阅读说明：本技术 一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法及装置 (Experimental method and device for detecting gas-solid insulation compatibility of substitute gas ) 是由 周永言 樊小鹏 李丽 唐念 邹庄磊 张曼君 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法及装置,将固体绝缘样品置于密封的实验腔内,通过通入的替代气体将实验腔内的气压值调节至预设气压值,通过对固体绝缘样品施加过电压,使得固体绝缘样品表面发生闪络放点反应,将实验腔内的气体通入到气相色谱质谱联用仪内进行定性分析,能够得到气体分解成分的特征,通过替代气体成分的变化判断气固绝缘性能的劣化情况,进而辅助判断绝缘替代气体的应用前景和潜力；通过将固体绝缘样品置于傅里叶变换红外光谱仪和扫描电镜中进行检测分析,能够得到固体绝缘样品表面化学成分与微观形貌的变化,综合判断替代气体与固体绝缘样品的气固绝缘相容性。(The application provides an experimental method and device for detecting gas-solid insulation compatibility of substitute gas, a solid insulation sample is placed in a sealed experimental cavity, the air pressure value in the experimental cavity is adjusted to a preset air pressure value through introduced substitute gas, overvoltage is applied to the solid insulation sample, so that flashover point reaction occurs on the surface of the solid insulation sample, the gas in the experimental cavity is introduced into a gas chromatography-mass spectrometer for qualitative analysis, the characteristics of gas decomposition components can be obtained, the deterioration condition of gas-solid insulation performance is judged through the change of the substitute gas components, and the application prospect and potential of the insulation substitute gas are further assisted to judge; the solid insulation sample is placed in a Fourier transform infrared spectrometer and a scanning electron microscope for detection and analysis, so that the change of the surface chemical composition and the micro morphology of the solid insulation sample can be obtained, and the gas-solid insulation compatibility of the substitute gas and the solid insulation sample can be comprehensively judged.)

一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法及装置

技术领域

本申请涉及电力系统气体绝缘的检测领域，尤其涉及一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法及装置。

背景技术

在电力系统中，SF6凭借其优异的绝缘性能与良好的灭弧能力，作为气体绝缘介质被广泛应用于中高压电气设备中，尤其是以SF6作为气体绝缘介质的输电管道(GIL)、隔离开关(GIS)和断路器(GCB)等已经成为了高压远距离输电网络中的重要组成部分。目前，全球生产的SF6气体中大约有一半应用于电力行业，而其中有超过五分之四应用于中高压电气设备中；我国电力设备领域中每年使用的SF6气体就超过10,000吨。但是，SF6气体在实际应用过程中面临着两个问题：其一是SF6气体的温室效应潜能值(GWP)高达23,500，在大气中的存活时间长达3,200年，被列为六种排放受限制的温室效应气体之一；其二是SF6气体的液化温度相对较高，限制了它在高寒地区的应用，并且在某些情况下必须要与缓冲气体配合使用。因此，国内外的专家学者们致力于寻找到一种电气性能与SF6相当、液化温度较低的环境友好型绝缘替代气体，来代替SF6在气体绝缘设备中的使用。

在绝缘替代气体的研究中，学者们主要从替代气体的相对电气强度(Er)、灭弧能力、温室效应潜能值(GWP)、臭氧消耗潜能值(ODP)、液化温度(Tb)、毒性、稳定性等方面入手，展开对潜在绝缘替代气体的筛选与研究。但是在实际应用的气体绝缘设备中，存在大量的固体绝缘材料，如硅橡胶、环氧树脂、陶瓷等；因此替代气体不仅需要良好的绝缘性能和化学稳定性，而且要与设备内部的固体绝缘材料拥有良好的相容性。气固绝缘相容性主要体现在两个方面：其一是替代气体受到固体绝缘材料影响而发生分解，导致其本身击穿电压、灭弧性能等下降；其二是固体绝缘材料受到气体影响，表面物化特性发生改变，导致其沿面闪络电压降低、表面绝缘性能下降、气密性减弱等。现有技术中针对气固绝缘相容性及其影响的实验研究相对匮乏，现有实验方法中仅对替代气体发生分解后的气体成分的进行分析后直接得到替代气体的气固相容性，导致得到的替代气体的气固相容性存在较大的误差。

