一種混合氣體擊穿電壓檢測裝置及預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣體放電領(lǐng)域，具體涉及一種混合氣體擊穿電壓檢測裝置及預(yù)測方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自20世紀(jì)60年代開始，SF6氣體因具有較高的耐電強(qiáng)度和優(yōu)良的滅弧性能被廣泛 地使用在氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)、氣體斷路器(GCB)、氣體絕緣變壓器、氣體輸電 管線(GIL)中。然而，SF 6在實際應(yīng)用中也存在一些不足之處:SF6氣體在壓力較大，環(huán)境溫度 過低的情況下容易液化;SF 6氣體的大量使用會對全球的溫室效應(yīng)產(chǎn)生影響，在《京都議定 書》中，SF6被列為受限制的六種溫室氣體之一，其全球變暖系數(shù)(GWP)是C0 2氣體的23900倍。 長期以來，人們?yōu)閷ふ襍F6的替代氣體進(jìn)行了大量研究，但尚未發(fā)現(xiàn)一種在絕緣性能和滅弧 性能方面可以完全替代SF 6的氣體，短期解決SF6溫室效應(yīng)的方法是降低其在電力系統(tǒng)中的 用量，如使用SF6/N2、SF 6/CF4混合氣體等。目前，對混合氣體在高壓開關(guān)中的應(yīng)用還處于理 論探索階段，特別是針對混合氣體擊穿特性的問題還有待進(jìn)一步研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種混合氣體擊穿電壓檢測裝置及預(yù)測方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0005] -種混合氣體擊穿電壓檢測裝置，包括：
[0006] 高壓電源產(chǎn)生裝置和若干混合氣體擊穿電壓檢測單元；
[0007] 混合氣體擊穿電壓檢測單元包括氣體密封系統(tǒng)、阻容分壓器、開關(guān)、開關(guān)動作控制 系統(tǒng)和示波器；
[0008] 氣體密封系統(tǒng)包括:封閉室、氣體充放及回收裝置、正電極、負(fù)電極;正電極、負(fù)電 極設(shè)置在封閉室內(nèi)，正電極、負(fù)電極之間的距離可調(diào)，封閉室通過氣管連接氣體充放及回收 裝置一端；
[0009] 氣體密封系統(tǒng)的正電極、負(fù)電極分別與高壓電源產(chǎn)生裝置的正輸出端、負(fù)輸出端 連接；
[0010] 各氣體密封系統(tǒng)與高壓電源產(chǎn)生裝置正輸出端的連接線路上連接有開關(guān)動作控 制系統(tǒng)；
[0011] 氣體密封系統(tǒng)與開關(guān)動作控制系統(tǒng)的連接線路上連接有開關(guān)；
[0012] 阻容分壓器的高壓端連接至高壓電源產(chǎn)生裝置與開關(guān)的連接線路上，阻容分壓器 的低壓端連接示波器，阻容分壓器的接地端接地。
[0013] 所述高壓電源產(chǎn)生裝置包括：電容、二極管、第二電阻、變壓器、調(diào)壓器、工頻交流 電源；
[0014] 工頻交流電源連接調(diào)壓器，調(diào)壓器連接變壓器的原線圈，變壓器的副線圈一端連 接第二電阻一端，變壓器的副線圈一端與電容一端連接后作為高壓電源產(chǎn)生裝置的負(fù)輸出 端，第二電阻另一端連接二極管正極，二極管負(fù)極與電容另一端連接后作為高壓電源產(chǎn)生 裝置的正輸出端。
[0015] 所述開關(guān)動作控制系統(tǒng)包括:電流互感器、比較環(huán)節(jié)、第三電阻；
[0016] 電流互感器的輸入端接至氣體密封系統(tǒng)與高壓電源產(chǎn)生裝置正輸出端的連接線 路，電流互感器的輸出端經(jīng)第三電阻連接至比較環(huán)節(jié)的輸入端，比較環(huán)節(jié)的輸出端連接開 關(guān)。
[0017] 所述氣體密封系統(tǒng)還包括:氣瓶、氣閥、真空表、氣壓表；
[0018] 氣體充放及回收裝置另一端連接氣瓶，氣體充放及回收裝置與封閉室連接的氣管 中設(shè)置有氣閥，并安裝有真空表和氣壓表。
[0019] 所述正電極、負(fù)電極采用平板電極、棒-板電極或針-板電極。
[0020] 所述高壓電源產(chǎn)生裝置正輸出端與阻容分壓器高壓端的連接線路上連接有用于 保護(hù)線路的第一電阻。
[0021] 利用所述的混合氣體擊穿電壓檢測裝置進(jìn)行混合氣體擊穿電壓預(yù)測的方法，包 括：
