CN107589354A - 一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关柜技术领域，具体涉及一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台，包括模拟空气放电故障实验研究平台，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型，空气湿度调节装置和空气放电分解产物检测系统；模拟缺陷故障典型缺陷物理模型置于模拟空气放电故障实验研究平台之中；空气湿度调节装置与模拟空气放电故障实验研究平台相连接，空气放电分解产物检测系统与空气湿度调节装置连接。该实验平台设计了能反映局部放电发生机理及发生位置的四种典型绝缘缺陷模型，实验时可根据要求直接在放电分解气室中进行替换。从而提高了实验结果的真实性和准确性，气体检测种类更为多样，检测精度更高，可对分解组分进行实时检测。

Description

一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台及其实验方法

技术领域

本发明属于开关柜技术领域，尤其涉及一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台及其实验方法。

背景技术

作为电力系统（发电厂、变电站）中的重要设备，高压开关柜承担着开断和关合电力线路的重要任务，实现输送及倒换电力负荷、以及将故障设备或故障线路退出电力系统的功能，确保电力系统安全可靠运行。而开关柜在制造、配送、安装、运行和检修等过程中，不可避免的会造成开关柜内出现各种绝缘缺陷，例如在制造时容易使导体留下金属毛刺、在运送过程中容易导致零件的松动或接触性能变差、导体与支撑绝缘子剥离形成的气隙以及检修后残留在腔体内的金属微粒等。这些绝缘缺陷在开关柜的运行过程中容易引起电场畸变，从而发生局部放电（PD）。若不及早发现开关柜内部的 PD而任其发展至严重程度，最终将导致开关柜内绝缘破坏而引发安全事故，给发电企业带来巨大的经济损失和负面的社会影响。

目前国内外根据局部放电产生过程中的物理现象而衍生出来的常用于PD 信号检测方法主要有脉冲电流法、特高频法、暂态地电压法、超声波检测法、光学检测法、气体组分分析法等。其中，气体组分分析法由于其检测的是气体，不存在电磁干扰问题，与其他方法相比有较大的优势。但目前，国内外就PD特征气体将气体组分分析法用于开关柜PD检测鲜有研究。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种模拟并检测开关柜内部空气局部放电的装置。以研究空气PD分解组分及固体绝缘介质劣化分解产生的气体，了解空气在典型绝缘缺陷故障作用下的放电分解特性。

