電氣設(shè)備局部過(guò)熱故障的模擬試驗(yàn)及檢測(cè)系統(tǒng)

劉 偉， 袁小芳， 朱 峰， 程 偉， 王 璁， 張 穎

(1. 國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院， 合肥 230022； 2. 華北電力大學(xué)高電壓與電磁兼容北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102206)

氣體絕緣組合開(kāi)關(guān)(gas insulated switchgear，GIS )和氣體絕緣輸電管道(gas insulated line，GIL)具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此其廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)輸變電系統(tǒng)中。然而在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備中母線(xiàn)接頭和刀閘觸頭等處接觸電阻增大、磁飽和和磁短路等鐵心損耗增大等缺陷及輸電線(xiàn)路過(guò)載，均會(huì)造成缺陷部位的熱穩(wěn)定性破壞，造成局部溫升異常，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生局部過(guò)熱性故障(partial over-thermal fault, POFPOT)[1-3]。長(zhǎng)期的POT造成裝備內(nèi)部金屬部件的機(jī)械強(qiáng)度顯著下降，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生塑變，導(dǎo)致突發(fā)故障或失去原有作用。同時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂(epoxy resin, EP)固體介質(zhì)在持續(xù)高溫下容易產(chǎn)生玻璃化、分解，造成固體絕緣介質(zhì)劣化，而氣體絕緣介質(zhì)也在高溫下將產(chǎn)生分解現(xiàn)象，形成大量有毒或腐蝕性氣體，進(jìn)而造成氣固絕緣系統(tǒng)的性能下降，導(dǎo)致突發(fā)性絕緣故障。金屬母線(xiàn)導(dǎo)體的連接部位因接觸不良導(dǎo)致POT時(shí)，接觸電阻增大而加劇POT，使得金屬導(dǎo)體連接處熔斷，最終導(dǎo)致停電事故[2]。現(xiàn)有工程實(shí)踐和研究工作中，常常采用檢測(cè)氣體產(chǎn)物特征組分的方法來(lái)判斷GIS或GIL中是否存在POT現(xiàn)象。通過(guò)建立可靠的特征氣體組分種類(lèi)、含量與POT嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)的關(guān)聯(lián)模型，診斷和評(píng)估裝備內(nèi)部的POT故障[1-2]。而在研究這類(lèi)關(guān)聯(lián)模型的過(guò)程中，若采用實(shí)際的GIS或GIL裝備，存在著試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)難度大、研究成本高等問(wèn)題。因此，為了獲得可靠的關(guān)聯(lián)模型，同時(shí)降低研究過(guò)程的難度，采用符合GIS或GIL裝備實(shí)際運(yùn)行狀況的POT模擬試驗(yàn)和檢測(cè)系統(tǒng)顯得尤為重要。

目前，根據(jù)GB/T 11022—2011[4]，氣體絕緣裝備的觸頭部分材質(zhì)為銅、銅合金及表面鍍銀等時(shí)，最高允許運(yùn)行溫度為105 ℃，因此當(dāng)設(shè)備內(nèi)部溫度點(diǎn)超過(guò)該溫度時(shí)定義為“局部過(guò)熱”。研究表明[5-6]，對(duì)于含母線(xiàn)接頭的氣體絕緣設(shè)備，導(dǎo)體對(duì)接深度不足引起接觸電阻急劇增大是造成裝備過(guò)熱性故障的直接原因，而導(dǎo)體接觸良好時(shí)接觸電阻為10～20 μΩ，隨著對(duì)接深度的減小至接觸失效，接觸電阻迅速增大至2～3倍。若裝備負(fù)荷電流考慮為最大4 kA，由接觸電阻引起的損耗功率約320～860 W。國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者研究了六氟化硫(SF6)的熱老化分解產(chǎn)物和分解路徑[7-9]，受研究手段的限制，結(jié)論準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步驗(yàn)證，對(duì)于SF6的起始分解溫度至今尚未形成一致的結(jié)論。近年來(lái)，一些學(xué)者開(kāi)展了SF6氣體過(guò)熱分解的研究，認(rèn)為SF6與金屬材料和固體絕緣材料接觸時(shí)在200 ℃時(shí)已經(jīng)發(fā)生不可逆的分解，400 ℃時(shí)氣體完全分解[1-2,10]。然而目前國(guó)內(nèi)外已有的POT模擬平臺(tái)仍然存在一些不足，例如模擬局部過(guò)熱的溫度較低，無(wú)法滿(mǎn)足如C4F7N等環(huán)保型絕緣氣體較高分解溫度研究需求(625 ℃下C4F7N完全分解[11-12])；模擬局部過(guò)熱缺陷的元件功率較低(一般為數(shù)十瓦)，與裝備實(shí)際故障功率相差較大[10]；氣固絕緣系統(tǒng)局部過(guò)熱故障研究中，傳感器檢測(cè)到的過(guò)熱溫度是發(fā)熱體內(nèi)部溫度，而非氣固界面溫度[1-2]。

