绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统及其方法

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绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统及其方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于气体绝缘电气设备的绝缘状态在线监测技术领域，具体涉及多区域绝缘气体局部放电分解组分的检测系统及实验方法。\n背景技术\n[0002] 气体绝缘组合电器（GIS）具有绝缘强度高、运行安全稳定、利于环境保护、检修周期长、占地面积小和维护工作量小等优点，在大中城市城网建设和改造中得到广泛应用。但是从近年的运行情况看，国内外的GIS在运行中都出现了许多问题，主要是其内部不可避免的缺陷引起的故障，一旦故障发生，GIS由于其封闭的结构使得故障的诊断和检修工作的执行非常困难，并且故障会随着运行不断扩大，因此会导致不可估量的经济损失。GIS的故障模式主要是绝缘故障，最初一般表现为局部放电(PD)。一方面，PD产生的活性气体会加速绝缘的老化和腐蚀金属，进而加剧PD程度，最终引发GIS故障，故必须对这些气体杂质进行含量限制，有必要对分解气体进行检测。另一方面，引发PD的原因主要为不同类型的绝缘缺陷，不同的缺陷可能导致GIS内部绝缘气体分解过程与分解产物相对含量关系的不同，但同一缺陷的PD与绝缘气体局部放电分解组分形成直接关系，因此可以通过局部放电分解组分的检测来对GIS内部绝缘缺陷进行诊断，并对绝缘运行状态进行评判。由于绝缘气体(即SF6气体或纯净空气等)的分解过程非常复杂，涉及复杂的物理化学过程，同一气室中相同缺陷的不同区域的能量分布有差异，从而导致绝缘气体(即SF6气体或纯净空气等)的分解组分及浓度的不同，理论研究表明针板放电缺陷模型的辉光放电区（针电极附近）、电子漂移区（板电极附近）、主气室的绝缘气体的分解组分是不同的。为了实现不同绝缘气体(即SF6气体或纯净空气等)的分解组分检测和为绝缘缺陷故障诊断提供科学的理论依据，提高电力部门判断GIS绝缘状况的能力，从而避免停电事故的发生，对现有的GIS在线监测系统及实验方法进行改进是非常必要的。\n[0003] 现有的检测绝缘气体局部放电分解组分的检测系统及实验方法，如专利号为ZL200710078493.0的专利“六氟化硫放电分解组分分析系统及其使用方法”，公开的分析系统主要包括调压器、隔离变压器、无晕试验变压器、无局部放电保护电阻、电容分压器、六氟化硫放电分解装置、无感检测电阻、匹配阻抗、高速数字存储示波器、气相色谱仪，其中：\n六氟化硫放电分解装置的椭圆型缸体是由椭圆头和缸体组成，在缸体的中部侧壁上开有观察放电现象的石英观察窗和与真空泵及SF6气瓶连接的通孔及与采气阀门和蝶阀连接的通孔；公开的使用方法是利用该分析系统在实验室采用针-板电极模拟真实GIS设备内部金属突出物缺陷的局部放电，并获得反应该局部放电情况下主气室SF6气体的分解组分及放电波形等实验数据。该专利的主要缺点是:1）缸体结构复杂，观察局部放电现象只能通过石英窗口，很不方便；2）在缸体的中部侧壁只开了一个与采气阀连通的孔，只能采集主气室的放电分解组分，因此该检测系统仅能笼统地对主气室的分解组分进行检测，不能实现对不同区域绝缘气体分解组分进行检测；3）该检测系统中的气相色谱仪只是对SF6气体在局部放电下的分解组分中的CO2 ，SOF2，SO2F2，CF4进行了标定，只能测出分解组分中这四种气体的浓度，不能很好反应绝缘缺陷类型与SF6气体分解组分种类及其含量之间的关系，并不能对不同区域分解组分进行定性分析，更不能对纯净空气在局部放电下的分解组分类型及其含量进行分析，这不利于对各种绝缘气体的分解机理进一步研究；4）局部放电信号采集方法，无法避开外界的低频干扰信号，现场低频干扰非常严重，此方法采集的局部放电信号不能够准确的反应局部放电的放电程度。故该方法对PD引起的SF6气体或纯净空气等绝缘气体分解组分的分析不够深入，不能为实现气体绝缘的GIS的状态检测和故障诊断提供科学的理论依据。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是针对现有检测绝缘气体局部放电分解组分的检测系统及实验方法的不足，提供的一种绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统及其方法，能方便对绝缘气体放电分解装置内主气室、辉光放电区域以及电子漂移区域的绝缘气体局部放电分解组分种类及其含量分别进行检测和分析研究，为PD引起的绝缘气体分解过程及其机理的深入研究奠定了实验研究基础和科学的理论依据。\n[0005] 实现本发明目的技术方案是: 一种绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统，主要包括调压器、隔离变压器、无晕试验变压器、无局部放电保护电阻、电容分压器、 绝缘气体放电分解装置、超高频天线、无感检测阻抗、耦合电容、高速数字存储示波器和气质联用仪等。其中：所述的绝缘气体放电分解装置主要由外壳、绝缘套、采气阀和针阀及蝶阀、真空泵、SF6气瓶或5~10MPa的纯净压缩空气气瓶、真空表和气压表、O型密封圈、高压导电杆和低压导电杆、针电极和板电极、取气管等组成。