本发明的目的之二是为分析开关柜内部绝缘状况，提供一种开关柜内部PD实验方法。

为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案是：一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台，包括模拟空气放电故障实验研究平台，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型，空气湿度调节装置和空气放电分解产物检测系统；模拟缺陷故障典型缺陷物理模型置于模拟空气放电故障实验研究平台之中；空气湿度调节装置与模拟空气放电故障实验研究平台相连接，空气放电分解产物检测系统与空气湿度调节装置连接。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，模拟空气放电故障实验研究平台包括调压器、无晕试验交流变压器、第一保护电阻、第二保护电阻、分压器、放电分解气室、检测阻抗、耦合电容及数字示波器；调压器连接无晕试验交流变压器，无晕试验交流变压器连接第一保护电阻后并联分压器，分压器与第二保护电阻连接后再连接放电分解气室，耦合电容与检测阻抗连接后再接入放电分解气室，耦合电容与检测阻抗之间接入数字示波器。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，放电分解气室包括缸体，上、下固定板、缸体盖板和导电部件；缸体的上部和下部分别与上、下固定板紧密连接，缸体盖板活动连接于上固定板之上，缸体盖板和下固定板上均装有导电部件；下固定板上分别设置有进气口和排气口。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，导电部件包括绝缘套管、均压帽、高压导电杆和低压导电杆；高压导电杆和低压导电杆均通过绝缘套管，分别安装于缸体盖板和下固定板上，高压导电杆处在缸体外部的一端与均压帽和保护电阻连接，处在缸体内部的一端与模拟缺陷故障典型缺陷物理模型连接；低压导电杆处在缸体内部的一端与模拟缺陷故障典型缺陷物理模型连接，处在缸体外部的一端连接接地线。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，缸体为圆柱形，采用有机玻璃；上、下固定板和缸体盖板均选用不锈钢；缸体与上、下固定板通过螺纹加密封胶相结合的方式紧密连接；缸体盖板与上固定板通过螺钉连接；高压导电杆和低压导电杆均选用10mm的铜质导电杆；绝缘套管选用聚四氟乙烯。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型包括固体金属突出物缺陷模型、绝缘子气隙缺陷模型、绝缘子表面金属污秽模型和自由金属微粒缺陷模型。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，固体金属突出物缺陷模型包括针电极和板电极；针电极与高压导电杆连接，针电极选用黄铜材质，尖端曲率半径约为0.3mm，锥尖角 30°；板电极与低压导电杆连接，板电极选用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极，其表面抛光；针-板电极间距为10mm。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，绝缘子气隙缺陷模型包括上、下电极板和绝缘子，绝缘子与上电极板留有1mm 的间隙，与下电极板采用环氧树脂胶紧密粘贴；且上、下电极板采用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极；绝缘子采用直径为45mm，高为25cm 的圆柱形环氧树脂。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，绝缘子表面金属污秽模型包括上、下电极板、绝缘子和铜屑，绝缘子的上下表面与电极板采用环氧树脂胶紧密粘贴，铜屑粘贴在绝缘子外表面；且上、下电极板采用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极；绝缘子采用直径为45mm，高为25cm 的圆柱形环氧树脂；铜屑为20mm×15mm的长方形。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，自由金属微粒缺陷模型包括球、碗电极和金属微粒，球、碗电极同心放置，球电极与高压导电杆连接，碗电极与低压导电杆连接；碗电极半径为60mm；球电极半径为22mm；球、碗电极均采用不锈钢材质；金属微粒采用方形铝薄屑，尺寸为1×1mm，50颗≤金属微粒数量≤200颗。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，空气湿度调节装置包括真空泵、循环气泵、真空表、压力表和去离子水容器；真空泵和循环气泵的一端与排气口连接，真空泵的另一端与空气放电分解产物检测系统连接；循环气泵的另一端与去离子水容器连接；真空表和压力表均安装于排气口；进气口与去离子水容器连接；循环气泵采用FCY5015型微型循环气泵。

在上述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台中，空气放电分解产物检测系统采用ecom-EN2型烟气分析仪，烟气分析仪包括帕尔帖气体冷却器、气体采样泵、CO 过载自动保护和数据处理。

为实现上述第二个目的，本发明采用的技术方案是：一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台的实验方法，包括以下步骤：

步骤1、实验开始之前，清洁放电分解气室内部以及模拟缺陷故障典型缺陷物理模型；将待测典型缺陷物理模型安装于放电分解气室内；

步骤2、实验过程中，将放电分解气室的湿度控制在同一水平；首先对放电分解气室进行抽真空处理，然后注入干燥空气直至放电分解气室中的气压与大气压一致，利用循环气泵抽打去离子水调节湿度至70RH%；

步骤3、利用脉冲电流法对待测典型缺陷物理模型进行放电量的校准，通过逐步升压法确定电压梯度或微粒颗数调节放电量，并测量各实验组的 PD 特性，采集统计相关数据；

步骤4、实验持续 24h，用烟气分析仪每 4 小时测量一次分解组分，记录各组分的浓度值；得到实验结果，完成绝缘缺陷模拟放电实验。

本发明的有益效果为：根据开关柜内部空气局部放电的实际情况，设计了能反映局部放电发生机理及发生位置的四种典型绝缘缺陷模型，实验时可根据要求直接在放电分解气室中进行替换。放电气室缸体采用有机玻璃，具有耐腐蚀能力强、耐压高、通透性好、不易变形等特点。同时为确保实验过程中环境湿度较为一致，安装了空气湿度调节装置，可提高实验结果的真实性和准确性。放电产物检测系统则可有效检测CH₄、NH₃、CO、O₃、NO₂等气体的浓度，相比传统气体检测装置，其气体检测种类更为多样，检测精度更高，高性能的气体采样泵也使得其测量速度大大快于传统的手持式测量仪。实验过程中将空气放电气室的排气口与烟气分析仪的进气口连接，烟气分析仪的出口与放电气室的进气口连接，即可使系统实现循环测试，并且可对分解组分进行实时检测。

