一种GIS绝缘缺陷监测装置和系统
技术领域
本实用新型实施例涉及GIS缺陷检测领域，尤其涉及一种GIS绝缘缺陷监测装置和系统。
背景技术
气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)是输变电系统中的关键设备，一旦发生故障，将威胁电力系统的安全运行。GIS在运行电压、热、力等作用下的内绝缘时效老化和在生产、运输、调试装配、运行和检修过程产生或留下的各种潜伏性缺陷，会逐渐扩展致使内绝缘的电气强度下降而导致故障，因而GIS设备的内绝缘状态对GIS运维至关重要。
当SF6气体绝缘设备存在内部过热性绝缘缺陷时，会产生局部高温，造成 SF6气体分解，绝缘性能下降。利用现有技术不能实时准确监测GIS设备局部过热性缺陷，且不能有效检测出SF6气体分解组分。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种GIS绝缘缺陷监测装置和系统，以实现能够实时准确监测GIS设备局部过热性缺陷，且能够有效检测出SF6气体分解组分。从而达到对GIS设备进行故障诊断和状态评价的目的。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种GIS绝缘缺陷监测装置，包括电压调节模块、过热密闭气室、物理缺陷检测模块、温度计和质谱仪；
所述电压调节模块的输入端用于输入交流电，所述电压调节模块的输出端输出可调电压；
所述物理缺陷检测模块设置于所述过热密闭气室内，所述物理缺陷检测模块与所述电压调节模块的输出端电连接；
所述过热密闭气室壁上设置有采样口和检测口，所述质谱仪通过所述采样口检测所述过热密闭气室中气体组分，所述温度计通过所述检测口检测所述过热密闭气室内的温度。
可选的，所述GIS绝缘缺陷监测装置还包括限幅装置；
所述限幅装置串接于所述物理缺陷检测模块的供电回路中。
可选的，所述GIS绝缘缺陷监测装置还包括温度控制器和温度传感器；
所述温度控制器的输入端通过所述限幅装置与所述电压调节模块的输出端电连接，所述温度控制器的输出端与所述温度传感器的输入端电连接，所述温度传感器的输出端与所述温度计电连接。
可选的，所述物理缺陷检测模块包括电源线、热电偶和电热丝；
所述电热丝通过所述电源线与所述电压调节模块电连接，所述热电偶与所述电热丝电连接。
可选的，所述物理缺陷检测模块还包括信号引线；
所述信号引线的第一端与所述热电偶电连接，所述信号引线的第二端与所述温度传感器的输入端电连接。
可选的，所述物理缺陷检测模块与所述电压调节模块的输出端电连接，包括：
所述过热密闭气室壁上设置有电源线通孔，所述物理缺陷检测模块通过套管与所述电压调节模块的输出端电连接，所述套管贯穿所述电源线通孔。
可选的，所述电压调节模块包括调压器、第一电阻、第二电阻和分压电路；
所述调压器的输入端用于接入交流电压，所述调压器的第一输出端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述限幅装置电连接；
所述分压电路的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述分压电路的第二端和所述调压器的第二输出端接地。
可选的，所述分压电路包括第一电容和第二电容；
所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第一电容的第二端通过所述第二电容接地。
可选的，所述限幅装置包括第一二极管和第二二极管；
所述第一二极管和所述第二二极管反并联连接。
第二方面，本实用新型实施例提供了一种GIS缺陷监测系统，包括GIS绝缘缺陷监测装置，还包括放电气室和采样模块；
所述放电气室内设置有放电电极，所述放电电极与所述电压调节模块的输出端电连接；
所述采样模块的输入端与所述放电电极电连接，所述采样模块的输出端接地。
