一种环网柜中气固材料相容性的带电试验方法及系统
阅读说明：本技术 一种环网柜中气固材料相容性的带电试验方法及系统 (Live test method and system for compatibility of gas-solid materials in ring main unit ) 是由 颜湘莲 高克利 黄印 李志兵 王雯 何洁 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种环网柜中气固材料相容性的带电试验方法及系统。该方法包括：获取C-(4)F-(7)N/CO-(2)混合气体的试验前混合比；对环保气体环网柜进行冷热循环试验；检测环保气体环网柜的工频耐压值或雷电冲击耐压值是否满足标准要求；确定C-(4)F-(7)N/CO-(2)混合气体中C-(4)F-(7)N的混合比的降低比值；当环保气体环网柜的工频耐压或雷电冲击耐压值不满足标准要求,或C-(4)F-(7)N/CO-(2)混合气体中C-(4)F-(7)N的混合比的降低比值大于预设降低比,判定环保气体环网柜中气固材料相容性不满足现场运行要求。本发明模拟现场运行工况,考核环保气体环网柜中气固材料相容性,优化产品设计满足运行需求,并可获得实际运行中换气体环网柜采用的C-(4)F-(7)N/CO-(2)气体与固体材料的相容规律。(The invention provides a live-line test method and system for compatibility of gas-solid materials in a ring main unit. The method comprises the following steps: obtaining C 4 F 7 N/CO 2 Pre-test mixing ratio of the mixed gas; carrying out a cold-hot circulation test on the environment-friendly gas ring main unit; detecting whether a power frequency withstand voltage value or a lightning impulse withstand voltage value of the environment-friendly gas ring main unit meets standard requirements or not; determination of C 4 F 7 N/CO 2 C in the mixed gas 4 F 7 A decrease ratio of the mixing ratio of N; when the power frequency withstand voltage or the lightning impulse withstand voltage value of the environment-friendly gas ring main unit does not meet the standard requirement, or C 4 F 7 N/CO 2 C in the mixed gas 4 F 7 And the reduction ratio of the mixing ratio of N is larger than the preset reduction ratio, and the compatibility of the gas-solid materials in the environment-friendly gas ring main unit is judged not to meet the field operation requirement. The invention simulates the field operation condition, examines the compatibility of the gas-solid materials in the environment-friendly gas ring main unit, optimizes the product design to meet the operation requirement, and can obtain the gas exchange ring main unit adopted in the actual operationC 4 F 7 N/CO 2 The law of compatibility of gases with solid materials.)