\n[0006] 所述的调压器的原边通过导线与380V电源连接，所述调压器副边通过电缆线与所述的隔离变压器的原边连接，所述隔离变压器的副边通过电缆线与所述的无晕试验变压器的原边连接，所述的无局部放电保护电阻与所述的电容分压器串联后通过电缆线与所述的无晕试验变压器副边并联，所述绝缘气体放电分解装置的高压导电杆带均压帽的一端通过高压屏蔽导线与所述无局部放电保护电阻和所述电容分压器的串联点连接，所述绝缘气体放电分解装置的低压导电杆的一端通过接地线与公共接地点连接，所述的耦合电容与所述的无感检测阻抗串联后与所述的绝缘气体放电分解装置的高、低压导杆并联，所述的高速数字存储示波器的信号接入端口通过信号电缆线与所述耦合电容及所述无感检测阻抗的串联点连接，所述的高速数字存储示波器的信号接入端口通过信号电缆线与位于绝缘气体放电分解装置壳体外侧接受局部放电电磁信号的超高频天线连接。其特征是：\n[0007] 所述的绝缘气体放电分解装置的外壳由壳体、上固定板、下固定板和上盖板组成，所述壳体的材料为有机玻璃，所述壳体的形状为圆柱形，也可以是长方形或椭圆形；所述上固定板和下固定板及上盖板的材料均为不锈钢，所述上固定板和下固定板及上盖板的形状与所述壳体的形状匹配。所述圆柱形壳体的外径为280~320mm、厚度为20~30mm、高度为280~320mm。所述上固定板的外径为420~480mm、厚度为25~35mm，在所述上固定板的圆心处设置一孔径与所述壳体外径相匹配的圆形通孔，所述的上固定板通过常规的镶嵌方式和密封技术与壳体的上端口的外侧固定，在所述上固定板的圆周上均匀设置6~10个螺孔，用以与所述的上盖板连接。所述上盖板厚度为25~35mm、外径与所述上固定板的外径相匹配，在所述上盖板的圆心处设置孔径为20~30mm的通孔，所述的高压导杆通过所述的聚四氟乙烯绝缘套穿过上盖板中心的通孔，在所述高压导电杆位于所述壳体内部的一端头处固接所述的针电极。在所述上盖板的圆周边上均匀设置与所述上固定板圆周上螺孔相对应的6~10个螺孔，所述的上盖板通过螺钉和所述的O型密封圈固接在所述的上固定板上，在距离所述上盖板中心65~75mm处设置一孔径与所述第一取气管的外径相匹配的通孔，所述的第一取气管穿过该通孔并固接在上固定板，所述第一取气管在所述绝缘气体放电分解装置内部的一端对准固接在所述高压导电杆端头的针电极处，在所述第一取气管在所述上盖板外侧的一端上装设第一采气针阀，以便通过第一采气阀和第一取气管采集针电极处辉光放电区的分解组分，送到所述的气质联用仪进行检测和分析。所述的下固定板的外径为\n420~480mm、厚度为45~55mm，所述下固定板通过常规的镶嵌方式和密封技术与所述壳体的下端固接。所述下固定板的圆心处设置一孔径为20~30mm的通孔，所述的低压导电杆通过所述的聚四氟乙烯绝缘套穿过下固定板中心的通孔，在所述低压导电杆位于所述壳体内的一端头处固接所述的板电极，在距离所述板电极中心3~7mm处设置一孔径与所述第二取气管的外径相匹配的通孔，在距离所述下固定板中心65~75mm处设置一孔径与所述第二取气管的外径相匹配的通孔，所述的第二取气管的一端穿过所述板电极上的通孔并固接在所述的板电极上，所述第二取气管的另一端穿过所述下固定板圆周上的通孔并固接在下固定板上；在所述第二取气管在所述下固定板外侧的一端上装设第二采气针阀，以便通过第二采气针阀和第二取气管采集板电极处电子漂移区的分解组分，送到所述的气质联用仪进行检测和分析。在所述下固定板圆边的一侧并位于所述壳体内的下端处，设置一与第三取气管的外径相匹配的凹槽，所述的第三取气管固接在所述下固定板圆周边上一侧的凹槽内，并与所述壳体的内腔相通，在所述第三取气管上并位于下固定板外的一端上装设第三采气针阀，以便通过第三采气针阀和第三取气管采集主气室的分解组分，送到所述的气质联用仪进行检测和分析。在所述下固定板的圆周边上的另一侧并位于所述壳体内的下端处，设置一与SF6气瓶或5~10MPa的纯净压缩空气气瓶和真空泵的进气管的外径相匹配的凹槽，所述的进气管固接在所述下固定板圆周边上另一侧的凹槽内，并与所述壳体的内腔相通。在所述进气管上并位于所述下固定板外，依次设置与所述进气管连通的真空表和真空表针阀、所述的SF6气瓶或所述的5~10MPa的纯净压缩空气气瓶的进气针阀、压力表和压力表针阀、真空泵和真空泵的蝶阀。\n[0008] 所述的高压导电导杆和低压导电导杆为直径为8~12mm的铜制杆，所述高压导杆的长度为240~260mm，所述低压导杆的长度为140~180mm，所述的高压导电杆和低压导电杆分别通过所述聚四氟乙烯绝缘套固定在所述上盖板和下固定板上，所述高压导电杆通过高压屏蔽导线与所述无局部放电保护电阻和所述电容分压器的串联点连接，以便在所述针电极形成一个高电位，所述低压导电杆通过接地线与公共接地点连接，以便在所述板电极形成一个低电位。\n[0009] 所述绝缘套为两个外径为20~30mm、长度为75~85mm的聚四氟乙烯绝缘套，在每个绝缘套的轴向中心处，设置一与高、低压导电杆的外径相匹配的通孔。两个所述的聚四氟乙烯绝缘套分别通过常规的螺纹方式和密封技术分别固接在所述上盖板及下固定板中心通孔处，便于使所述高压导电杆与所述上盖板之间形成电气隔离及所述低压导电杆与所述下固定板之间形成电气隔离，同时保证所述绝缘气体放电分解装置的气密性。\n[0010] 所述针电极和板电极的材料均为黄铜，所述板电极的直径为60~100mm，厚度\n8~12mm，在所述板电极的圆心设置一内螺纹孔，所述板电极与所述低压导电杆的一端通过螺纹固接；所述板电极的下底面与所述下固定板的内表面间距为120~140mm，所述针电极和所述板电极之间的距离，通过换用不同规格的所述针电极来调节。