因此，現(xiàn)設(shè)計(jì)研制了GIS/GIL局部過(guò)熱故障的改進(jìn)型模擬試驗(yàn)和檢測(cè)系統(tǒng)，首先根據(jù)局部發(fā)熱功率計(jì)算模擬發(fā)熱體和電源的功率參數(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)溫度測(cè)控系統(tǒng)，搭建模擬試驗(yàn)和檢測(cè)系統(tǒng)，最后通過(guò)對(duì)局部過(guò)熱缺陷模型的實(shí)際發(fā)熱功率、溫度測(cè)控及氣體分解產(chǎn)物組分進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證該系統(tǒng)的適用性和可靠性。通過(guò)研制改進(jìn)型氣體絕緣電氣設(shè)備局部過(guò)熱性故障模擬試驗(yàn)和檢測(cè)系統(tǒng)，旨在提升基于氣體分解產(chǎn)物的電氣設(shè)備故障診斷研究水平，有助于電力工業(yè)制定更為準(zhǔn)確的設(shè)備運(yùn)維策略。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

GIS/GIL局部過(guò)熱故障模擬試驗(yàn)平臺(tái)主要包括試驗(yàn)腔體、POT缺陷模型、比例-積分-微分(proportion integral differential，PID)溫度控制系統(tǒng)和氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用儀，如圖1所示。

圖1 局部過(guò)熱故障模擬試驗(yàn)平臺(tái)Fig.1 Overheating decomposition test platform

試驗(yàn)腔體為252 kV交流GIS的一段，外殼材質(zhì)為鋼，內(nèi)直徑為500 mm，容積約為125 L，耐受氣壓為1.0 MPa。腔體外側(cè)壁裝有高精度數(shù)字氣壓表以及充、放氣口，腔體的上、下法蘭采用矩形密封槽并配合O形橡膠圈以保證腔體氣密性。

POT缺陷模型以高熔點(diǎn)的鎳鉻合金作發(fā)熱體，置于試驗(yàn)腔體內(nèi)部中心位置；若研究氣體和環(huán)氧樹(shù)脂材料的局部過(guò)熱劣化特性，還可將發(fā)熱體與環(huán)氧樹(shù)脂材料按照?qǐng)D2的方式布置。為了提高對(duì)POT缺陷模型與氣體接觸面溫度測(cè)量的響應(yīng)速度及檢測(cè)精度，將貼片式熱電偶緊密固定于POF物理缺陷模型外殼表面。

圖2 局部過(guò)熱缺陷物理模型(涉及環(huán)氧樹(shù)脂)Fig.2 Physical model of local overheating defect (epoxy resin involved)

為了使得發(fā)熱體能夠長(zhǎng)時(shí)間保持在故障溫度設(shè)定值附近，建立了一套基于PID方法的溫度控制系統(tǒng)，主要由功率加熱回路、溫度控制回路和數(shù)據(jù)采集回路三部分構(gòu)成，如圖3所示。

圖3 溫度控制系統(tǒng)Fig.3 The temperature control system

氣體檢測(cè)儀器為安捷倫5875/7890A色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)，按照文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[13]中的檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

1.1 發(fā)熱體功率參數(shù)計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)有研究成果[14]，當(dāng)GIS或GIL中母線(xiàn)等部件之間接觸電阻大于140 μΩ時(shí)，局部高溫區(qū)域的溫度能夠達(dá)到607 ℃以上，被認(rèn)為是設(shè)備嚴(yán)重缺陷事故。為了在模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中滿(mǎn)足這一點(diǎn)，需要計(jì)算所需模擬發(fā)熱體功率。