可选的，所述放电电极包括第一电极和第二电极；
所述第一电极为高压电极，所述第一电极与所述电压调节模块的输出端电连接；所述第二电极为接地电极；
所述放电电极包括针-板电极、同心球-碗电极或板-板电极中的至少一种。
可选的，所述放电气室壁上设置有采样孔，所述质谱仪通过所述采样孔检测所述放电气室中气体组分。
可选的，所述采样模块包括第三电容和第三电阻；
所述第三电容的第一端与所述第一电极的电压接收端电连接，所述第三电容的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端接地；
所述第三电阻与示波器并联。
本实用新型实施例提供的技术方案，采用物理缺陷检测模块模拟GIS设备的过热性缺陷，通过温度计和质谱仪对过热性缺陷进行实时监测，并检测SF6气体分解组分。本实用新型实施能够实时准确监测GIS设备局部过热性缺陷，且能够有效检测出SF6气体分解组分，从而达到对GIS设备进行故障诊断和状态评价的目的，便于将采集的数据形成诊断决策树。
附图说明
图1为本实用新型实施例一提供的一种GIS绝缘缺陷监测装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例一提供的另一种GIS绝缘缺陷监测装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例一提供的另一种GIS绝缘缺陷监测装置的结构示意图；
图4为本实用新型实施例一提供的另一种GIS绝缘缺陷监测装置的结构示意图；
图5为本实用新型实施例二提供的一种GIS缺陷监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本实用新型实施例一提供的一种GIS绝缘缺陷监测装置的结构示意图，参考图1，本实用新型实施例提供的GIS绝缘缺陷监测装置包括电压调节模块10、过热密闭气室20、物理缺陷检测模块30、温度计40和质谱仪50；
电压调节模块10的输入端A1用于输入交流电，电压调节模块10的输出端 A2输出可调电压；
物理缺陷检测模块30设置于过热密闭气室20内，物理缺陷检测模块30与电压调节模块10的输出端A2电连接；
过热密闭气室20壁上设置有采样口210和检测口220，质谱仪50通过采样口210检测过热密闭气室20中气体组分，温度计40通过检测口220检测过热密闭气室20内的温度。
其中，局部过热性缺陷为GIS设备在运行过程中，会出现接触不良、短路或磁饱和等缺陷，若不及时处理，则会造成GIS设备局部过热产生高温，在高温下，SF6气体发生分解，导致绝缘性能降低，严重的会造成GIS设备停止运行。本实用新型实施例采用物理缺陷检测模块30来模拟GIS设备局部过热性缺陷，过热密闭气室20为物理缺陷检测模块30提供密闭环境，保证SF6气体在发生过热分解时不受到空气的干扰。
具体的，电压调节模块10将交流电压转换为放电电极所需的试验电压，电压模块10输出的试验电压可调。例如，电压调节模块10可以是可调变压器，通过电压调节模块10调节施加在物理缺陷检测模块30以改变物理缺陷检测模块30的发热量。温度计40检测过热密闭气室20和物理缺陷检测模块30表面的实时温度，当物理缺陷检测模块30表面的温度达到SF6气体分解温度时，SF6气体发生过热分解，产生多种分解组分，通过质谱仪50可以检测出SF6气体的分解组分及含量。示例性的，物理缺陷检测模块30为GIS设备物理缺陷模型，用于检测GIS设备在局部过热性故障所产生的局部高温对SF6分解组分的影响。示例性的，参考图1，物理缺陷检测模块30可以由电压调节模块10进行供电，过热密闭气室20内置有物理缺陷检测模块30，过热密闭气室20用于为SF6分解提供密闭的环境，同时隔离外界环境对SF6分解产生影响，如空气中的微水微氧会对SF6分解以及分解组分的检测带来干扰。