所述针电极的总长度为40mm~60mm，其中，所述针电极的针尖部分的长度为4~6mm、针尖端曲率半径为\n0.4~0.6mm，在所述针电极的另一端中心处设置一内螺纹孔，所述针电极与所述高压导电杆的一端通过螺纹固接。所述的针电极有四种规格，即能保证所述针电极与所述板电极之间的距离为5mm，10mm、15mm和20mm，以便模拟不同间距的针板局部放电。\n[0011] 所述的第一、第二取气管为市购的外径为1~8mm的耐高温和耐腐蚀的聚四氟乙烯管，所述取气管通过常规的镶嵌方式和密封技术分别与所述上盖板和下固定板固接，其中所述第一取气管在所述壳体内的一段弯曲呈圆弧形，所述圆弧形的管口应对准所述的针电极的针尖处，以便准确采集所述针电极的针尖处辉光放电区和所述的板电极处电子漂移区少量绝缘气体局部放电分解组分。\n[0012] 所述超高频天线为市购的一种外置小型准TEM喇叭天线传感器，所述的超高频天线放置在所述绝缘气体放电分解装置的外壳的有机玻璃壳体的一侧外面，所述超高频天线通过信号电缆线与所述高速数字存储示波器的信号接入端口连接，便于接受所述绝缘气体放电分解装置内局部放电在空间激发的超高频电磁波信号，从而避开外界的低频干扰信号，确保更准确的反应绝缘气体放电分解装置内局部放电的放电程度。\n[0013] 所述的高速数字存储示波器为市购产品，四个采样通道，采样率为20GS/s，模拟带宽为1GHz，存储长度为48MB，通过信号电缆线与所述超高频天线及所述耦合电容与无感检测阻抗串联点连接，便于对局部放电的超高频信号和脉冲信号进行采集和分析。\n[0014] 所述的气质联用仪为市购产品，其中，气质联用仪能够检测所述壳体内各区域绝缘气体分解的组分类型及其含量，即：SOF4、SOF2、SO2F2、SO2、CF4、CO2、HF、H2S、SF4等PD引起的SF6气体局部放电分解气体，以及CO、NO、NO2、N2O、O3等PD引起的纯净空气局部放电分解气体，所述的气质联用仪以高纯氦气（He）作为载气，所述的采气袋分别采集的所述绝缘气体放电分解装置内所述主气室、辉光放电区及电子漂移区的绝缘气体放电分解气体分别通过载气送到所述气质联用仪内部，便于对分解组分的类型和含量进行分析。\n[0015] 一种绝缘气体局部放电分解组分多区域检测方法，利用本发明检测系统，对绝缘气体放电分解装置中多区域的绝缘气体局部放电分解组分，分别进行检测，其具体步骤如下： \n[0016] (1)实验准备\n[0017] ①擦洗绝缘气体放电分解装置\n[0018] 首先在所述检测系统中的所述无局部放电保护电阻与电容分压器的串联点挂上接地棒，拆下所述绝缘气体放电分解装置的所述不锈钢上盖板，然后在所述高压导电杆的一端装上所述的针电极，并保证所述针板电极之间的距离为一设定值(即5mm或10mm或\n15mm或20mm)，再在所述低压导电杆的一端装上所述板电极，然后用无水酒精擦洗所述装置的有机玻璃壳体的内壁、上、下固定板及上盖板的内壁、针电极和板电极以及高、低压导电杆的外表面，除去其杂质，以保证检测的准确性，再用热风吹干之后，将所述装置的所述上盖板与所述上固定板通过所述螺钉和密封圈固接。\n[0019] ②检测绝缘气体放电分解装置气密性\n[0020] 第(1)—①步完成后，首先关闭所述绝缘气体放电分解装置的进气口针阀和所述三个采气针阀及所述气压表针阀，然后打开所述真空泵碟阀，再用所述装置的真空泵对所述的装置抽真空，当所述装置内的真空度为0.005～0.01MPa时，依次关闭所述装置的真空泵蝶阀和真空泵，静置10~12小时并观察所述真空表示数：当所述真空表示数基本保持不变时，则表明所述装置在真空下的气密性良好；当所述真空表示数下降时，则表明所述装置的气密性不好，应检修后再抽真空，再检查气密性，直至在高真空下的气密性良好为止。\n然后打开所述装置的进气针阀和气压表针阀，向所述装置内缓缓冲入N2气体，当所述真空表的示数显示为零时，关闭所述真空表针阀，再缓缓充入N2气体，直到所述气压表示数为\n0.3~0.4MPa时，依次关闭所述进气针阀和N2瓶阀门，静置10～15小时，并观察所述气压表示数：当所述气压表的示数基本保持不变，则表明所述装置在高气压的情况下气密性良好；\n当气压表示数下降时，则表明所述装置的气密性不符合要求，应该检修后，再充入N2气体，并再检测气密性，直至在高气压下的气密性良好为止。\n[0021] ③向绝缘气体放电分解装置的外壳内充入绝缘气体\n[0022] 第(1)—②步完成后，先打开所述装置的真空泵碟阀，启动所述装置的所述真空泵，对所述装置抽真空，当所述装置的真空度为0.005~0.01MPa时，依次关闭所述装置的真空泵蝶阀和真空泵后，再打开所述装置的SF6气瓶或5~10MPa的纯净压缩空气气瓶的阀门和进气阀门，向所述装置内缓缓冲入SF6气体或纯净空气，当所述真空表的示数显示为零时，关闭所述装置的真空表针阀，再缓缓充入SF6气体或纯净空气，直到气压表示数\n0.1~0.2MPa为止。然后依次关闭所述装置的SF6气瓶或5~10MPa的纯净压缩空气气瓶的阀门和进气针阀，对所述装置进行清洗。接着按第(1)—②的步骤，先抽真空，再充入SF6气体或纯净空气清洗，如此重复冲洗2～4次。清洗后通过所述装置的真空泵将所述装置抽真空，最后通过所述装置的进气管和进气针阀向所述装置内充SF6气体或纯净空气，待所述真空表示数为0时，关闭所述真空表针阀，打开所述装置的压力表针阀，继续充SF6气体或纯净空气直到SF6气体或纯净空气的气压达到实验所需气压为止。