发明内容

本申请提供了一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法，用于解决现有技术中存在的由于现有的实验方法中仅对替代气体发生分解后的气体成分的进行分析以后直接得到替代气体的气固相容性，导致得到的替代气体的气固相容性存在较大的误差的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法，所述实验方法包括：

S1：将固体绝缘样品置于密封的实验腔内，所述固体绝缘样品与电极相接触，在实验腔内通入替代气体，并通过通入的替代气体将实验腔内的气压值调整至预设气压值；

S2：通过电极向所述固体绝缘样品施加过电压，所述固体绝缘样品表面发生闪络放电反应；

S3：将实验腔内的气体通入气相色谱质谱联用仪中进行定性分析，获取气体的成分；

S4：通过傅里叶变换红外光谱仪对所述固体绝缘样品表面进行检测，获取固体绝缘样品表面化学基团的组成；

S5：通过扫描电镜对所述固体绝缘样品表面进行检测，获取所述固体绝缘样品表面的微观形貌；

S6：对所述气体成分、所述固体绝缘样品表面化学基团的组成和固体绝缘样品表面的微观形貌进行分析，获取替代气体与固体绝缘样品的气固绝缘相容性。

优选地，所述步骤S1中，所述电极包括两个指型电极，其中一个指型电极与高压电源向连接，另一个指型电极通过罗氏电流线圈接地；

其中，与所述固体绝缘样品相接触的电极具体为两个指型电极，两个所述指型电极分别夹持所述固体绝缘样品的两端。

优选地，所述步骤S2还包括：

通过高压探头对固体绝缘样品表面发生闪络放电反应时的瞬时电压值进行检测，获取瞬时电压值；

通过所述罗氏电流线圈对固体绝缘样品表面发生闪络放电反应时的接地电流值进行检测，获取接地电流值；

将所述瞬时电压值和所述接地电流值分别输送至示波器内，瞬时电压值与接地电流值的变化趋势。

优选地，所述步骤S2还包括：

通过高压电源的开关控制所述固体绝缘样品表面发生闪络放电反应发生或停止。

优选地，所述步骤S2还包括：

所述固体绝缘样品表面发生闪络放电反应重复发生若干次。

优选地，所述步骤S4中，所述傅里叶变换红外光谱仪上加装全反射组件。

优选地，所述S5还包括：

通过原子力显微镜对所述固体绝缘样品进行检测，获得固体绝缘样品表面的形貌特征与粗糙度。

本申请第二方面提供了一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括实验腔、供电组件和供气组件，所述实验腔包括支撑平台、与供电组件电连接的高压电极、与接地的低压电极和与供气组件通过管道相连接的供气阀，所述高压电极和低压电机分别接触固体绝缘样品的表面，所述供气阀用于控制供气组件内的替代气体输入实验腔或停止输入实验腔，所述供电组件用于输出过电压至高压电极。

优选地，所述实验装置还包括高压探头、罗氏电流线圈和示波器，所述高压探头一端与供电组件电连接，高压探头的另一端与示波器电连接，所述低压电极电连接罗氏电流线圈后接地，所述罗氏电流线圈与示波器相连接。