可选的，图2为本实用新型实施例一提供的另一种GIS绝缘缺陷监测装置的结构示意图，在上述实施例的基础上，参考图2，GIS绝缘缺陷监测装置还包括限幅装置60；限幅装置60串接于物理缺陷检测模块30的供电回路中。
示例性的，物理缺陷检测模块30由电压调节模块10进行供电，限幅装置 60串接于物理缺陷检测模块30的供电回路中，限幅装置60用于限制输入电压的幅值，防止输入电压突变对物理缺陷检测模块30带来不可逆的损坏。限幅装置60也可以直接与市电电连接，用于限制市电电压的幅值，通过市电直接为物理缺陷检测模块30供电。
可选的，继续参考图2，GIS绝缘缺陷监测装置还包括温度控制器70和温度传感器80；
温度控制器70的输入端通过限幅装置60与电压调节模块10的输出端A2 电连接，温度控制器70的输出端与温度传感器80的输入端电连接，温度传感器80的输出端与温度计40电连接。
具体的，温度控制器70用来监测和控制物理缺陷检测模块30的实时温度，例如，温度控制器70可以由PID控制电路和显示屏构成，PID控制电路结合电压调节模块10来控制物理缺陷检测模块30表面的温度，并通过显示屏监测物理缺陷检测模块30表面的实时温度。温度传感器80设置于物理缺陷检测模块 30上，与物理缺陷检测模块30接触连接或电连接，用于直接检测物理缺陷检测模块30的温度。温度传感器80的输出端与温度计40连接，温度计40采集温度传感器80输出的温度信号，并将采集到的温度进行显示。例如，温度传感器80采集物理缺陷检测模块30表面的实时温度，并根据采集到的温度信号生成可用信号输出，可用信号可以是经过转换后的温度信号、电压信号、电流信号或者压强信号等，温度计40根据接收到的可用信号显示物理缺陷检测模块30表面温度和过热密闭气室20内的温度。
过热密闭气室20壁上设置有采样口210和检测口220，采样口210与质谱仪50管道连接，便于质谱仪50采集过热密闭气室20内SF6气体分解组分，检测口220与温度计40连接。质谱仪50为气相色谱质谱仪，用于检测在GIS设备在发生局部过热时SF6气体分解的组分，温度计40用于检测发生局部过热时物理缺陷检测模块30表面温度和过热密闭气室20内的温度，通过温度控制器 70调节温度，以实现采集不同温度下SF6气体分解组分，以及温度对SF6气体分解的影响等数据，便于将采集的数据形成诊断决策树，实现对GIS设备的绝缘缺陷进行诊断评估。
可选的，图3为本实用新型实施例一提供的另一种GIS绝缘缺陷监测装置的结构示意图，在上述实施例的基础上，参考图3，物理缺陷检测模块30包括电源线304、热电偶302和电热丝303；
电热丝303通过电源线304与电压调节模块10电连接，热电偶302与电热丝电303连接。
具体的，铁心301可以作为物理缺陷检测模块30的外壳，并模拟GIS设备发生过热故障时故障处的材质，例如，物理缺陷检测模块30的外壳为铁心301，内部填充氧化镁以实现良好的导热性，物理缺陷检测模块30的外壳两端可以用陶瓷进行封装，以保证物理缺陷检测模块30的密封性。电热丝302与电压调节模块10电连接，根据电压调节模块10输出电压的大小可以产生与输出电压相对应的热量，利用电热丝302产生的热量实现SF6气体的分解，通过质谱仪50 检测SF6气体的分解组分。热电偶303可以为K型热电偶，用于测量电热丝302 的温度，热电偶303可以由感温元件构成，利用热电偶的热电效应实现对电热丝302的温度进行测量。
可选的，继续参考图3，物理缺陷检测模30还包括信号引线305；
信号引线305的第一端与热电偶303电连接，信号引线305的第二端与温度传感器80的输入端电连接。
具体的，信号引线305用于将热电偶303测量到的电热丝302的温度通过温度传感器80输出至温度计40，由温度计40进行电热丝302温度的显示，电热丝302的温度即为物理缺陷检测模30表面温度。