\n[0023] ④安装超高频天线\n[0024] 第(1)—③步完成后，将所述检测系统的超高频天线放置在所述装置的有机玻璃壳体外侧，然后通过电缆将所述的超高频天线与所述检测系统的高速数字存储示波器的信号输入口连接，用以检测所述装置内局部放电情况，然后检查所述装置及所述检测系统线路连接的正确性，最后在确保接线正确之后取下接地棒。\n[0025] (2)进行局部放电实验\n[0026] ①测量局部放电起始电压\n[0027] 第(1)步完成后，调节所述检测系统中所述调压器，缓慢升高实验电压，并分别将连接所述超高频天线和无感检测阻抗的信号电缆线接到所述示波器的两个通道，并仔细观察所述示波器上通过所述超高频天线接收的局部放电产生的电磁信号和通过所述无感检测阻抗采集的脉冲信号的波形、当出现局部放电信号时，记录下此时所述调压器的输出电压，记为Ust，该电压为实验的局部放电起始电压。\n[0028] ②产生稳定的局部放电并采集局部放电信号\n[0029] 第(2)—①步完成后，继续调节所述检测系统的调压器，缓慢升高实验电压，至实验电压为第(2)—①步测量的局部放电起始电压Ust的1.2～1.5倍，所述装置内的针板电极间产生稳定的局部放电，并记录在此局部放电条件下所述调压器的输出电压，并用所述的高速数字存储示波器采集局部放电下引起所述无感检测阻抗两端产生的电压脉冲信号波形，同时采集由所述超高频天线接收局部放电下的电磁信号波形。\n[0030] (3)分区域采气\n[0031] 第(2)步完成后，待所述装置内的针-板电极放电达到12~96小时后，通过调节所述检测系统的调压器缓慢将实验电压降至0V为止，再关闭所述调压器，并在所述检测系统中的所述无局部放电保护电阻与电容分压器的串联点挂上接地棒。然后分别通过第一采气袋和所述装置的第一采气针阀及第一取气管采集所述装置的针电极处的辉光放电区的绝缘气体分解气体；通过第二采气袋和所述装置的第二采气针阀及第二取气管采集所述装置的板电极处的电子漂移区的绝缘气体分解气体；通过第三采气袋和所述装置的第三采气针阀及第三取气管采集所述装置的壳体内主气室的绝缘气体分解气体。以便通过所述的气质联用仪分别对不同区域的气体分别进行检测。\n[0032] (4)各区域绝缘气体局部放电分解组分的定性定量检测\n[0033] 第（3）步完成后，分别将第一采气袋采集的所述装置的辉光放电区的绝缘气体分解气体和第二采气袋采集的所述装置的电子漂移区的绝缘气体分解气体及第三采气袋采集的所述装置的主气室的绝缘气体分解气体，分别注入所述检测系统的气质联用仪中，分别通过所述的气质联用仪检测出所述装置相应各区域对应的SF6气体局部放电分解组分的类型及浓度或纯净空气局部放电分解组分的类型及浓度。再建立一个与所述针板电极局部放电相对应的SF6气体或纯净空气局部放电分解组分的数据库，最后结合(2)—②步分别得出两种绝缘气体相应的局放脉冲信号或超高频电磁信号波形，对各区域SF6气体或纯净空气分解气体组分含量与稳定性、放电剧烈程度、能量分布以及脉冲频率与气体组分的关联比对等进行分析判断，为不同绝缘气体的局部放电分解机理和模式识别的研究奠定基础。\n[0034] (5)调整绝缘气体气压、针-板电极的间距再进行局部放电实验\n[0035] 第(4)步完成后，返回第(1)—③步向所述绝缘气体放电分解装置内充入另一设定气压的绝缘气体，然后重复第(2)~(5)步，最后测量此气压下所述绝缘气体放电分解装置内三个区域绝缘气体局部放电分解组分类型和含量。如此重复实验，能得到同一针板间距及不同气压下所述绝缘气体放电分解装置内三个区域绝缘气体局部放电分解组分类型和含量。\n[0036] 同理，利用本发明装置还能对同一气压及不同针板间距下所述绝缘气体放电分解装置内的三个区域绝缘气体局部放电分解组分类型和含量进行检测。 在局部放电实验结束后，返回第(1)—①步换上另一规格的所述针电极，确保所述针板间距为另一设定值，然后重复第(1)—②步到第(5)步，最后测量此间距下所述绝缘气体放电分解装置内三个区域绝缘气体局部放电分解组分类型和含量。如此重复实验，能得到同一气压及不同针板间距下所述绝缘气体放电分解装置内三个区域绝缘气体局部放电分解组分类型和含量。\n[0037] (6)实验结束\n[0038] 第(5)步完成后，先打所述开真空泵碟阀和所述真空泵，将分解装置中的气体抽至室外排放，然后关闭所述真空泵蝶阀和所述真空泵，打开氮气瓶阀门和所述进气针阀充入氮气，然后依次打开出气针阀和所述真空泵，将分解装置中的气体抽至室外排放，重复以上操作2～4次，用氮气将分解装置清洗干净，防止绝缘气体局部放电分解组分中的腐蚀性气体腐蚀所述绝缘气体放电分解装置外壳，以便下次进行实验。\n[0039] 本发明采用上述技术方案，主要有以下效果：\n[0040] (1)本发明的绝缘气体放电分解装置的密封性能良好，能在200小时内保持绝缘气体压力，在密封性能和耐压性能方面均表现出良好的适用性。\n[0041] (2)本发明的绝缘气体放电分解装置便于清楚观测绝缘气体放电分解装置内部的局部放电现象，并通过外置小型准TEM喇叭天线传感器(即超高频天线)，能很好的接收局部放电在空间激发的超高频（0.3~3GHz）电磁波信号，能避开外界的低频干扰信号，能够更加准确的反应局部放电的放电程度。同时，能通过测量无感检测阻抗上电压有效地检测出局部放电脉冲波形和相位。\n[0042] (3)本发明选择的三区域的放电气体的采集方式不仅能对主气室的分解组分进行采集，还能准确的对辉光放电区域以及电子漂移区域的分解组分进行采集，从而使局部放电的绝缘气体分解组分的检测更精准。