技术领域
本发明涉及电力系统检测技术领域，具体而言，涉及一种环网柜中气固材料相容性的带电试验方法及系统。
背景技术
六氟化硫(SF6)气体作为优良的绝缘和灭弧介质在电气设备中广泛应用，但SF6的温室效应是CO2的23500倍，在大气中存续的寿命高达3200年，对环境的影响较大。国内外研究表明，全氟异丁腈(C4F7N)与CO2构成的混合气体绝缘强度高，温室效应低，被认为是极具潜力的SF6环保替代气体。目前，C4F7N及C4F7N/CO2的绝缘特性等关键技术取得了较大进展，在气体绝缘输电管道(GIL)获得了应用，正在推广应用于气体绝缘环网柜。
现有研究表明，C4F7N气体与电气设备中某些材料并不完全相容，及C4F7N气体、杂质和分解气体等，均可能出现腐蚀设备材料的现象。需建立合适气固材料相容性试验方法，分析设备长期运行中C4F7N/CO2气体与环网柜中的金属、环氧树脂、密封橡胶等常用材料的相容规律，以指导环网柜材料或结构设计优化，满足设备运行需求。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种环网柜中气固材料相容性的带电试验方法及系统，旨在解决现有C4F7N气体与电气设备中某些材料并不完全相容可能出现腐蚀设备材料现象的问题。
一方面，本发明提出了一种环网柜中气固材料相容性的带电试验方法，该方法包括如下步骤：气体充装步骤，向环保气体环网柜内充装C4F7N/CO2混合气体直至环保气体环网柜内的气压值达到预设气压值，并获取C4F7N/CO2混合气体的试验前混合比；冷热循环试验步骤，对环保气体环网柜施加交流电压并对环保气体环网柜的环境温度进行加热以维持在预设高温，持续高温加压试验至第一预设时间段后，停止加压并降温以维持在预设低温，直至第二预设时间段后，重复进行加热降温，直至预设次数的冷热循环试验；柜体检测步骤，冷热循环试验结束后，对环保气体环网柜内C4F7N/CO2混合气体间隙进行工频耐压和雷电冲击耐压试验，检测环保气体环网柜的工频耐压值或雷电冲击耐压值是否满足标准要求；气体分析步骤，检测环保气体环网柜内的C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的试验后混合比，并与C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的试验前混合比进行比较，以确定C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比的降低比值；分析判断步骤，当环保气体环网柜的工频耐压或雷电冲击耐压值不满足标准要求，或C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比的降低比值大于预设降低比，则判定环保气体环网柜中气固材料相容性不满足现场运行要求。
进一步地，上述环网柜中气固材料相容性的带电试验方法，在所述气体充装步骤之前，还包括如下步骤：预准备步骤，构建环保气体环网柜中气固材料相容性带电试验回路，所述带电试验回路中设有工频交流电源、高压套管和控制开关，工频交流电源、高压套管和控制开关串联连接。
进一步地，上述环网柜中气固材料相容性的带电试验方法，在所述气体充装步骤和所述冷热循环试验步骤之间，还包括如下步骤：试验设置步骤，将环保气体环网柜整体放置到高低温试验箱中，调节带电试验回路的电源电压，设置高低温试验箱的试验温度为预设高温；所述高低温试验箱用于提供气固相容性试验的不同温度环境。
进一步地，上述环网柜中气固材料相容性的带电试验方法，在所述试验设置步骤中，调节带电试验回路的电源电压至环网柜额定电压，以施加环网柜额定电压至所述环保气体环网柜上。
进一步地，上述环网柜中气固材料相容性的带电试验方法，所述高压套管设置在高低温试验箱的顶部且穿设于高低温试验箱，所述高压套管设置在所述高低温试验箱内的端部用于连接环保气体环网柜，以施加工频交流电压至所述环保气体环网柜上。
进一步地，上述环网柜中气固材料相容性的带电试验方法，在所述气体分析步骤中，检测环保气体环网柜内的气压值以判断气压变化，并检测环保气体环网柜的C4F7N/CO2混合气体的微水含量和气体成分，比较确定气体种类是否增加、水分含量和气体含量是否变化。
进一步地，上述环网柜中气固材料相容性的带电试验方法，所述预设高温为所述环保气体环网柜的固体材料分解的最低温度。
进一步地，上述环网柜中气固材料相容性的带电试验方法，所述第一预设时间段和/或所述第二预设时间段为12h，所述预设次数大于或等于180次。
