一种联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别装置及方法，该装置包括：实验平台，包括实验腔体和在实验腔体内部相向对齐设置且可拆卸的两根金属电极；两根金属电极的自由端间隔布置；两根金属电极的固定端分别连接至实验腔体的电源端和接地端；工频电源模块，连接至电源端，用于为实验平台提供可调工频电源；温度控制模块，用于通过基于有限元的温度场计算，模拟GIL传输过程中的温升值，并监测和控制实验平台的温度；气体输送模块，用于向实验平台的实验腔体输送C<subgt;4</subgt;F<subgt;7</subgt;N和CO<subgt;2</subgt;混合绝缘气体；气相色谱质谱检测模块，用于对实验腔体中C<subgt;4</subgt;F<subgt;7</subgt;N和CO<subgt;2</subgt;混合绝缘气体放电过程中产生的分解物成分和浓度进行标定。本发明专利技术大大提高了GIL金属尖端放电故障识别的准确度。
本专利技术属于gil(gas-insulated metal enclosed transmission line，气体绝缘金属封闭输电线路)金属尖端放电故障诊断，特别涉及一种联合温度场的gil金属尖端放电故障识别装置和方法。
1、相比于其他电气设备，气体绝缘电气设备具有检修周期长、体积较小、损耗小和通流量大等优势，气体绝缘电气设备中一般使用sf6气体作为绝缘介质。然而，温室效应较高是sf6气体的一大短板。因此，迫切需要寻找一种绝缘气体来代替sf6。
2、目前国内能够有效代替sf6的绝缘气体趋向于以c4f7n为主的混合气体，近几年较为理想的替代气体是c4f7n和co2混合绝缘气体，对于此类混合气体取9％含量的c4f7n在一些压强条件下是纯sf6绝缘气体的良好替代气体。
3、同时，在gil输电过程中会难免出现一些放电故障。一种常见的放电故障是金属尖端放电故障。在gil设备中，金属尖端可能由于制造、安装过程中的擦划、磨损等原因形成，如导体和外壳内表面上的金属突起。这些金属尖端在稳定的工频状态下可能不会引起击穿，但在快速暂态过电压的条件下，却可能引发局部放电。由于金属尖端会导致局部电场畸变，使得局部场强集中。当这种局部场强大于绝缘击穿电场强度时，就会产生放电现象。
4、而在将此类新型环保混合绝缘气体替代sf6气体用于实际电力设备中时，由于在gil输电过程中会难免出现上述放电故障，因此如何对使用此类混合绝缘气体作为绝缘介质的gil电气设备进行较为准确的故障识别，是亟需解决的问题。
r/>技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种联合温度场的gil金属尖端放电故障识别装置和方法，以实现对使用9％c4f7n和91％co2混合绝缘气体作为绝缘介质的gil可能出现的金属尖端放电的故障类型进行准确诊断识别。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、根据本专利技术的第一方面，提供一种联合温度场的gil金属尖端放电故障识别装置。该装置包括：
4、实验平台，包括实验腔体和在所述实验腔体内部相向对齐设置且可拆卸的两根金属电极；两根金属电极的自由端间隔布置；两根金属电极的固定端分别连接至所述实验腔体的电源端和接地端；
5、工频电源模块，连接至所述电源端，用于为所述实验平台提供可调工频电源；
6、温度控制模块，用于通过基于有限元的温度场计算，模拟gil传输过程中的温升值，并监测和控制所述实验平台的温度；
7、气体输送模块，用于向所述实验平台的实验腔体输送c4f7n和co2混合绝缘气体；
8、气相色谱质谱检测模块，用于对实验腔体中c4f7n和co2混合绝缘气体放电过程中产生的分解物的成分和浓度进行标定。
9、进一步的，所述实验腔体采用表面涂有绝缘涂料的金属实验腔体；所述实验腔体一侧镶嵌有透明观察视窗。
10、进一步的，所述两根金属电极中连接至接地端的一根金属电极采用板电极，连接至电源端的另一根金属电极选自具有不同尖端曲率半径的针电极、棒电极或球电极。
11、进一步的，所述实验腔体包括主腔室和从所述主腔室一侧延伸的加温腔室；所述两根金属电极设置在所述主腔室内；所述温度控制模块包括加热棒、温度传感器和温度控制柜；所述加热棒和温度传感器设于所述加温腔室内；所述温度控制柜位于所述实验腔室外部且连接至所述加热棒和温度传感器。