\n[0043] (4)本发明采用气相色谱与质谱联用（GC/MS）的方法可以有效的检测出三个不同区域的SF6气体或纯净空气等绝缘气体分解组分类型及含量，其中气质联用仪可以检测出ppmv级的 SOF4、SOF2、SO2F2、SO2、CF4、CO2、HF、H2S、SF4等PD引起的SF6气体局部放电分解气体，以及CO、NO、NO2、N2O、O3等PD引起的纯净空气局部放电分解气体，为不同类型绝缘气体局部放电分解过程及分解机理的研究提供了坚实的实验基础。\n[0044] 因本发明在现有六氟化硫局部放电分解组分分析装置的基础上添加了辉光放电区及电子漂移区绝缘气体分解气体组分的采集装置，并采用气相色谱与质谱联用的方法代替原来的单一的气相色谱分析方法，有利于为PD引起的各种绝缘气体(SF6气体或纯净空气等)分解过程及其机理的深入研究奠定了实验研究基础，对各种绝缘气体的GIS设备PD在线状态检测的理论分析和应用研究有重要作用。\n[0045] 本发明可广泛应用于各种气体绝缘的电气设备的绝缘状态的在线监测，特别适用GIS的绝缘在线监测，为GIS状态监测和故障诊断提供可靠的数据。\n附图说明\n[0046] 图1本发明的检测系统的原理接线图；\n[0047] 图2为本发明检测系统中绝缘气体放电分解装置的结构示意图。\n[0048] 图中： 1调压器；2隔离变压器；3无晕试验变压器；4无局部放电保护电阻；5电容分压器；6 绝缘气体放电分解装置；7超高频天线；8无感检测阻抗；9耦合电容；10高速数字存储示波器； 11均压帽；12高压导电杆；13、14绝缘套； 15上盖板；16上固定板；17螺杆；18针电极；19板电极；20壳体；21低压导电杆；22下固定板；23第一采气针阀；24第一取气管；25第二采气针阀；26第二取气管；27第三采气针阀；28真空表；29真空表针阀；\n30进气针阀；31 SF6气瓶或5~10MPa的纯净压缩空气气瓶；32压力表；33压力表针阀；34蝶阀；35真空泵；36第三取气管。\n具体实施方式\n[0049] 下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。\n[0050] 实施例1\n[0051] 如图1~2所示，一种绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统，主要包括调压器1、隔离变压器2、无晕试验变压器3、无局部放电保护电阻4、电容分压器5、绝缘气体放电分解装置6、超高频天线7、无感检测阻抗8、耦合电容9、高速数字存储示波器10等。其中：\n所述的绝缘气体放电分解装置6主要由椭圆形均压帽11、高压导电杆12、聚四氟乙烯绝缘套13、聚四氟乙烯绝缘套14、上盖板15、上固定板16、螺杆螺帽17、针电极18、板电极19、壳体20、低压导电杆21、下固定板22、第一采气针阀23、第一取气管24、第二采气针阀25、第二取气管26、第三采气针阀27、真空表28、真空表针阀29、进气针阀30、SF6气瓶或5~10MPa的纯净压缩空气气瓶31、压力表32、压力表针阀33、蝶阀34、真空泵35、第三取气管36等组成。\n[0052] 所述的调压器1的原边通过导线与380kV电源连接，所述调压器1副边通过电缆线与所述的隔离变压器2的原边连接，所述隔离变压器2的副边通过电缆线与所述的无晕试验变压器3的原边连接，所述的无局部放电保护电阻4与所述的电容分压器5串联后通过电缆线与所述的无晕试验变压器3副边并联，所述绝缘气体放电分解装置6的高压导电杆12带均压帽11的一端通过高压屏蔽导线与所述无局部放电保护电阻4和所述电容分压器5的串联点连接，所述绝缘气体放电分解装置6的低压导电杆21的一端通过接地线与公共接地点连接，所述的耦合电容9与所述的无感检测阻抗8串联后与所述的绝缘气体放电分解装置6的高、低压导电杆12、21并联，所述的高速数字存储示波器10的信号接入端口通过信号电缆线与所述耦合电容9及所述无感检测阻抗8的串联点连接，所述的高速数字存储示波器10的信号接入端口通过信号电缆线与位于绝缘气体放电分解装置6壳体20外侧接受局部放电电磁信号的超高频天线7连接。其特征是：\n[0053] 所述的绝缘气体放电分解装置6的外壳由壳体20、上固定板16、下固定板22和上盖板15组成，所述壳体20的材料为有机玻璃，所述壳体20的形状为圆柱形，也可以是长方形或椭圆形；所述上固定板16和下固定板22及上盖板15的材料均为不锈钢，所述上固定板16和下固定板22及上盖板15的形状与所述壳体20的形状匹配。所述圆柱形壳体\n20的外径为300mm、厚度为25mm、高度为300mm。所述上固定板16的外径为450mm、厚度为\n30mm，在所述上固定板16的圆心处设置一孔径与所述壳体20外径相匹配的圆形通孔，所述的上固定板16通过常规的镶嵌方式和密封技术与壳体20的上端口的外侧固定，在所述上固定板16的圆周上均匀设置8个螺孔，用以与所述的上盖板15连接。所述上盖板15厚度为30mm、外径与所述上固定板16的外径相匹配，在所述上盖板15的圆心处设置孔径为\n25mm的通孔，所述的高压导杆12通过所述的聚四氟乙烯绝缘套13穿过上盖板15中心的通孔，在所述高压导电杆12位于所述壳体20内部的一端头处固接所述的针电极18。在所述上盖板15的圆周边上均匀设置与所述上固定板16圆周上螺孔相对应的8个螺孔，所述的上盖板15通过螺钉17和所述的O型密封圈固接在所述的上固定板16上，在距离所述上盖板15中心70mm处设置一孔径与所述第一取气管24的外径相匹配的通孔，所述的第一取气管24穿过该通孔并固接在上固定板16，所述第一取气管24在所述绝缘气体放电分解装置\n6内部的一端对准固接在所述高压导电杆12端头的针电极18处，在所述第一取气管24在所述上盖板15外侧的一端上装设第一采气针阀23，以便通过第一采气阀23和第一取气管\n24采集针电极18处辉光放电区的分解组分，送到所述的气质联用仪进行检测和分析。