附图说明

图1是本发明一个实施例开关柜空气放电故障实验研究平台的示意图；

图2是本发明一个实施例放电分解气室的结构图；

图3是本发明一个实施例开关柜的绝缘缺陷示意分布图；

图4是本发明一个实施例开关柜典型缺陷中的固体金属突出物缺陷模型图；

图5是本发明一个实施例固体金属突出物缺陷模型置于放电分解气室的示意图；

图6是本发明一个实施例开关柜典型缺陷中的绝缘子气隙缺陷模型图；

图7是本发明一个实施例开关柜典型缺陷中的绝缘子表面金属污秽缺陷模型图；

图8是本发明一个实施例开关柜典型缺陷中的自由金属微粒缺陷模型图；

图9是本发明一个实施例放电分解气室的湿度调节示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施例采用以下技术方案来实现的，一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台，包括模拟空气放电故障实验研究平台，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型，空气湿度调节装置和空气放电分解产物检测系统；模拟缺陷故障典型缺陷物理模型置于模拟空气放电故障实验研究平台之中；空气湿度调节装置与模拟空气放电故障实验研究平台相连接，空气放电分解产物检测系统与空气湿度调节装置连接。

进一步，模拟空气放电故障实验研究平台包括调压器、无晕试验交流变压器、第一保护电阻、第二保护电阻、分压器、放电分解气室、检测阻抗、耦合电容及数字示波器；调压器连接无晕试验交流变压器，无晕试验交流变压器连接第一保护电阻后并联分压器，分压器与第二保护电阻连接后再连接放电分解气室，耦合电容与检测阻抗连接后再接入放电分解气室，耦合电容与检测阻抗之间接入数字示波器。

进一步，放电分解气室包括缸体，上、下固定板、缸体盖板和导电部件；缸体的上部和下部分别与上、下固定板紧密连接，缸体盖板活动连接于上固定板之上，缸体盖板和下固定板上均装有导电部件；下固定板上分别设置有进气口和排气口。

进一步，导电部件包括绝缘套管、均压帽、高压导电杆和低压导电杆；高压导电杆和低压导电杆均通过绝缘套管，分别安装于缸体盖板和下固定板上，高压导电杆处在缸体外部的一端与均压帽和保护电阻连接，处在缸体内部的一端与模拟缺陷故障典型缺陷物理模型连接；低压导电杆处在缸体内部的一端与模拟缺陷故障典型缺陷物理模型连接，处在缸体外部的一端连接接地线。

进一步，缸体为圆柱形，采用有机玻璃；上、下固定板和缸体盖板均选用不锈钢；缸体与上、下固定板通过螺纹加密封胶相结合的方式紧密连接；缸体盖板与上固定板通过螺钉连接；高压导电杆和低压导电杆均选用10mm的铜质导电杆；绝缘套管选用聚四氟乙烯。

进一步，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型包括固体金属突出物缺陷模型、绝缘子气隙缺陷模型、绝缘子表面金属污秽模型和自由金属微粒缺陷模型。

进一步，固体金属突出物缺陷模型包括针电极和板电极；针电极与高压导电杆连接，针电极选用黄铜材质，尖端曲率半径约为0.3mm，锥尖角 30°；板电极与低压导电杆连接，板电极选用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极，其表面抛光；针-板电极间距为10mm。

进一步，绝缘子气隙缺陷模型包括上、下电极板和绝缘子，绝缘子与上电极板留有1mm 的间隙，与下电极板采用环氧树脂胶紧密粘贴；且上、下电极板采用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极；绝缘子采用直径为45mm，高为25cm 的圆柱形环氧树脂。

进一步，绝缘子表面金属污秽模型包括上、下电极板、绝缘子和铜屑，绝缘子的上下表面与电极板采用环氧树脂胶紧密粘贴，铜屑粘贴在绝缘子外表面；且上、下电极板采用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极；绝缘子采用直径为45mm，高为25cm 的圆柱形环氧树脂；铜屑为20mm×15mm的长方形。

进一步，自由金属微粒缺陷模型包括球、碗电极和金属微粒，球、碗电极同心放置，球电极与高压导电杆连接，碗电极与低压导电杆连接；碗电极半径为60mm；球电极半径为22mm；球、碗电极均采用不锈钢材质；金属微粒采用方形铝薄屑，尺寸为1×1mm，50颗≤金属微粒数量≤200颗。