另一方面，本发明还提出了一种环网柜中气固材料相容性的带电试验系统，该系统包括：气体充装模块，用于获取环保气体环网柜内充装的C4F7N/CO2混合气体的试验前混合比；冷热循环试验模块，用于对环保气体环网柜施加交流电压并对环保气体环网柜的环境温度进行加热以维持在预设高温，持续高温加压试验至第一预设时间段后，停止加压并降温以维持在预设低温，直至第二预设时间段后，重复进行加热降温，直至预设次数的冷热循环试验；柜体检测模块，用于在冷热循环试验结束后，对环保气体环网柜内C4F7N/CO2混合气体间隙进行工频耐压和雷电冲击耐压试验，检测环保气体环网柜的工频耐压和雷电冲击耐压值是否满足标准要求；气体分析模块，用于检测环保气体环网柜内的C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的试验后混合比，并与C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的试验前混合比进行比较，以确定C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比的降低比值；分析判断模块，用于当环保气体环网柜的工频耐压或雷电冲击耐压值不满足标准要求，或C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比的降低比值大于预设降低比，则判定环保气体环网柜中气固材料相容性不满足现场运行要求。
进一步地，上述环网柜中气固材料相容性的带电试验系统，所述气体分析模块，还用于检测环保气体环网柜上的气压值以判断气压变化，并检测环保气体环网柜的C4F7N/CO2混合气体的微水含量和气体成分，比较确定气体种类是否增加、水分含量和气体含量是否变化。
本发明提供的环网柜中气固材料相容性的带电试验方法及系统，通过外加电压和温度的温升联合作用下完全模拟现场运行工况，可考核设备在长期运行中C4F7N气体稳定性，及C4F7N/CO2气体与环网柜中常用固体材料的相容性，即考核环保气体环网柜中气固材料相容性，优化产品设计满足运行需求，并可获得实际运行中换气体环网柜采用的C4F7N/CO2气体与固体材料的相容规律，用于配置环网柜材料或优化结构设计，以确保运行设备气固相容且安全可靠。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的环网柜中气固材料相容性的带电试验方法的流程框图；
图2为本发明实施例提供的环保气体环网柜中气固材料相容性带电试验回路的电路图；
图3为本发明实施例提供的带高压套管的高低温试验箱中安装环保气体环网柜的布置主视图；
图4为本发明实施例提供的带高压套管的高低温试验箱中安装环保气体环网柜的布置侧视图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
方法实施例：
参见图1，其为本发明实施例提供的环网柜中气固材料相容性的带电试验方法的流程框图。如图所示，该带电试验方法包括如下步骤：
预准备步骤S1，构建环保气体环网柜中气固材料相容性带电试验回路，带电试验回路中设有工频交流电源、设置在高低温试验箱上的高压套管和控制开关，工频交流电源、高压套管和控制开关串联连接。
具体地，构建环保气体环网柜中气固材料相容性带电试验回路，如图2至图4所示，该带电试验回路中设有工频交流电源、高压套管和控制开关，工频交流电源、高压套管和控制开关串联连接，也就是说，工频交流电源一端可通过控制开关与高低温试验箱上部的高压套管相连接，另一端可连接在高低温试验箱的壳体上并均接地，以便通过工频交流电源对环保气体环网柜施加电压。高压套管设置在高低温试验箱的顶部且穿设于高低温试验箱，高压套管设置在高低温试验箱内的端部可通过高压连接线与环保气体环网柜相连接，用于对环保气体环网柜施加电压，以便后续进行冷热循环试验、工频耐压和雷电冲击耐压试验；在本实施例中，带电试验回路中在工频交流电源与控制开关之间可设有保护电阻，用于限制试品击穿时的电流，保护试验变压器。其中，工频交流电源可以包括依次连接的交流380V电源、隔离变压器、调压器以及试验变压器，以提供可调交流电压，本实施例中用于提供50Hz交流试验电压。为便于检测环保气体环网柜上施加的电压，优选地，环保气体环网柜的两端可设有电压测量模块，用于进行电压测量，可以为阻容分压器。
气体充装步骤S2，向环保气体环网柜内充装C4F7N/CO2混合气体直至环保气体环网柜内的气压值达到预设气压值，并获取C4F7N/CO2混合气体的试验前混合比。
具体地，首先，向环保气体环网柜充装C4F7N/CO2混合气体，将环保气体环网柜内的气压值调整至预设气压值；其中，充装的C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比可以根据实际情况确定，可以充装额定混合比的C4F7N/CO2混合气体；混合比可以为对应气体的摩尔分数，即单位摩尔混合气体中对应气体成分的摩尔数。然后，可采用混合比仪器检测C4F7N/CO2混合气体中各气体的混合比即获取C4F7N/CO2混合气体的试验前混合比，并可采用水分检测仪器检测气体的微水含量，采用气相色谱质谱分析仪检测气体成分和含量，以便了解试验前气体的成分、含量、比例和微水含量等信息。