所述的下固定板15的外径为450mm、厚度为50mm，所述下固定板16通过常规的镶嵌方式和密封技术与所述壳体20的下端固接。所述下固定板22的圆心处设置一孔径为25mm的通孔，所述的低压导电杆21通过所述的聚四氟乙烯绝缘套14穿过下固定板22中心的通孔，在所述低压导电杆21位于所述壳体20内的一端头处固接所述的板电极19，在距离所述板电极\n19中心5mm处设置一孔径与所述第二取气管26的外径相匹配的通孔，在距离所述下固定板\n22中心70mm处设置一孔径与所述第二取气管26的外径相匹配的通孔，所述的第二取气管\n26的一端穿过所述板电极19上的通孔并固接在所述的板电极19上，所述第二取气管26的另一端穿过所述下固定板22圆周上的通孔并固接在下固定板22上；在所述第二取气管26在所述下固定板22外侧的一端上装设第二采气针阀25，以便通过第二采气针阀25和第二取气管26采集板电极19处电子漂移区的分解组分，送到所述的气质联用仪进行检测和分析。在所述下固定板22圆边的一侧并位于所述壳体20内的下端处，设置一与第三取气管\n36的外径相匹配的凹槽，所述的第三取气管36固接在所述下固定板22圆周边上一侧的凹槽内，并与所述壳体20的内腔相通，在所述第三取气管36上并位于下固定板22外的一端上装设第三采气针阀27，以便通过第三采气针阀27和第三取气管36采集主气室的分解组分，送到所述的气质联用仪进行检测和分析。在所述下固定板22的圆周边上的另一侧并位于所述壳体20内的下端处，设置一与SF6气瓶或5~10MPa的纯净压缩空气气瓶31和真空泵35的进气管的外径相匹配的凹槽，所述的进气管固接在所述下固定板22圆周边上另一侧的凹槽内，并与所述壳体20的内腔相通。在所述进气管上并位于所述下固定板22外，依次设置与所述进气管连通的真空表28和真空表针阀29、所述的SF6气瓶或所述的5~10MPa的纯净压缩空气气瓶31的进气针阀30、压力表32和压力表针阀33、真空泵35和真空泵的蝶阀34。\n[0054] 所述的高压导电导杆12和低压导电导杆21为直径为10mm的铜制杆，所述高压导杆12的长度为250mm, 所述低压导杆21的长度为160mm，所述的高压导电杆12和低压导电杆21分别通过所述聚四氟乙烯绝缘套13、14固定在所述上盖板15和下固定板22上，所述高压导电杆12通过高压屏蔽导线与所述无局部放电保护电阻4和所述电容分压器5的串联点连接，以便在所述针电极18形成一个高电位，所述低压导电杆21通过接地线与公共接地点连接，以便在所述板电极19形成一个低电位。\n[0055] 所述绝缘套13、14均为外径是25mm，长度为80mm的聚四氟乙烯绝缘套，在每个绝缘套的轴向中心处，设置一与高、低压导电杆12、21的外径相匹配的通孔。两个所述的聚四氟乙烯绝缘套13、14分别通过常规的螺纹方式和密封技术分别固接在所述上盖板15及下固定板22中心通孔处，便于使所述高压导电杆12与所述上盖板15之间形成电气隔离及所述低压导电杆21与所述下固定板22之间形成电气隔离，同时保证所述绝缘气体放电分解装置6的气密性。\n[0056] 所述针电极18和板电极19的材料均为黄铜，所述板电极19的直径为80mm，厚度\n10mm，在所述板电极19的圆心设置一内螺纹孔，所述板电极19与所述低压导电杆21的一端通过螺纹固接；所述板电极19的下底面与所述下固定板22的内表面间距为130mm，所述针电极18和所述板电极19之间的距离，通过换用不同规格的所述针电极18来调节。所述针电极18的总长度为45mm，其中，所述针电极18的针尖部分的长度为5mm、针尖端曲率半径为0.5mm，在所述针电极18的另一端中心处设置一内螺纹孔，所述针电极18与所述高压导电杆12的一端通过螺纹固接。所述的针电极18有四种规格，即能保证所述针电极18与所述板电极19之间的距离为5mm，10mm、15mm和20mm，以便模拟不同间距的针板放电。\n[0057] 所述第一、第二取气管24、26为市购的外径为2mm的耐高温和耐腐蚀的聚四氟乙烯管，所述取气管通过常规的镶嵌方式和密封技术分别与所述上盖板15和下固定板22固接，其中所述第一取气管24在所述壳体20内的一段弯曲呈圆弧形，所述圆弧形的管口应对准所述的针电极18的针尖处，以便准确采集所述针电极18的针尖处辉光放电区和所述的板电极19处电子漂移区少量绝缘气体局部放电分解组分。\n[0058] 所述超高频天线7为市购的一种外置小型准TEM喇叭天线传感器，所述的超高频天线7放置在所述绝缘气体放电分解装置6的外壳的有机玻璃壳体20的一侧外面，所述超高频天线7通过信号电缆线与所述高速数字存储示波器10的信号接入端口连接，便于接受所述绝缘气体放电分解装置6内局部放电在空间激发的超高频电磁波信号，从而避开外界的低频干扰信号，确保更准确的反应绝缘气体放电分解装置6内局部放电的放电程度。\n[0059] 所述的高速数字存储示波器10为市购产品，四个采样通道，采样率为20GS/s，模拟带宽为1GHz，存储长度为48MB，通过信号电缆线与所述超高频天线7及所述耦合电容5与无感检测阻4抗串联点连接，便于对局部放电的超高频信号和脉冲信号进行采集和分析。