进一步，空气湿度调节装置包括真空泵、循环气泵、真空表、压力表和去离子水容器；真空泵和循环气泵的一端与排气口连接，真空泵的另一端与空气放电分解产物检测系统连接；循环气泵的另一端与去离子水容器连接；真空表和压力表均安装于排气口；进气口与去离子水容器连接；循环气泵采用FCY5015型微型循环气泵。

更进一步，空气放电分解产物检测系统采用ecom-EN2型烟气分析仪，烟气分析仪包括帕尔帖气体冷却器、气体采样泵、CO 过载自动保护和数据处理。

一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台的实验方法，包括以下步骤：

步骤1、实验开始之前，清洁放电分解气室内部以及模拟缺陷故障典型缺陷物理模型；将待测典型缺陷物理模型安装于放电分解气室内；

步骤2、实验过程中，将放电分解气室的湿度控制在同一水平；首先对放电分解气室进行抽真空处理，然后注入干燥空气直至放电分解气室中的气压与大气压一致，利用循环气泵抽打去离子水调节湿度至70RH%；

步骤3、利用脉冲电流法对待测典型缺陷物理模型进行放电量的校准，通过逐步升压法确定电压梯度或微粒颗数调节放电量，并测量各实验组的 PD 特性，采集统计相关数据；

步骤4、实验持续 24h，用烟气分析仪每 4 小时测量一次分解组分，记录各组分的浓度值；得到实验结果，完成绝缘缺陷模拟放电实验。

具体实施时，开关柜内部空气局部放电分解实验平台包括以下四个部分，即模拟空气放电故障的实验研究平台；模拟缺陷故障的典型缺陷物理模型；空气湿度调节装置；空气放电分解产物检测系统。

模拟空气放电故障的实验研究平台主要包括调压器、无晕试验交流变压器、保护电阻、分压器、放电分解气室、检测阻抗、耦合电容及数字示波器。

模拟缺陷故障的典型缺陷物理模型主要包括固体金属突出物缺陷模型、绝缘子气隙缺陷模型、绝缘子表面金属污秽模型和自由金属微粒缺陷模型四种缺陷模型。

空气湿度调节装置采用FCY5015型微型循环气泵抽打提供动力让气体流动，循环空气在去离子水中不断产生气泡，逐渐增加放电气室的湿度。

空气放电分解产物检测系统采用ecom-EN2型烟气分析仪，可有效检测CH₄、NH₃、CO、O₃、NO₂等气体的浓度。烟气分析仪主要包括帕尔帖气体冷却器、气体采样泵、CO 过载自动保护和数据处理。

如图1所示，本实施例的模拟空气放电故障的实验研究平台包括：调压器T₁、无晕试验交流变压器T₂、保护电阻 R、分压器、放电分解气室、检测阻抗Z_m、耦合电容C_k及数字示波器。

并且，调压器的输出电压为220V，输出电压可调范围为0~250V。无晕试验交流变压器T₂额定容量为10kVA，额定输出电压为50kV。保护电阻R₁阻值为10kΩ，起着保护无晕试验交流变压器的作用；R₂电阻值为3.5kΩ，用来限制缺陷模型击穿时的短路电流。放电分解气室为密闭缸体，可更换不同绝缘缺陷模型。耦合电容C_k，检测阻抗Z_m，示波器构成放电量检测系统，耦合电容C_k将绝缘缺陷产生的PD脉冲电流耦合到无感检测阻抗Z_m上，并通过检测阻抗Z_m将PD产生的脉冲电流信号转换成相应的脉冲电压信号由同轴电缆输入到数字示波器。数字示波器为TekDPO7104示波器，其模拟带宽为1GHz，最大采样率为20GS/s，存储长度为48M。