可选的，继续参考图3，过热密闭气室20壁上设置有电源线通孔230，物理缺陷检测模块30通过套管与电压调节模块10的输出端A2电连接，套管贯穿电源线通孔230。套管可以保护电源线在电源线通孔中产生的磨损，保证供电回路的可靠性。
可选的，图4为本实用新型实施例一提供的另一种GIS绝缘缺陷监测装置的结构示意图，在上述实施例的基础上，参考图4，电压调节模块10包括调压器T1、第一电阻R1、第二电阻R2和分压电路110；
调压器T1的输入端用于接入交流电压，调压器T1的第一输出端与第一电阻R1的第一端电连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端电连接，第二电阻R2的第二端与限幅装置60电连接；
分压电路110的第一端与第一电阻R1的第二端电连接，分压电路110的第二端和调压器T1的第二输出端接地。
具体的，调压器T1可以调整输入交流电压，第一电阻R1为保护电阻，用于限制GIS设备在发生击穿或闪络时以及输入交流电压向分压电路110充电产生的过电流对GIS设备造成损坏，第二电阻R2为保护电阻，当GIS设备发生击穿时，用于保护温度控制器70。
可选的，继续参考图4，限幅装置60包括第一二极管D1和第二二极管D2；
第一二极管D1和第二二极管D2反并联连接。
其中，第一二极管D1和第二二极管D2反向并联，共同组成限幅电路，用于限制温度控制器70的输入电压。
可选的，分压电路110包括第一电容C1和第二电容C2。第一电容C1的第一端与第一电阻R1的第二端电连接，第一电容C1的第二端通过第二电容C2 接地。
具体的，第一电容C1和第二电容C2组成分压电路，将调压器T1输出的交流电压转换为低压交流电，第一电容C1和第二电容C2在进行电压转换的过程中不消耗能量，因此在交流信号电路中，采用电容进行分压。
本实用新型实施例提供的技术方案，通过采用物理缺陷检测模块模拟GIS 设备的过热性缺陷，通过温度计和质谱仪对过热性缺陷进行实时监测，并检测 SF6气体分解组分。本实用新型实施能够实时准确监测GIS设备局部过热性缺陷，且能够有效检测出SF6气体分解组分，从而达到对GIS设备进行故障诊断和状态评价的目的，便于将采集的数据形成诊断决策树。
实施例二
图5为本实用新型实施例二提供的一种GIS缺陷监测系统的结构示意图，在上述实施例的基础上，参考图5，GIS缺陷监测系统包括实施例一提供的GIS 绝缘缺陷监测装置，还包括放电气室90和采样模块100；
放电气室90内设置有放电电极，放电电极与电压调节模块10的输出端A2 电连接；
采样模块100的输入端与放电电极电连接，采样模块100的输出端接地。
具体的，局部放电为只在GIS设备局部区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间的放电现象，局部放电为GIS设备常见的一种缺陷。局部放电使 GIS设备中的SF6气体发生分解，本实用新型实施例采用放电电极模拟GIS设备局部放电。电压调节模块10将交流电压转换为放电电极所需的试验电压，电压模块10输出的试验电压可调。例如，电压调节模块10可以是可调变压器，通过电压调节模块10调节施加在放电电极上的试验电压以改变放电电极的放电强度，每一放电强度对应一放电量，通过采样模块100采集放电电极产生的电压脉冲信号，示波器接收电压脉冲信号，实现对放电气室90内放电量的实时监测，通过质谱仪50可以检测SF6气体分解组分，以得到不同试验电压下SF6气体分解组分，从而实现对GIS设备进行故障诊断和状态评价，其中，质谱仪50可以为气相色谱质谱仪。
可选的，采样模块100包括第三电容C3和第三电阻R3；
第三电容C3的第一端与第一电极的电压接收端电连接，第三电容C3的第二端与第三电阻R3的第一端电连接，第三电阻R3的第二端接地；示波器与第三电阻R3并联。