考慮設(shè)備和人員安全，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T11022—2011的規(guī)定，取腔體外殼允許的最高工作溫度為70 ℃。將腔體簡(jiǎn)化為垂直圓柱體結(jié)構(gòu)。密閉氣室及缺陷模型均為固體介質(zhì)向周?chē)h(huán)境(氣體)散熱，主要包括輻射散熱及對(duì)流散熱，分別進(jìn)行輻射散熱和對(duì)流散熱功率理論計(jì)算。

根據(jù)Stefan-Boltzmann定律，物體表面溫度為T(mén)時(shí)對(duì)環(huán)境的輻射散熱功率Qr由式(1)計(jì)算：

(1)

式(1)中：ε為黑體輻射系數(shù)，取0～1；σ為常數(shù)，5.669 7×10-8W/(m2·K4)；A為發(fā)熱物體的表面積；T為物體表面溫度;T0為環(huán)境溫度，K。

物體表面溫度ts高于環(huán)境氣溫t0時(shí)，通過(guò)式(2)計(jì)算可得高溫物體的定性溫度tm[15]：

tm=(ts+t0)×0.5

(2)

然后通過(guò)式(3)計(jì)算環(huán)境氣體的葛拉曉夫數(shù)Grm：

(3)

式(3)中：l為發(fā)熱物體特性尺寸，m；vm為氣體運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；g為重力加速度，9.8 m/s；β為氣體膨脹系數(shù)，β=1/tm。故高溫物體的自然對(duì)流平均換熱系數(shù)Num為

Num=C(GmPrf)M

(4)

式(4)中：Prf為Prandtl數(shù);C和M為與傳熱體形狀相關(guān)的常數(shù)[15]。由式(5)計(jì)算高溫物體表面對(duì)流散熱功率Qc：

(5)

式(5)中：λm為氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

簡(jiǎn)化計(jì)算腔體對(duì)周?chē)諝獾妮椛涔β剩∏惑w表面發(fā)熱率ε為0.6，當(dāng)T為70 ℃(343 K)、T0為20 ℃時(shí)A為1.7 m2，輻射功率Qr為374.0 W。計(jì)算腔體對(duì)環(huán)境空氣的對(duì)流散熱功率，取l為0.6 m；20 ℃干燥空氣的vm為1.502×10-5m2/s，Prf為0.703，C為0.59，M為0.25，λm為2.593×10-2W/m·K，獲得Qc為388.1 W。最終密閉腔體對(duì)周?chē)h(huán)境的散熱功率Qb=Qc+Qr=762.1 W。

計(jì)算POF元件對(duì)密閉腔體內(nèi)SF6氣體的輻射功率，取發(fā)熱體輻射系數(shù)為0.45，發(fā)熱體溫度為660 ℃(極限模擬溫度)，輻射功率為300.9 W。計(jì)算對(duì)流散熱功率時(shí)，取l為0.02 m，氣壓為0.4 MPa、20 ℃時(shí)SF6的vm為5.972×10-7m2/s，Prf為0.799 4，C為0.53，M為0.25，λm為0.0127 W/m·K，獲得Qc為394.7 W。最終POT元件對(duì)周?chē)h(huán)境的散熱總功率為694.6 W。POT缺陷模型在極限工作溫度下對(duì)實(shí)驗(yàn)氣體的散熱功率小于密閉氣室腔體外壁的極限散熱功率，故密閉腔體溫度不會(huì)超過(guò)最高允許溫度70 ℃，滿(mǎn)足安全要求。

因此，結(jié)合發(fā)熱體的不同規(guī)格，最終選定額定功率800 W的發(fā)熱體。由此，可進(jìn)一步可以計(jì)算控制發(fā)熱體電流的調(diào)壓器參數(shù)，當(dāng)發(fā)熱體全功率運(yùn)行時(shí)負(fù)載電流為3.2 A，阻性負(fù)載余量系數(shù)為3，故選擇額定電流10 A的調(diào)壓器，額定容量為3 kVA。

1.2 其他參數(shù)