如图2所示，未放置模拟缺陷故障的典型缺陷物理模型的放电分解气室，放电分解气室采用透明的有机玻璃材料，内部可放置各种类型缺陷模型，在进行实验气体的击穿试验时，可以清楚地看到放电现象。气体实验装置的气缸部分由有机玻璃壳体、上下固定板和缸体盖板组成。考虑到受压的均匀性以及耐压强度，缸体部分被设计为圆柱形。同时，为了保证在空气及其分解产物作用下，气缸不发生破坏，选用耐腐蚀能力强、耐压高、通透性好、不易变形且容易加工的有机玻璃作为气缸的主要材料，上下固定板以及缸体盖板采用不锈钢材质。放电分解气室的上下固定板不需要拆卸，因此采用螺纹加密封胶相结合的方式，将有机玻璃缸体和不锈钢固定板紧密连接在一起，这种密封方式较为简洁，效果较好。对于放电分解气室的缸体盖板，由于需要对缸体内部进行清洁擦拭或更换针板电极等，不能采用螺纹和密封胶的方式来对气体进行密封。因此，采用螺钉加橡胶垫圈的方式进行气体密封，在上固定板上开一个凹槽，在缸体盖板上相对应位置加工一个凸棱，凸棱即为安装螺钉的位置。当用螺钉将上固定板与缸体盖板上紧时，凸棱将橡胶垫圈紧紧地压在凹槽内，能够起到非常良好的密封作用。上、下固定板与玻璃缸体间采用螺纹加密封胶固定方式。而缸体盖板与上固定板因需反复开闭，则采用螺钉加橡胶垫圈固定方式。放电分解气室中的导电部件为铜材质，为了保证模拟环境的真实性，试验装置采用直径为 10mm 的铜质导电杆。低压导电杆通过聚四氟乙烯（PTFE）绝缘套管安装于下固定板上，向内与模拟缺陷故障的典型缺陷物理模型连接，向外与接地线连接。高压导电杆通过一定厚度与长度的 PTFE 绝缘套管安装于缸体盖板上，向内与模拟缺陷故障的典型缺陷物理模型连接，向外与不锈钢均压帽、高压导线和保护电阻连接。均压帽的采用主要是为了改善导电杆尖端部位的电场均匀度，防止空气中的电晕放电对实验产生的干扰。

如图3所示，为各缺陷在开关柜内部的分布示意图，本实施例针对其设计了四种典型缺陷模型进行试验模拟。

如图4所示，为固体金属突出物缺陷模型，该模型采用针-板模型模拟开关柜高压导体上的金属突出物，针电极模拟突出物，采用黄铜材质，位于高压端，尖端曲率半径大致为0.3mm，锥尖角 30°。板电极模拟开关柜接地外壳，采用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极，其表面进行抛光处理。针-板间距设置为10mm。

如图5所示，为放置固体金属突出物缺陷模型的放电分解气室示意图，针电极与高压导电杆连接，板电极与低压导电杆连接。

如图6所示，为绝缘子气隙缺陷模型示意图，采用不锈钢材质的Bruce 电极，尺寸和金属突出物下的板电极一样。绝缘子采用直径为45mm，高为25cm 的圆柱形来模拟，材料为环氧树脂。绝缘子与上电极板留有1mm 的间隙，与下电极板采用与绝缘子同材质的环氧树脂胶紧密粘贴，并确保粘贴过程中未留下气泡或者细缝。

如图7所示，为绝缘子表面金属污秽模型示意图，采用不锈钢材质的Bruce电极，绝缘子采用环氧树脂材质的圆柱形结构，参数与绝缘子气隙模型一致。绝缘子的上下表面与电极板采用环氧树脂胶紧密粘贴，并确保粘贴过程中未留下气泡或者细缝。在绝缘子表面粘贴有20mm×15mm的长方形铜屑模拟吸附固定在绝缘子表面的金属微粒。

如图8所示，为自由金属微粒缺陷模型示意图，采用经典的球-碗模型进行模拟，球-碗电极均采用不锈钢材质，碗电极为接地电极，半径为60mm。球电极为高压电极，半径为22mm。考虑到自由金属微粒在电场作用下发生的跳跃范围较为广泛，球-碗电极同心放置，可实现微粒跳跃范围达 44mm。自由金属微粒一般为粉末状或者尺寸较小的颗粒状，因此采用尺寸较小、质量较轻、尺寸为1×1mm、数量50颗到200颗不等的方形铝薄屑来模拟自由金属微粒。

如图9所示，为保证实验环境湿度与实际一致，本实施例设计了空气湿度调节装置。首先利用真空泵对放电分解气室进行洗气并抽真空，然后通入干燥空气直至分解气室气压为常压状态。按湿度调节系统连接好气路，打开进气口、排气口以及循环气泵。系统中采用 FCY5015 型微型循环气泵抽打提供动力让气体流动，由于循环空气在去离子水中不断的冒泡，可逐渐增加放电分解气室的湿度。实验中将湿度计放入放电分解气室可实现对湿度的实时监测，待放电分解气室相对湿度增加至70RH%时，关闭进气口、排气口以及循环气泵，静置2h至湿度均匀混合于气室。