试验设置步骤S3，将环保气体环网柜整体放置到高低温试验箱中，调节带电试验回路的电源电压为环网柜额定电压，设置高低温试验箱的试验温度为预设高温。
具体地，首先，将环保气体环网柜整机放置于高低温试验箱中，并将环保气体环网柜顶部接线绝缘子通过高压连接线与高压套管相连接；然后，调节带电试验回路中的电源电压为环网柜额定电压，设置高低温试验箱的试验温度为预设高温。其中，试验电压为电网最高允许运行相电压的1.7倍，环网柜额定电压的电网最高允许运行相电压的1.7倍，故调整至电网最高允许运行相电压的1.7倍；预设高温可以为环保气体环网柜的固体材料分解的最低温度，即环保气体环网柜的各类固体材料分解的最低温度的最低值，本实施例中，其设为100℃，为环保气体环网柜的金属、环氧树脂和橡胶等固体材料分解的最低温度，当然亦可为根据实际情况确定的其他温度，本实施例中对其不做任何限定。其中，高低温试验箱用于提供气固相容性试验的不同温度环境，内部可放置环保气体环网柜试品，试验箱顶部装设用于引入工频试验电压的高压套管。
冷热循环试验步骤S4，对环保气体环网柜施加交流电压并对环保气体环网柜的环境温度进行加热以维持在预设高温，持续高温加压试验至第一预设时间段后，停止加压并降温以维持在预设低温，直至第二预设时间段后，重复进行加热降温，直至预设次数的冷热循环试验。
具体地，首先，可通过试验设置步骤S3设置好的带电试验回路和高低温试验箱，对环保气体环网柜施加交流电压并对环保气体环网柜的环境温度进行加热以维持在预设高温，即进行施加电压和升温联合作用，持续加压加温第一预设时间段；持续加压加温第一预设时间段后，关断电源，并通过高低温试验箱对环保气体环网柜的环境温度进行降温直至预设低温，并自关断电源降温起至第二预设时间段；其中，预设低温可以为环境温度，亦可为其他低于预设高位的温度，本实施例中对其不做任何限定；先加压加温再停止加压降温实现一次冷热循环，重复上述先加压加温再停止加压降温，如此反复，共进行预设次数的冷热循环试验，充分考核C4F7N气体的稳定性，及C4F7N/CO2气体与环保气体环网柜固体材料的相容性。其中，第一预设时间段和第二预设时间段均可以为12h，预设次数可以大于或等于180次，当然，亦可为其他时间段值或其他次数，本实施例中对其不做任何限定。
柜体检测步骤S5，冷热循环试验结束后，对环保气体环网柜内C4F7N/CO2混合气体间隙进行工频耐压和雷电冲击耐压试验，检测环保气体环网柜的工频耐压值和雷电冲击耐压值是否满足标准要求。
具体地，在冷热循环试验步骤S4中预设次数的冷热循环试验结束后，对环保气体环网柜内C4F7N/CO2混合气体间隙进行工频耐压和雷电冲击耐压试验，检测环保气体环网柜的工频耐压值和雷电冲击耐压值是否满足标准要求，还可检测工频下的局部放电量，以检验环网柜绝缘强度是否满足标准要求。
气体分析步骤S6，检测环保气体环网柜内的C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的试验后混合比，并与C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的试验前混合比进行比较，以确定C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比的降低比值。
具体地，首先，检查环保气体环网柜上设置的气压表的数值，并检测环保气体环网柜的C4F7N/CO2混合气体的混合比、微水含量和气体成分；然后，比较气体种类试验前后是否增加，水分含量和气体含量是否变化，并分析确定C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比在试验前后的降低比值，以获得实际运行中换气体环网柜采用的C4F7N/CO2气体与固体材料的相容规律，用于配置环网柜材料或优化结构设计，以确保运行设备气固相容且安全可靠。
分析判断步骤S7，当环保气体环网柜的工频耐压值或雷电冲击耐压值不满足标准要求，或C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比的降低比值大于预设降低比，判定环保气体环网柜中气固材料相容性不满足现场运行要求。