12、进一步的，所述气体输送模块包括分别装有纯c4f7n和co2的两个气瓶；两个气瓶分别通过对应的输气管与所述实验腔体相连通；所述输气管上接有气阀和气压表。
13、进一步的，所述气相色谱质谱检测模块包括氮气输送组件、氦气输送组件、带有c4f7n/co2混合气体分解产物固定相的毛细管柱、分解气体的推进组件、用于控制所述毛细管柱的温度变化的温控组件、分解物检测组件和数据记录存储组件。
14、进一步的，所述带有c4f7n/co2混合气体分解产物固定相的毛细管柱以99.999％的氦气作为载气，载气流速为1.55ml/min，分流进样比为50：1，进样口温度为120℃。
15、进一步的，所述温控组件采用如下的程序升温：前10min保持35℃，之后以10℃/min升温至150℃保持20min。
16、根据本专利技术的第二方面，提供一种联合温度场的gil金属尖端放电故障的识别方法。该方法采用了如本专利技术第一方面所述的联合温度场的gil金属尖端放电故障的识别装置，包括如下步骤：
17、(1)通过基于有限元的温度场计算，模拟gil传输过程中的温升值；
18、(2)在实验腔体中设置具有不同电场不均度的多组电极组合，分别针对各组电极组合，在实验腔体所在的实验室具备室温恒温的条件下，对以9％c4f7n和91％co2混合绝缘气体作为绝缘介质的实验腔体进行温升操作，在达到所述温升值后对所述实验腔体进行放电操作，并通过气相色谱质谱检测模块对放电分解产物进行识别，得到各组电极组合下不同放电操作对应的各放电分解产物的浓度分布特征；
19、(3)根据各组电极组合下不同放电操作对应的各放电分解产物的浓度分布特征，基于待测gil金属尖端放电故障的各放电分解产物的浓度进行故障识别。
20、进一步的，步骤(1)包括：
21、(11)建立gil有限元温度场模型，并对参数进行初始化设置，包括设置初始温度值；
22、(12)确定中心导体产生的焦耳热和绝缘气体因极化产生的损耗发热；
23、(13)确定由传导换热产生第一热通量、由对流换热产生的第二热通量和由辐射换热产生的第三热通量；其中，确定由对流换热产生的第二热通量包括考虑流场和温度场的双向耦合；
24、(14)将步骤(12)和步骤(13)得到的结果分别作为热源和载荷输入所述gil有限元温度场模型进行分析计算，得到温升后的温度值；
25、(15)将温升后的温度值作为新的初始温度值，重复执行步骤(12)～(14)进行迭代，直到相邻两次迭代的温度值之差小于设定阈值，停止迭代，得到最终的温升后的温度值。
26、进一步的，该方法还包括：
27、在执行步骤(2)之前，配置混合标准气体，将配置的混合标准气体重复进行多次气象色谱分析实验，并确保相对标准偏差rsd值在3％以内，以对气相色谱分析的rsd值进行校对。
28、进一步的，步骤(3)包括：
29、(31)基于待测gil金属尖端放电故障的各放电分解产物的浓度确定c(c2f3n)/c(co)、c(c2f4+co)/c(cf4)和c(c2n2+c2f3n)/c(c2f4)的值，其中c(·)为对应放电分解产物的浓度；
30、(32)根据c(c2f3n)/c(co)、c(c2f4+co)/c(cf4)和c(c2n2+c2f3n)/c(c2f4)的取值范围进行故障识别。
31、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，包括：实验平台，包括实验腔体和在所述实验腔体内部相向对齐设置且可拆卸的两根金属电极；两根金属电极的自由端间隔布置；两根金属电极的固定端分别连接至所述实验腔体的电源端和接地端；
2.根据权利要求1所述的联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述实验腔体采用表面涂有绝缘涂料的金属实验腔体；所述实验腔体一侧镶嵌有透明观察视窗。
3.根据权利要求1所述的联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述两根金属电极中连接至接地端的一根金属电极采用板电极，连接至电源端的另一根金属电极选自具有不同尖端曲率半径的针电极、棒电极或球电极。