具体的，第三电容C3为耦合电容，用于将放电气室90内放电电极产生的局部放电脉冲电流耦合到第三电阻R3上，第三电阻R3为无感检测电阻，通过无感检测电阻可以将脉冲电流信号转换成相应的脉冲电压信号，示波器200接收脉冲电压信号，以实现对放电电极局部放电的实时监测，并对局部放电量进行标定。局部放电可以使GIS设备中的SF6气体发生分解，导致GIS设备的绝缘性能降低。通过电压调节模块10调整不同的施加电压，放电电极根据不同的施加电压产生的不均匀电场强度不同，导致局部放电量不同，从而通过质谱仪 50可以检测出放电气室90内SF6的分解组分。通过整合不同施加电压下SF6分解组分的数据，能够实现对GIS设备的绝缘缺陷进行诊断评估。
可选的，继续参考图5，放电气室90壁上设置有采样孔910，质谱仪50通过采样孔910检测放电气室90中气体组分。
继续参考图5，放电电极包括第一电极920和第二电极930。
第一电极920为高压电极，第一电极920与电压调节模块10的输出端A2 电连接；第二电极930为接地电极。放电电极包括针-板电极、同心球-碗电极或板-板电极中的至少一种。
具体的，第一电极920为高压放电电极，用于产生电场，第一电极920可以根据电压调节模块10输出的电压产生不同强度的电场，以获得不同的局部放电强度下SF6分解组分；第二电极930为接地电极，用于与第一电极920构成放电回路。
示例性的，第一电极920可以为针电极，第二电极930可以为板电极，针- 板电极可以用来模拟GIS设备的金属突出物绝缘缺陷。其中，金属突出物绝缘缺陷指的是电极上存在并可使局部电场发生畸变的异常凸起金属物，金属突出物缺陷通常是由于加工工艺、装配损伤、检修遗留及运行摩擦等原因造成。由于突出物端部的曲率半径小，导致电场畸变，形成局部强电场区域，使SF6气体分解，造成GIS设备绝缘强度降低，对设备运行安全构成严重威胁。例如，第一电极920的电极锥尖角为30°，曲率半径为0.3mm，第一电极可选用铝质或铜质材料，用于模拟高压导体上的突起点；第二电极930可选用铝质、铜质或不锈钢等材料的板电极，用于模拟GIS设备的金属腔体外壳。
示例性的，第一电极920可以为同心球电极，第二电极930可以为碗电极，同心球-碗电极用来模拟GIS设备的自由导电微粒缺陷，自由导电微粒是指在电极之间存在可在电场作用下自由跳动的金属微粒或碎屑。例如，第一电极920 可以采用不锈钢材质的同心球电极，第二电极930可以采用由不锈钢空心球体切割而成的碗电极；可以用铜质或铝质的微粒模拟自由导电微粒。碗电极可以限制自由导电微粒的跳动范围，防止微粒跳出电极而改变放电状态，使局部放电能够持续稳定进行。
示例性的，第一电极920可以为板电极，第二电极930也可以为板电极，用来模拟GIS设备绝缘子表面污秽缺陷，绝缘子表面污秽缺陷是指在固体绝缘表面附着的脏污，会吸附一定数量的金属微粒，这些金属微粒在电场力的作用下会不断聚集，如果聚集到一定程度会严重畸变固体绝缘子表面电场，从而激发局部放电。采用板-板电极在放电气室90内产生不均匀电场，固体绝缘子可以为圆柱形环氧树脂，固体绝缘子与板-板电极连接，用于支撑板-板电极。
本实用新型实施例提供的技术方案，通过电压调节模块为放电气室提供电压，通过采样模块和质谱仪采集并确定放电气室内SF6气体分解产物，能够准确识别GIS设备内部缺陷类型以及缺陷严重程度，通过采用物理缺陷检测模块、温度控制器和温度传感器，能够监测局部过热对GIS设备绝缘性能的影响，以及检测不同温度对SF6气体分解组分的影响。本实用新型实施例能够同时监测 GIS设备的局部放电绝缘缺陷和局部过热绝缘缺陷，实现了多种GIS缺陷的检测，便于将采集的数据形成诊断决策树，实现对GIS设备的绝缘缺陷进行诊断评估。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