\n[0060] 所述的气质联用仪均为市购产品，其中，气质联用仪能够检测所述壳体20内绝缘气体分解的组分类型及含量，即：CO、NO、NO2、N2O、O3等PD引起的纯净空气局部放电分解气体，所述的气质联用仪以高纯氦气（He）作为载气，所述的采气袋分别采集的所述绝缘气体放电分解装置6内所述主气室、辉光放电区及电子漂移区的绝缘气体局部放电分解气体分别通过载气送到所述气质联用仪内部，便于对分解组分的类型和含量进行分析。\n[0061] 实施例2\n[0062] 一种绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统，同实施例1，其中：所述圆柱形壳体20的外径为280mm、厚度为20mm、高度为280mm，所述上固定板16的外径为420mm、厚度为25mm，所述上固定板16的圆周上均匀设置螺孔数位6个，所述上盖板15厚度为25mm、外径与所述上固定板16的外径相匹配，在所述上盖板15的圆心处设置通孔的孔径为20mm，所述第一取气管24对应所述上盖板15上的通孔距离所述上板15中心65mm，所述的下固定板15的外径为420mm、厚度为45mm，所述下固定板22的圆心处设置通孔的孔径为20mm，所述第二取气管26在所述壳体20内的一端对应的通孔距离所述板电极19中心3mm、所述第二取气管26对应所述下固定板22上的通孔距离所述下固定板22中心65mm,，所述的高压导电导杆12和低压导电导杆21的直径为8mm、所述高压导杆12的长度为240mm、 所述低压导杆21的长度为140mm，所述绝缘套的外径为20mm、长度为75mm、所述板电极19的直径为60mm、厚度8mm、所述板电极19的下底面与所述下固定板22的内表面间距为120mm、所述针电极18的总长度为45mm、针尖部分的长度为4mm、针尖端曲率半径为0.4mm，所述取气管的外径为1mm。\n[0063] 实施例3\n[0064] 一种绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统，同实施例1，其中：所述圆柱形壳体20的外径为320mm、厚度为30mm、高度为320mm，所述上固定板16的外径为480mm、厚度为35mm，所述上固定板16的圆周上均匀设置螺孔数位10个，所述上盖板15厚度为35mm、外径与所述上固定板16的外径相匹配，在所述上盖板15的圆心处设置通孔的孔径为30mm，所述第一取气管24对应所述上盖板15上的通孔距离所述上板15中心75mm，所述的下固定板15的外径为480mm、厚度为55mm，所述下固定板22的圆心处设置通孔的孔径为30mm，所述第二取气管26在所述壳体20内的一端对应的通孔距离所述板电极19中心7mm、所述第二取气管26对应所述下固定板22上的通孔距离所述下固定板22中心75mm,，所述的高压导电导杆12和低压导电导杆21的直径为12mm、所述高压导杆12的长度为260mm、 所述低压导杆21的长度为180mm，所述绝缘套的外径为30mm、长度为85mm、所述板电极19的直径为100mm、厚度12mm、所述板电极19的下底面与所述下固定板22的内表面间距为140mm、所述针电极18的总长度为45mm、针尖部分的长度为6mm、针尖端曲率半径为0.6mm，所述取气管的外径为3mm。\n[0065] 实施例4\n[0066] 一种绝缘气体局部放电分解组分多区域检测方法，利用实施例1的检测系统对绝缘气体放电分解装置中多区域的绝缘气体局部放电分解组分，分别进行检测，其具体步骤如下： \n[0067] (1)实验准备\n[0068] ①擦洗绝缘气体放电分解装置\n[0069] 首先在所述检测系统中的所述的无局部放电保护电阻4与电容分压器5的串联点挂上接地棒，拆下所述绝缘气体放电分解装置6的所述不锈钢上盖板15，然后在所述高压导电杆12的一端装上所述的针电极18，并保证所述针板电极之间的距离为5mm，再在所述低压导电杆21的一端装上所述板电极19，然后用无水酒精擦洗所述装置的有机玻璃壳体\n20的内壁、上、下固定板16、22及上盖板15的内壁、针电极18和板电极19以及高、低导电杆12、21的外表面，除去其杂质，以保证检测的准确性，再用热风吹干之后，将所述装置的上盖板15与上固定板16通过所述螺钉17和密封圈固接。\n[0070] ②检测绝缘气体放电分解装置气密性\n[0071] 第(1)—①步完成后，首先关闭所述绝缘气体放电分解装置6的进气口针阀30和所述三个采气针阀23、25、27及所述气压表针阀33，然后打开所述真空泵碟阀34，再用所述装置的真空泵35对所述的装置抽真空，当所述装置内的真空度为0.005MPa时，依次关闭所述装置的真空泵蝶阀34和真空泵35，静置12小时并观察所述真空表28示数：当所述真空表28示数基本保持不变时，则表明所述装置在真空下的气密性良好；当所述真空表28示数下降时，则表明所述装置的气密性不好，应检修后再抽真空，再检查气密性，直至在高真空下的气密性良好为止。然后打开所述装置的所述进气针阀30和所述气压表针阀33，向所述装置内缓缓冲入N2气体，当所述真空表28的示数显示为零时，关闭所述真空表针阀29，再缓缓充入N2气体，直到所述气压表32示数为0.4MPa时，依次关闭所述进气针阀30和N2瓶阀门，静置15小时，并观察所述气压表32示数：当所述气压表32的示数基本保持不变，则表明所述装置在高气压的情况下气密性良好；当所述气压表32示数下降时，则表明所述装置的气密性不符合要求，应该检修后，再充入N2气体，并再检测气密性，直至在高气压下的气密性良好为止。