4.根据权利要求1所述的联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述实验腔体包括主腔室和从所述主腔室一侧延伸的加温腔室；所述两根金属电极设置在所述主腔室内；所述温度控制模块包括加热棒、温度传感器和温度控制柜；所述加热棒和温度传感器设于所述加温腔室内；所述温度控制柜位于所述实验腔室外部且连接至所述加热棒和温度传感器。p>
5.根据权利要求1所述的联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述气体输送模块包括分别装有纯C4F7N和CO2的两个气瓶；两个气瓶分别通过对应的输气管与所述实验腔体相连通；所述输气管上接有气阀和气压表。
6.根据权利要求1所述的联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述气相色谱质谱检测模块包括氮气输送组件、氦气输送组件、带有C4F7N/CO2混合气体分解产物固定相的毛细管柱、分解气体的推进组件、用于控制所述毛细管柱的温度变化的温控组件、分解物检测组件和数据记录存储组件。
7.根据权利要求6所述的联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述带有C4F7N/CO2混合气体分解产物固定相的毛细管柱以99.999％的氦气作为载气，载气流速为1.55ml/min，分流进样比为50：1，进样口温度为120℃。
8.根据权利要求6所述的联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述温控组件采用如下的程序升温：前10min保持35℃，之后以10℃C/min升温至150℃保持20min。
9.一种联合温度场的GIL金属尖端放电故障的识别方法，采用了如权利要求1-8中任一项所述的联合温度场的GIL金属尖端放电故障的识别装置，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别方法，其特征在于，步骤(1)包括：
11.根据权利要求9所述的联合温度场的GIL金属尖端放电故障识别方法，其特征在于，还包括：
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：
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【技术特征摘要】
1.一种联合温度场的gil金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，包括：实验平台，包括实验腔体和在所述实验腔体内部相向对齐设置且可拆卸的两根金属电极；两根金属电极的自由端间隔布置；两根金属电极的固定端分别连接至所述实验腔体的电源端和接地端；
2.根据权利要求1所述的联合温度场的gil金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述实验腔体采用表面涂有绝缘涂料的金属实验腔体；所述实验腔体一侧镶嵌有透明观察视窗。
3.根据权利要求1所述的联合温度场的gil金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述两根金属电极中连接至接地端的一根金属电极采用板电极，连接至电源端的另一根金属电极选自具有不同尖端曲率半径的针电极、棒电极或球电极。
4.根据权利要求1所述的联合温度场的gil金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述实验腔体包括主腔室和从所述主腔室一侧延伸的加温腔室；所述两根金属电极设置在所述主腔室内；所述温度控制模块包括加热棒、温度传感器和温度控制柜；所述加热棒和温度传感器设于所述加温腔室内；所述温度控制柜位于所述实验腔室外部且连接至所述加热棒和温度传感器。
5.根据权利要求1所述的联合温度场的gil金属尖端放电故障识别装置，其特征在于，所述气体输送模块包括分别装有纯c4f7n和co2的两个气瓶；两个气瓶分别通过对应的输气管与所述实验腔体相连通；所述输气管上接有气阀和气压表。
【专利技术属性】
技术研发人员：李爽，毕海涛，唐佳能，唐红，白钦予，郎业兴，庚振新，陈圣，林莘，徐建源，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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