采用發(fā)熱體作為局部過(guò)熱源，高熔點(diǎn)的鎳鉻合金作發(fā)熱絲，不銹鋼材料外包，長(zhǎng)度為250 mm，直徑20 mm，最大發(fā)熱功率約800 W。

調(diào)壓器額定功率為3 kVA，最大輸出電壓為250 V，額定電流為10 A。

溫控回路包括CDKU-50-24型直流開(kāi)關(guān)電源、固態(tài)繼電器控制側(cè)、PID控制器和熱電偶串聯(lián)構(gòu)成。KCM-9型控制器的溫度采樣每秒8次，控制周期為2 s，輸入K型溫度信號(hào)為-30～1 300 ℃，分辨率為0.1 ℃，輸出選用12 V固態(tài)繼電器控制信號(hào)；固態(tài)繼電器采用Delixi公司的CDG1-1DA/40A，負(fù)載電流達(dá)40 A，負(fù)載電壓為12～480 V，通斷時(shí)間≤10 ms，通態(tài)壓降≤1.6 V，斷態(tài)漏電流≤5 mA；K型熱電偶采用純銅鍍銀材質(zhì)墊片提高響應(yīng)速度和測(cè)溫精度，內(nèi)孔徑為6 mm，測(cè)溫范圍為0～800 ℃，傳感線(xiàn)采用外層金屬屏蔽，內(nèi)層采用玻璃纖維隔絕高溫。溫度控制系統(tǒng)以發(fā)熱體外表面溫度的實(shí)測(cè)值和設(shè)定值的差值作為輸入信號(hào)，通過(guò)PID控制器輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)以控制固態(tài)繼電器的通斷，從而控制串聯(lián)發(fā)熱體的電流通斷，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度無(wú)差調(diào)節(jié)和控制。

2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)前完成實(shí)驗(yàn)腔體內(nèi)部清潔、密封、洗氣、充氣及靜置等操作[13]。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前將調(diào)壓器旋鈕至于零位，加熱棒發(fā)熱功率為零，再接通直流開(kāi)關(guān)電源為PID控制器供電，待表面初始溫度示數(shù)穩(wěn)定后修改控制器的溫度設(shè)定值和PID控制參數(shù)，再粗調(diào)調(diào)壓器輸出電壓，控制發(fā)熱體表面溫度在10 min內(nèi)升至設(shè)定值，觀察溫度實(shí)測(cè)值的波動(dòng)趨勢(shì)，細(xì)調(diào)調(diào)壓器旋鈕以盡量減小顯示溫度波動(dòng)，記錄此時(shí)發(fā)熱體的電流和兩端電壓值。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后每隔一定時(shí)間通過(guò)六通閥采集200 μL氣體樣品進(jìn)行定量檢測(cè)，每個(gè)樣本結(jié)果取3次檢測(cè)的平均值。定性采用Scan方式，采樣頻率為4；定量采用單離子檢測(cè)掃描(single ion monitoring, SIM)方式，由標(biāo)準(zhǔn)氣體獲得各組分的定量校正曲線(xiàn)。所采用的實(shí)驗(yàn)氣體SF6、N2和CO2氣體純度均為99.999%，C4F7N氣體為美國(guó)3M公司生產(chǎn)，純度為99.5%。

3 測(cè)試結(jié)果及分析

3.1 溫度控制測(cè)試

為研究POT下絕緣氣體及環(huán)氧樹(shù)脂固體的劣化分解特性及機(jī)制，準(zhǔn)確控制氣體絕緣裝備內(nèi)POT溫度成為關(guān)鍵所在。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于PID控制方法，以故障點(diǎn)實(shí)測(cè)溫度y(t)和設(shè)定溫度w(t)的差值e(t)作為輸入信號(hào)，有

e(t)=w(t)-y(t)

(6)

控制原理[16]為

(7)

式(7)中：Kp、Ti和Td分別為比例、積分和微分參數(shù)。

采用衰減曲線(xiàn)法整定PID參數(shù)，步驟如下：①純比例控制，取Kp較小值，投入系統(tǒng)；②系統(tǒng)穩(wěn)定后，做定值階躍擾動(dòng)，觀察溫度響應(yīng)，調(diào)整Kp至溫度出現(xiàn)4∶1衰減震蕩，記下Ks與震蕩周期Ts值(Tr，10∶1衰減震蕩)；③利用表1的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算整定參數(shù)；④根據(jù)實(shí)際對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。最終整定結(jié)果，Kp=600，Ti=100，Td=20。

