比例下混合气体的击穿电压(U2，U3……Un，Umin)；
e、计算，根据不同混合比例混合气体的击穿电压计算出不同混合比例下的协同效应系数。
本发明采用了新的混合比例调节方法，避免了调节混合比例需重新抽真空再充气的流程，大大降低了新型绝缘气体用量，降低了试验成本；改进了试验腔体的充放气管路，避免了调节混合比例时反复拆卸的过程，大大加快了试验效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，其特征在于：包括试验腔体，所述试验腔体包括密封腔体(10)和与所述密封腔体(10)连通的高压套管(5)，所述高压套管(5)与所述密封腔体(10)固接，所述密封腔体(10)的一侧设有进气机构和出气机构，所述试验腔体内设有试验电极机构，所述试验电极机构包括设置在所述试验腔体内的导电杆，所述导电杆上安装有平板电极(8)，所述导电杆与变压器(15)电性连接。
2.根据权利要求1所述的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，其特征在于：所述导电杆包括穿设在所述高压套管(5)内的第一导电杆(61)，所述第一导电杆(61)的底部穿过所述密封腔体(10)并伸入所述密封腔体(10)内，所述第一导电杆(61)伸入所述密封腔体(10)内的一端安装有所述平板电极(8)，所述导电杆还包括穿设在所述密封腔体(10)底部的第二导电杆(62)，所述第二导电杆(62)靠近所述第一导电杆(61)的一端安装有所述平板电极(8)，所述第二导电杆(62)伸出所述密封腔体(10)的一端设有调距部，所述第二导电杆(62)伸出所述密封腔体(10)的一端与地面接触。
3.根据权利要求2所述的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，其特征在于：所述调距部包括安装在所述第二导电杆(62)外侧的密封螺母(11)，所述第二导电杆(62)的外壁设有刻度线(16)。
4.根据权利要求3所述的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，其特征在于：两个所述平板电极(8)之间相互平行且存在间隙。
5.根据权利要求1所述的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，其特征在于：所述进气机构包括与所述密封腔体(10)连通的两个充气管路(2)，所述充气管路(2)与所述密封腔体(10)固接，所述充气管路(2)内设有第一气阀(31)，所述充气管路(2)与储气瓶(14)连通。
6.根据权利要求1所述的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，其特征在于：所述出气机构包括与所述密封腔体(10)连通的放气管路(1)，所述放气管路(1)与所述密封腔体(10)固接，所述放气管路(1)内设有第二气阀(32)，所述放气管路(1)与真空泵(13)连通。
7.根据权利要求6所述的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，其特征在于：所述密封腔体(10)远离所述放气管路(1)的一侧设有观察窗(9)。
8.根据权利要求1所述的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，其特征在于：所述高压套管(5)为环氧树脂绝缘套管，所述高压套管(5)与所述密封腔体(10)通过法兰(4)固接。
9.根据权利要求1所述的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，其特征在于：所述密封腔体(10)的顶部设有气压表(7)。
10.一种绝缘混合气体协同效应系数的快速测试方法，基于权利1-9任意一项所述的绝缘混合气体协同效应系数的快速测试装置，包括以下步骤：
a、通电，将两个平板电极(8)安装在两个导电杆上，并接电；
b、抽气，将密封腔体(10)的气体通过抽气机构排出；
c、充气，通过进气机构按所需比例向密封腔体(10)内充气；
d、试验，调节混合气体比例并记录实验数据；
e、计算，根据试验数据计算不同混合比例下的协同效应系数。
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