本实施例的空气放电分解产物检测系统主要包括帕尔帖气体冷却器、气体采样泵、CO 过载自动保护装置和数据处理装置。帕尔帖气体冷却器包括气体热交换器和电子冷凝检测装置，其中电子冷凝检测装置包含金属过滤器、捕集器、蠕动泵、冷凝柱（冷凝柱中含有测量气泵，可对冷凝水含量进行实时检测，并防止其超过极限值，并进入气体采样泵）通过帕尔帖制冷降低样气露点、除湿，确保样气性质稳定。在气体的测量处理过程中，由于烟气的螺旋上升，气体热交换器提供最适宜的样气除湿。冷凝系统通过金属过滤器对气体预处理起到增强仪器的过滤的作用，冷凝水被专用的捕集器收集起来，两个冷凝柱对冷凝水进行实时检测，达到极限容量时停止测量，测量气泵停止并阻止冷凝水及潮湿气体渗透到仪器中，将自动开启蠕动泵（蠕动泵与冷凝柱相连接，如果冷凝柱中的冷凝水超过限制，就将其排放至仪器外）排放冷凝水到仪器外端。气体采样泵包括输气管、传感器气室（气体采样泵连接在帕尔帖气体冷却器后，可对去除冷凝水后的待测气体进行检测，并将其传输至后面的CO过载自动保护装饰以及数据处理装置中），待测气体被气体采样泵经输气管传送至传感器气室，传感器感应气体输出电信号，通过模拟信号电路可换算成气体的浓度，显示在面板上。所述CO 过载自动保护利用CO 传感器的内置保护程序进行超载保护。所述数据处理装置内置高速热敏打印机，可快速打印测量数据。并配置一个MMC卡插槽。对于数据输出和记录，配置一个标配USB接口以及一个蓝牙接口。

利用以上的实验装置，可进行四种典型绝缘缺陷以及真实开关柜下金属突出物缺陷的实验。四种典型绝缘缺陷下的实验操作步骤类似，只需更换绝缘缺陷模型即可。其操作步骤如下：

（1）每次实验前需用干净的丝绸布沾无水酒精对罐体各部位以及绝缘缺陷模型进行清洁，避免杂质和灰尘以及上次分解实验所产生的组分残留吸附在罐壁，同时保证可视窗透明度，便于观察实验现象。

（2）实验过程中需保证空气湿度处于同一水平，可利用空气湿度调节装置进行湿度的控制，先将放电分解气室进行抽真空处理，然后注入干燥空气直至放电分解气室的气压与大气压一致。利用循环气泵抽打去离子水调节湿度至70RH%。

（3）利用脉冲电流法对各类绝缘缺陷模型进行放电量的校准，通过逐步升压法确定电压梯度或微粒颗数调节放电量，并测量各实验组的 PD 特性，采集统计相关数据。

（4）实验持续 24h，用烟气分析仪每 4 小时测量一次分解组分，记录各组分的浓度值。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (13)

1.一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，包括模拟空气放电故障实验研究平台，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型，空气湿度调节装置和空气放电分解产物检测系统；模拟缺陷故障典型缺陷物理模型置于模拟空气放电故障实验研究平台之中；空气湿度调节装置与模拟空气放电故障实验研究平台相连接，空气放电分解产物检测系统与空气湿度调节装置连接。

2.如权利要求1所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，模拟空气放电故障实验研究平台包括调压器、无晕试验交流变压器、第一保护电阻、第二保护电阻、分压器、放电分解气室、检测阻抗、耦合电容及数字示波器；调压器连接无晕试验交流变压器，无晕试验交流变压器连接第一保护电阻后并联分压器，分压器与第二保护电阻连接后再连接放电分解气室，耦合电容与检测阻抗连接后再接入放电分解气室，耦合电容与检测阻抗之间接入数字示波器。

3.如权利要求2所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，放电分解气室包括缸体，上、下固定板、缸体盖板和导电部件；缸体的上部和下部分别与上、下固定板紧密连接，缸体盖板活动连接于上固定板之上，缸体盖板和下固定板上均装有导电部件；下固定板上分别设置有进气口和排气口。