表1 PID參數(shù)整定Table 1 PID parameter tuning

試驗(yàn)充入5%C4F7N/95%CO2氣體，總氣壓為0.25 MPa，故障涉及EP固體，環(huán)境溫度約20 ℃，試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為8 h。試驗(yàn)溫度分別為105 ℃(EP玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)、279 ℃(EP熔融溫度)、400 ℃(EP完全分解溫度)、625 ℃(C4F7N氣體分解溫度)時(shí)加熱體外殼表面溫升曲線(xiàn)如圖4所示。從圖4中可以看出，試驗(yàn)溫度為105、279、400 ℃時(shí)，加熱棒的溫度曲線(xiàn)波動(dòng)非常小，控制精度不超過(guò)±1 ℃；即使試驗(yàn)溫度為625 ℃，接近設(shè)計(jì)極限，加熱棒溫度開(kāi)始迅速上升后速率減小，呈現(xiàn)出飽和趨勢(shì)。由于系統(tǒng)慣性，加熱棒最高溫度達(dá)640 ℃，超調(diào)15 ℃，但加熱過(guò)程中密閉腔體外殼散熱小于內(nèi)部發(fā)熱功率，熱量累積導(dǎo)致電流開(kāi)斷時(shí)間增長(zhǎng)，調(diào)壓器輸出功率減小，最終溫度穩(wěn)定在620 ℃左右，波動(dòng)范圍接近±5 ℃。

圖4 實(shí)測(cè)溫升曲線(xiàn)Fig.4 Measured temperature rise curve

3.2 模擬功率檢測(cè)

試驗(yàn)平臺(tái)功率加熱回路采用50 Hz交流電壓，發(fā)熱體可視為純電阻元件，因此實(shí)測(cè)POT下發(fā)熱體功率P為

P=UIη

(8)

式(8)中：U、I和η分別為回路導(dǎo)通時(shí)缺陷模型兩端電壓有效值、回路電流有效值和導(dǎo)通占空比。

C4F7N/CO2氣體實(shí)驗(yàn)條件同3.1節(jié)，在實(shí)驗(yàn)中每隔1 h測(cè)量U、I以及η。采用泰克TBS1102型示波器測(cè)量電壓波形，通過(guò)區(qū)分統(tǒng)計(jì)回路通斷時(shí)電壓峰值獲得導(dǎo)通占空比，示波器采樣率為1 GS/s，記錄長(zhǎng)度為2.5 k點(diǎn)；采用UT201型鉗式電流表測(cè)量回路電流，檔位20 A，誤差不超過(guò)1.5%。圖5為400 ℃和625 ℃時(shí)的U、I變化曲線(xiàn)。可以發(fā)現(xiàn)在加熱過(guò)程中U、I隨實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)的波動(dòng)不超過(guò)±1%，現(xiàn)取各自平均值，后續(xù)實(shí)驗(yàn)取一次檢測(cè)值即可。400 ℃時(shí)導(dǎo)通占空比為65.41%，625 ℃時(shí)近似100%，計(jì)算獲得400、625 ℃時(shí)發(fā)熱體發(fā)熱功率分別為539.5、790.5 W，波動(dòng)不超過(guò)±1.5%。實(shí)測(cè)發(fā)熱體的輸出功率與實(shí)際GIS/GIL局部過(guò)熱嚴(yán)重故障時(shí)的功率(860 W)接近。

圖5 400 ℃和625 ℃時(shí)U、I變化情況Fig.5 U and I at 400 ℃ and 625 ℃

3.3 氣體檢測(cè)測(cè)試

利用上述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中測(cè)試了SF6/N2氣體、環(huán)保絕緣氣體C4F7N/CO2、以及C4F7N/CO2與環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成的氣固絕緣系統(tǒng)在局部過(guò)熱條件下的分解特性。