\n[0072] ③向绝缘气体放电分解装置的外壳内充入绝缘气体\n[0073] 第(1)—②步完成后，先打开所述装置的真空泵碟阀34，启动所述装置的所述真空泵35，对所述装置抽真空，当所述装置的真空度为0.005MPa时，依次关闭所述装置的真空泵蝶阀34和真空泵35后，再打开所述装置的10MPa的纯净压缩空气气瓶31的阀门和进气针阀30，向所述装置内缓缓冲入纯净空气，当所述真空表28的示数显示为零时，关闭所述装置的真空表针阀29，再缓缓充入纯净空气，直到所述装置的气压表32示数0.2MPa为止。然后依次关闭所述装置的10MPa的纯净压缩空气气瓶31的阀门和进气针阀30，对所述装置进行清洗。接着按第(1)—②的步骤，先抽真空，再充入纯净空气清洗，如此重复冲洗4次。清洗后通过所述装置的真空泵35将所述装置抽真空，最后通过所述装置的进气管和进气针阀30向所述装置内充纯净空气，待所述装置的真空表示数为0时，关闭所述装置的真空表针阀29，打开所述装置的压力表针阀33，继续充纯净空气直到纯净空气的气压达到实验所需气压为止。\n[0074] ④安装超高频天线\n[0075] 第(1)—③步完成后，将所述检测系统的超高频天线7放置在所述装置的有机玻璃壳体6外侧，然后通过电缆将所述的超高频天线7与所述检测系统的高速数字存储示波器10的信号输入口连接，用以检测所述装置内局部放电情况，然后检查所述装置及所述检测系统线路连接的正确性，最后在确保接线正确之后取下接地棒。\n[0076] (2)进行局部放电实验\n[0077] ①测量局部放电起始电压\n[0078] 第(1)步完成后，调节所述检测系统中所述调压器1，缓慢升高实验电压，并分别将连接所述超高频天线7和无感检测阻抗8的信号电缆线接到所述高速数字存储示波器10的两个通道，并仔细观察所述高速数字存储示波器10上通过所述超高频天线接7收的局部放电产生的电磁信号和通过所述无感检测阻抗8采集的脉冲信号的波形、当出现局部放电信号时，记录下此时所述调压器1的输出电压，记为Ust，该电压为实验的局部放电起始电压。\n[0079] ②产生稳定的局部放电并采集局部放电信号\n[0080] 第(2)—①步完成后，继续调节所述检测系统的调压器1，缓慢升高实验电压，至实验电压为第(2)—①步测量的局部放电起始电压Ust的1.3倍，所述装置内的针板电极间产生稳定的局部放电，并记录在此局部放电条件下所述调压器1的输出电压，并用所述的高速数字存储示波器10采集局部放电下引起所述无感检测阻抗8两端产生的电压脉冲信号波形，同时采集由所述超高频天线7接收局部放电下的电磁信号波形。\n[0081] (3)分区域采气\n[0082] 第(2)步完成后，待所述装置内的针-板电极放电达到24小时后，通过调节所述检测系统的调压器1缓慢将实验电压降至0V为止，再关闭所述调压器1，并在所述检测系统中的所述的无局部放电保护电阻4与电容分压器5的串联点挂上接地棒。然后分别通过第一采气袋和所述装置的第一采气针阀23及第一取气管24采集所述装置的针电极18处的辉光放电区的绝缘气体分解气体；通过第二采气袋和所述装置的第二采气针阀25及第二取气管26采集所述装置的板电极19处的电子漂移区的绝缘气体分解气体；通过第三采气袋和所述装置的第三采气针阀27及第三取气管36采集所述装置的壳体20内主气室的绝缘气体分解气体。以便通过所述的气质联用仪分别对不同区域的气体分别进行检测。\n[0083] (4)各区域绝缘气体局部放电分解组分的定性定量检测\n[0084] 第（3）步完成后，分别将第一采气袋采集的所述装置的辉光放电区的绝缘气体分解气体和第二采气袋采集的所述装置的电子漂移区的绝缘气体分解气体及第三采气袋采集的所述装置的主气室的绝缘气体分解气体，分别注入所述检测系统的气质联用仪中，分别通过所述的气质联用仪检测出所述装置相应各区域对应的纯净空气局部放电分解组分的类型及浓度。再建立一个与所述针板电极局部放电相对应的纯净空气局部放电分解组分的数据库，最后结合(2)—②步分别得出两种绝缘气体相应的局放脉冲信号或超高频电磁信号波形，对各区域纯净空气分解气体组分含量与稳定性、放电剧烈程度、能量分布以及脉冲频率与气体组分的关联比对等进行分析判断，为不同绝缘气体的局部放电分解机理和模式识别的研究奠定基础。\n[0085] (5) 调整绝缘气体气压、针-板电极的间距再进行局部放电实验\n[0086] 第(4)步完成后，返回第(1)—③步向所述绝缘气体放电分解装置6内充入另一设定气压的绝缘气体，然后重复第(2)~(5)步，最后测量此气压下所述绝缘气体放电分解装置6内三个区域绝缘气体放电分解组分类型和含量。如此重复实验，能得到同一针板间距及不同气压下所述绝缘气体放电分解装置6内三个区域绝缘气体放电分解组分类型和含量。\n[0087] 同理，利用本发明装置还能对同一气压及不同针板间距下所述绝缘气体放电分解装置6内的三个区域绝缘气体放电分解组分类型和含量进行检测。 在局部放电实验结束后，返回第(1)—①步换上另一规格的所述针电极18，确保所述针板间距为另一设定值，然后重复第(1)—②步到第(5)步，最后测量此间距下所述绝缘气体放电分解装置6内三个区域绝缘气体局部放电分解组分类型和含量。如此重复实验，能得到同一气压及不同针板间距下所述绝缘气体放电分解装置6内三个区域绝缘气体放电分解组分类型和含量。\n[0088] (6)实验结束\n[0089] 第(5)步完成后，先打所述开真空泵碟阀34和所述真空泵35，将分解装置中的气体抽至室外排放，然后关闭所述真空泵蝶阀34和所述真空泵35，打开氮气瓶阀门和所述进气针阀30充入氮气，然后依次打开出气针阀和所述真空泵35，将分解装置中的气体抽至室外排放，重复以上操作4次，用氮气将分解装置清洗干净，防止绝缘气体局部放电分解组分中的腐蚀性气体腐蚀所述绝缘气体放电分解装置6的外壳，以便下次进行实验。