4.如权利要求3所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，导电部件包括绝缘套管、均压帽、高压导电杆和低压导电杆；高压导电杆和低压导电杆均通过绝缘套管，分别安装于缸体盖板和下固定板上，高压导电杆处在缸体外部的一端与均压帽和保护电阻连接，处在缸体内部的一端与模拟缺陷故障典型缺陷物理模型连接；低压导电杆处在缸体内部的一端与模拟缺陷故障典型缺陷物理模型连接，处在缸体外部的一端连接接地线。

5.如权利要求4所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，缸体为圆柱形，采用有机玻璃；上、下固定板和缸体盖板均选用不锈钢；缸体与上、下固定板通过螺纹加密封胶相结合的方式紧密连接；缸体盖板与上固定板通过螺钉连接；高压导电杆和低压导电杆均选用10mm的铜质导电杆；绝缘套管选用聚四氟乙烯。

6.如权利要求4所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，模拟缺陷故障典型缺陷物理模型包括固体金属突出物缺陷模型、绝缘子气隙缺陷模型、绝缘子表面金属污秽模型和自由金属微粒缺陷模型。

7.如权利要求6所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，固体金属突出物缺陷模型包括针电极和板电极；针电极与高压导电杆连接，针电极选用黄铜材质，尖端曲率半径约为0.3mm，锥尖角30°；板电极与低压导电杆连接，板电极选用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极，其表面抛光；针-板电极间距为10mm。

8.如权利要求6所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，绝缘子气隙缺陷模型包括上、下电极板和绝缘子，绝缘子与上电极板留有1mm的间隙，与下电极板采用环氧树脂胶紧密粘贴；且上、下电极板采用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极；绝缘子采用直径为45mm，高为25cm的圆柱形环氧树脂。

9.如权利要求6所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，绝缘子表面金属污秽模型包括上、下电极板、绝缘子和铜屑，绝缘子的上下表面与电极板采用环氧树脂胶紧密粘贴，铜屑粘贴在绝缘子外表面；且上、下电极板采用半径60mm、厚度10mm的不锈钢Bruce电极；绝缘子采用直径为45mm，高为25cm的圆柱形环氧树脂；铜屑为20mm×15mm的长方形。

10.如权利要求6所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，自由金属微粒缺陷模型包括球、碗电极和金属微粒，球、碗电极同心放置，球电极与高压导电杆连接，碗电极与低压导电杆连接；碗电极半径为60mm；球电极半径为22mm；球、碗电极均采用不锈钢材质；金属微粒采用方形铝薄屑，尺寸为1×1mm，50颗≤金属微粒数量≤200颗。

11.如权利要求3所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，空气湿度调节装置包括真空泵、循环气泵、真空表、压力表和去离子水容器；真空泵和循环气泵的一端与排气口连接，真空泵的另一端与空气放电分解产物检测系统连接；循环气泵的另一端与去离子水容器连接；真空表和压力表均安装于排气口；进气口与去离子水容器连接；循环气泵采用FCY5015型微型循环气泵。

12.如权利要求1所述的开关柜内部空气局部放电分解实验平台，其特征是，空气放电分解产物检测系统采用ecom-EN2型烟气分析仪，烟气分析仪包括帕尔帖气体冷却器、气体采样泵、CO过载自动保护和数据处理。

13.一种开关柜内部空气局部放电分解实验平台的实验方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、实验开始之前，清洁放电分解气室内部以及模拟缺陷故障典型缺陷物理模型；将待测典型缺陷物理模型安装于放电分解气室内；

步骤2、实验过程中，将放电分解气室的湿度控制在同一水平；首先对放电分解气室进行抽真空处理，然后注入干燥空气直至放电分解气室中的气压与大气压一致，利用循环气泵抽打去离子水调节湿度至70RH％；

步骤3、利用脉冲电流法对待测典型缺陷物理模型进行放电量的校准，通过逐步升压法确定电压梯度或微粒颗数调节放电量，并测量各实验组的PD特性，采集统计相关数据；

步骤4、实验持续24h，用烟气分析仪每4小时测量一次分解组分，记录各组分的浓度值；得到实验结果，完成绝缘缺陷模拟放电实验。