新型環(huán)保氣體C3F7CN/CO2的分解組分缺乏標(biāo)準(zhǔn)氣體，難以開(kāi)展定量檢測(cè)。柱箱溫度初始為30 ℃，保持5 min后以3 ℃/min上升至200 ℃后保持5 min。試驗(yàn)溫度625 ℃、試驗(yàn)1 h時(shí)C4F7N/CO2氣體分解的色譜定性結(jié)果如圖6(a)所示，對(duì)C4F7N/CO2與環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成的氣固絕緣系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果如圖6(b)所示。不涉及環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)C4F7N/CO2氣體分解產(chǎn)物主要為C2F4、C2F6、C3F8、CF3CN、C3F6、C4F8、C7F16、CNCN等；氣固絕緣系統(tǒng)的分解組分主要為CF4、C2F4、CF3H、C3F8、CF3CN、C3F6、C6F14、CNCN和C3F3H3等。由此可以發(fā)現(xiàn)，與已有研究成果相比，本系統(tǒng)能夠在較短時(shí)間內(nèi)使得氣體或氣固系統(tǒng)產(chǎn)生局部過(guò)熱條件下的分解現(xiàn)象，可以縮短研究所需時(shí)間。

圖6 C4F7N/CO2氣體色譜圖Fig.6 The chromatogram of C3F7CN/CO2 gas

對(duì)于工程常用SF6/N2氣體，柱箱溫度初始40 ℃，保持5 min后以10 ℃/min上升至200 ℃，特征離子駐留時(shí)間為50 ms。根據(jù)文獻(xiàn)[1-2]，SF6/N2氣體可能的分解產(chǎn)物包括SO2F2、SO2、H2S、NF3、N2O、CF4、CO2、COS和CS2等，這些組分的出峰時(shí)間如圖7所示。圖8為過(guò)熱溫度400 ℃、10 h下SF6/N2氣體分解特性，氣體配比為60∶40，總氣壓為0.4 MPa，故障不涉及環(huán)氧樹(shù)脂。由此可以看出，本系統(tǒng)在模擬氣體局部過(guò)熱條件下分解時(shí)，隨著試驗(yàn)時(shí)間增長(zhǎng)，氣體產(chǎn)物生成速率較為線(xiàn)性，說(shuō)明系統(tǒng)發(fā)熱輸出功率較為穩(wěn)定。

圖7 SF6/N2氣體分解組分的保留時(shí)間Fig.7 The retention time of decomposition components of SF6/ N2 gas

圖8 SF6/N2局部過(guò)熱分解特性Fig.8 The POT decomposition characteristics of SF6/N2

4 結(jié)論

試制了一套GIS/GIL設(shè)備局部過(guò)熱故障模擬試驗(yàn)和檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)局部過(guò)熱故障模擬以及氣體分氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)。

(1)本文系統(tǒng)中POT溫度具有良好的可控性和穩(wěn)定性；400 ℃時(shí)元件表面溫度波動(dòng)±1 ℃，625 ℃溫度元件波動(dòng)不大于±5 ℃；系統(tǒng)可耐受至少10 h局部過(guò)熱故障，同時(shí)保持模擬故障元件的電壓、電流波動(dòng)不超過(guò)±1%；系統(tǒng)最大輸出功率接近800 W且可長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，波動(dòng)不大于±1.5%。

(2)本文平臺(tái)能較好地模擬溫度660 ℃以下、故障發(fā)熱功率800 W以下的GIS/GIL局部過(guò)熱故障，相比與已有實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，在故障部件表面溫度、故障發(fā)熱功率兩個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)，模擬效果接近氣體絕緣裝備的實(shí)際狀況。

(3)400 ℃下SF6/N2氣體的分解產(chǎn)氣為SO2F2、SO2、H2S、NF3、N2O、CF4、CO2、COS和CS2等，且產(chǎn)氣速率隨時(shí)間基本呈線(xiàn)性增長(zhǎng)；625 ℃下C4F7N/CO2氣體分解產(chǎn)生C2F4、C2F6、C3F8、CF3CN、C3F6、C4F8、C7F16、CNCN等，涉及環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)產(chǎn)生CF4、C2F4、CF3H、C3F8、CF3CN、C3F6、C6F14、CNCN和C3F3H3等組分。實(shí)測(cè)結(jié)果也驗(yàn)證了本系統(tǒng)的可靠性。