优选地，所述供电组件为高压电源，所述供气组件为气瓶，所述高压电极和低压电机均为指型电极，分别夹持在固体绝缘样品的两端，所述实验腔还包括出气阀，所述出气阀用于控制实验腔内的气体输出到实验腔外或停止输出。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中的实施例提供了一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法，将固体绝缘样品置于密封的实验腔内，通过通入的替代气体将实验腔内的气压值调节至预设气压值，通过对固体绝缘样品施加过电压，使得固体绝缘样品表面发生闪络放点反应，将实验腔内的气体通入到气相色谱质谱联用仪内进行定性分析，能够得到气体分解成分的特征，通过将固体绝缘样品置于傅里叶变换红外光谱仪和扫描电镜中进行检测分析，能够得到固体绝缘样品表面化学成分与微观形貌的变化，通过综合分析气体的成分、固体绝缘样品表面化学成分和微观形貌的变化，判断气固绝缘相容性的劣化情况，从而判断出替代气体与固体绝缘样品的气固绝缘相容性，解决了现有技术中存在的由于现有的实验方法中仅对替代气体发生分解后的气体成分的进行分析以后直接得到替代气体的气固相容性，导致得到的替代气体的气固相容性存在较大的误差的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法的一个流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验装置的结构示意图。

图中：

1、高压电源，2、高压探头，3、示波器，4、罗氏电流线圈，5、气瓶，6、实验腔，61、出气阀，62、供气阀，71、高压电极，72、低压电极，8、支撑平台。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法的实施例一，所述实验方法包括：

S1：将固体绝缘样品置于密封的实验腔内，所述固体绝缘样品与电极相接触，在实验腔内通入替代气体，并通过通入的替代气体将实验腔内的气压值调整至预设气压值；其中，所述实验腔通过充入的替换气体调节气压值可以根据实验需求，从0MPa至所述实验腔能耐受的最高气压之间选择，本实施例中选择的预设气压之为1MPa。

所述固体绝缘样品接触电极是为了电极能够将带你传递至固体绝缘样品上。所述实验腔需要为密封设置，避免与外界进行气体交换，造成实验出现误差，影响实验效果。

所述步骤S1中，所述电极包括两个指型电极，其中一个指型电极与高压电源向连接，另一个指型电极通过罗氏电流线圈接地；

其中，与所述固体绝缘样品相接触的电极具体为两个指型电极，两个所述指型电极分别夹持所述固体绝缘样品的两端。

采用指型电极能够对固体绝缘样品的表面进行充分接触，以便来自高压电源的电压通过指型电极能够充分的流入到固体绝缘样品的表面上。

S2：通过电极向所述固体绝缘样品施加过电压，所述固体绝缘样品表面发生闪络放电反应；

所述通过电极向所述固体绝缘样品施加过电压的目的在于，通常在实际的电力生产现场，都会存在有过电压的情况，需要在实验的过程中施加过电压进行测试，才能确定替代气体在气固绝缘相容性的性能，如果只是施加常态的电压，就不能够确定在实际工作中出现过电压的情况，替代气体的气固绝缘相容性的性能是否发生变化，即并不能够得到准确结果。

其中，通过高压探头对固体绝缘样品表面发生闪络放电反应时的瞬时电压值进行检测，获取瞬时电压值；

通过所述罗氏电流线圈对固体绝缘样品表面发生闪络放电反应时的接地电流值进行检测，获取接地电流值；

将所述瞬时电压值和所述接地电流值分别输送至示波器内，瞬时电压值与接地电流值的变化趋势。

其中，通过高压电源的开关控制所述固体绝缘样品表面发生闪络放电反应发生或停止。所述固体绝缘样品表面发生闪络放电反应重复发生若干次。通常需要进行固体绝缘样品表面发生闪络放电反应重复发生若干次，才能够得到更加准确的判断结果，在实际的工作中，替换气体和固体绝缘样品也是进行长期工作的，因此需要多次重复发生固体绝缘样品表面的闪络放电反应，能够更加准确的判断替代气体的气固绝缘相容性。其中，选择高压电源输出的电压形式(如直流、工频交流、脉冲和雷电冲击电压等)与电压上升速率；并根据高压电源输出的电压形式，选择示波器的采样频率。

S3：将实验腔内的气体通入气相色谱质谱联用仪中进行定性分析，获取气体的成分；通过将实验腔体内的气体通入到气相色谱质谱联用仪中进行分析，可以根据替代气体及其可能的分解产物成分，选择气相色谱质谱联用仪中的设定参数，如加热温度、加热时间、质荷比、特征谱线等。