具体地，当环保气体环网柜的工频耐压值不满足标准要求，或环保气体环网柜的雷电冲击耐压值不满足标准要求，或C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比的降低比值大于预设降低比，则判定环保气体环网柜中气固材料相容性不满足现场运行要求。其中，C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比的降低值与试验前C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比之间的比例为降低比值；预设降低比可以为1％，亦可为其他值，本实施例中对其不做任何限定。
如下以12kV环保气体环网柜为例对该带电试验方法进行详细说明，该带电试验方法包括如下步骤：
预准备步骤S1，构建12kV环保气体环网柜中气固材料相容性带电试验回路，回路中有交流电源、带套管的高低温试验箱和控制开关，试验电源通过开关连接高低温试验箱的套管，电压施加在环网柜上。
气体充装步骤S2，向12kV环保气体环网柜充装C4F7N/CO2混合气体，额定气压为0.14MPa和额定混合比即C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的摩尔分数为10％，微水含量为120μL/L，未检测到其他气体成分；
试验设置步骤S3，将环保气体环网柜放置于高低温试验箱中，通过高低温试验箱上的高压套管在环网柜上施加交流电压12kV，设置高低温试验箱的试验温度为100℃。
冷热循环试验步骤S4，对环网柜施加交流电压和升温100℃联合作用，连续试验180天即180*24＝4320h，每天加压和升温12h，然后关断电源和降温至环境温度，如此反复，相邻两次升温加压之间间隔12h，共进行不少于180次的冷热循环。
柜体检测步骤S5，180次的冷热循环结束后，对环保气体环网柜进行了工频耐压和雷电冲击耐压试验，可测得气体间隙对地的工频耐压为42kV，雷电冲击耐压为75kV，工频局放量均满足标准要求；
气体分析步骤S6，测试环网柜的气压为0.14MPa，C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比为9.34％，微水含量为152μL/L，检测到了六氟丙烯、七氟丙烷等气体成分，总含量小于0.2％。
分析判断步骤S7，分析可知，环保气体环网柜通过了工频耐压和雷电冲击耐压试验，C4F7N/CO2混合气体的混合比降低了0.66％，未超过1％，判定环保气体环网柜中气固材料相容性达到了现场运行要求。
综上，本实施例提供的环网柜中气固材料相容性的带电试验方法，通过外加电压和温度的温升联合作用下完全模拟现场运行工况，可考核设备在长期运行中C4F7N气体稳定性，及C4F7N/CO2气体与环网柜中常用固体材料的相容性，即考核环保气体环网柜中气固材料相容性，优化产品设计满足运行需求，并可获得实际运行中换气体环网柜采用的C4F7N/CO2气体与固体材料的相容规律，用于配置环网柜材料或优化结构设计，以确保运行设备气固相容且安全可靠。
系统实施例：
本实施例中还提出了一种环网柜中气固材料相容性的带电试验系统，该系统包括：气体充装模块，用于获取环保气体环网柜内充装的C4F7N/CO2混合气体的试验前混合比；冷热循环试验模块，用于对环保气体环网柜施加交流电压并对环保气体环网柜的环境温度进行加热以维持在预设高温，持续高温加压试验至第一预设时间段后，停止加压并降温以维持在预设低温，直至第二预设时间段后，重复进行加热降温，直至预设次数的冷热循环试验；柜体检测模块，用于在冷热循环试验结束后，对环保气体环网柜内C4F7N/CO2混合气体间隙进行工频耐压和雷电冲击耐压试验，检测检测环保气体环网柜的工频耐压和雷电冲击耐压值是否满足标准要求；气体分析模块，用于检测环保气体环网柜内的C4F7N/CO22混合气体中C4F7N的试验后混合比，并与C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的试验前混合比进行比较，以确定C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比的降低比值；分析判断模块，用于当环保气体环网柜的工频耐压或雷电冲击耐压值不满足标准要求，或C4F7N/CO2混合气体中C4F7N的混合比的降低比值大于预设降低比，则判定环保气体环网柜中气固材料相容性不满足现场运行要求。
优选地，气体分析模块还用于检测环保气体环网柜上的气压值以判断气压变化，并检测环保气体环网柜的C4F7N/CO2混合气体的微水含量和气体成分，比较确定气体种类是否增加、水分含量和气体含量是否变化。
优选地，预设降低比为1％。
需要注意的是，上述带电试验系统和带电试验方法原理相同，相关之处可以相互参考。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。