S4：通过傅里叶变换红外光谱仪对所述固体绝缘样品表面进行检测，获取固体绝缘样品表面化学基团的组成；

其中，所述步骤S4中，所述对傅里叶变换红外光谱仪上加装全反射组件。以满足不透明固体材料的测试需要，另外需要查询标准特征峰值以确定材料表面化学基团的组成。

S5：通过扫描电镜对所述固体绝缘样品表面进行检测，获取所述固体绝缘样品表面的微观形貌。

其中，所述S5还包括：

通过原子力显微镜对所述固体绝缘样品进行检测，获得固体绝缘样品表面的形貌特征与粗糙度。

S6：对所述气体成分、所述固体绝缘样品表面化学基团的组成和固体绝缘样品表面的微观形貌进行分析，获取替代气体与固体绝缘样品的气固绝缘相容性。

本申请的实施例一提供了一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法，通过将实验后的实验腔内的气体通入到气相色谱质谱联用仪中得到气体的成分，通过傅里叶变换红外光谱仪对实验后的固体绝缘样品的表面进行测试得到固体绝缘样品表面的化学基团的组成，通过扫描电镜对实验后的固体绝缘样品表面进行检测得到固体绝缘样品表面的微观形貌，通过原子力显微镜对实验后的固体绝缘样品进行检测得到固体绝缘样品表面的形貌特征与粗糙度；根据气体的成分、固体绝缘样品表面的化学基团的组成、固体绝缘样品表面的微观形貌固体绝缘样品表面的形貌特征与粗糙度，瞬时电压值与接地电流值的变化趋势，能够判断替代气体的气固绝缘相容性的劣化情况，从而确定该气体是否能够作为替代气体使用。同时也能够为实际生产中的气体绝缘设备的检修提供指导；解决了现有技术中存在的由于现有的实验方法中仅对替代气体发生分解后的气体成分的进行分析以后直接得到替代气体的气固相容性，导致得到的替代气体的气固相容性存在较大的误差的技术问题。

另外，通过本实施例提供的一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验方法，气体绝缘设备新选择替代气体提供数据支撑，通过提选择不同的固体绝缘样品，能够为气体绝缘设备中固体绝缘材料的选择和对绝缘性能的预测提供数据支持。

本申请还提供的一种用于检测替代气体的气固绝缘相容性的实验装置的实施例二，所述实验装置包括实验腔6、供电组件和供气组件，所述实验腔6包括支撑平台8、与供电组件电连接的高压电极71、与接地的低压电极72和与供气组件通过管道相连接的供气阀62，所述高压电极71和低压电机分别接触固体绝缘样品的表面，所述供气阀62用于控制供气组件内的替代气体输入实验腔6或停止输入实验腔6，所述供电组件用于输出过电压至高压电极71。

固体绝缘样品放置支撑平台8上，通过供电组件将电压通过高压电极71输送到固体绝缘样品的表面，通过供气阀62将供气组件内的替代气体输入到实验腔6内，通过对固体绝缘样品施加过电压，使得固体绝缘样品发生闪络放电反应，将实验后的实验腔6气体进行测试，将实验后的固体绝缘样品进行测试，从而判断替代气体的气固绝缘相容性。

其中，所述实验装置还包括高压探头2、罗氏电流线圈4和示波器3，所述高压探头2一端与供电组件电连接，高压探头2的另一端与示波器3电连接，所述低压电极72电连接罗氏电流线圈4后接地，所述罗氏电流线圈4与示波器3相连接。

通过罗氏电流线圈4得到接地电流值，通过高压探头2测得发生闪络放电时候的瞬时电压值。将接地电流值和瞬时电压值输送至示波器3进行显示，能够得到瞬时电压值与接地电流值的变化趋势。

其中，所述供电组件为高压电源1，所述供气组件为气瓶5，所述高压电极71和低压电机均为指型电极，分别夹持在固体绝缘样品的两端，所述实验腔6还包括出气阀61，所述出气阀61用于控制实验腔6内的气体输出到实验腔6外或停止输出。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。