[0022]步驟1:調(diào)節(jié)封閉室內(nèi)正電極與負(fù)電極之間的距離；
[0023] 步驟2:利用氣體充放及回收裝置除去封閉室內(nèi)殘余的氣體；
[0024] 步驟3:開關(guān)閉合狀態(tài)下，按照所需混合氣體的不同配比向各封閉室內(nèi)充氣；
[0025] 步驟4:利用高壓電源產(chǎn)生裝置對各氣體密封系統(tǒng)的封閉室中的正電極與負(fù)電極 之間施加持續(xù)升高的電壓；
[0026] 步驟5:當(dāng)封閉室中的正電極與負(fù)電極間隙擊穿時，開關(guān)動作控制系統(tǒng)工作，線路 中的開關(guān)斷開；
[0027] 步驟6:此時的擊穿電壓經(jīng)阻容分壓器降壓后在示波器中顯示；
[0028]步驟7:重復(fù)步驟4~6,至所有封閉室內(nèi)的正電極、負(fù)電極均被擊穿，高壓電源產(chǎn)生 裝置停止供電；
[0029 ]步驟8:采用氣體充放及回收裝置抽出混合氣體；
[0030] 步驟9:將檢測到的混合氣體配比及擊穿電壓組成的數(shù)據(jù)作為混合氣體擊穿電壓 預(yù)測的樣本數(shù)據(jù)，預(yù)測混合氣體不同配比時的擊穿電壓；
[0031] 步驟9.1:建立以樣本數(shù)據(jù)中的混合氣體配比為輸入、擊穿電壓為輸出的支持向量 機(jī)回歸預(yù)測模型；
[0032] 步驟9.1.1:將樣本數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)映射到高維特征空間，并在高維特征空間中構(gòu)造 支持向量機(jī)回歸預(yù)測模型；
[0033] 步驟9.1.2:根據(jù)風(fēng)險函數(shù)得到支持向量機(jī)回歸預(yù)測模型中的參數(shù)；
[0034] 步驟9.1.3:選擇核函數(shù)，得到最終的支持向量機(jī)回歸預(yù)測模型。
[0035] 步驟9.2:進(jìn)行混合氣體不同配比時的擊穿電壓的預(yù)測，得到混合氣體不同配比時 的擊穿電壓預(yù)測結(jié)果。
[0036] 有益效果：
[0037]本發(fā)明通過搭建包含并行的混合氣體擊穿電壓檢測單元的混合氣體擊穿電壓檢 測裝置，測得不同配比下的擊穿電壓，提高檢測效率。建立以樣本數(shù)據(jù)中的混合氣體配比為 輸入、擊穿電壓為輸出的支持向量機(jī)回歸預(yù)測模型，預(yù)測混合氣體不同配比時的擊穿電壓， 能夠大量減少混合氣體擊穿電壓實驗的工作量，提高工作效率，降低實驗成本。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本發(fā)明實施例1的混合氣體擊穿電壓檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖2是本發(fā)明實施例1的氣體密封系統(tǒng)置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖3是本發(fā)明實施例1的高壓電源產(chǎn)生裝置電路原理圖；
[0041] 圖4是本發(fā)明實施例1的開關(guān)動作控制系統(tǒng)電路原理圖；
[0042] 圖5是本發(fā)明實施例2的混合氣體擊穿電壓預(yù)測的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細(xì)說明。
[0044] 實施例1
[0045] -種混合氣體擊穿電壓檢測裝置，如圖1所示，包括：
[0046] 高壓電源產(chǎn)生裝置和若干混合氣體擊穿電壓檢測單元；
[0047] 混合氣體擊穿電壓檢測單元包括氣體密封系統(tǒng)、用于測量瞬態(tài)高電壓的阻容分壓 器、開關(guān)、開關(guān)動作控制系統(tǒng)和用于顯示阻容分壓器低壓端輸出電壓的示波器；
[0048] 如圖2所示，氣體密封系統(tǒng)包括:封閉室1、向封閉室內(nèi)充氣和抽真空的氣體充放及 回收裝置2、正電極3、負(fù)電極4;封閉室為圓柱形，地面直徑100mm，高1000mm，側(cè)壁由有機(jī)玻 璃構(gòu)成，正電極3、負(fù)電極4采用平板電極、棒-板電極或針-板電極，電極的邊緣有10°的倒角 以防止邊緣效應(yīng)。正電極3、負(fù)電極4設(shè)置在封閉室1內(nèi)，正電極3、負(fù)電極4之間的距離可調(diào)， 可以通過封閉室上方的調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)，封閉室1通過氣管連接氣體充放及回收裝置2-端；
[0049] 氣體密封系統(tǒng)還包括:氣瓶5、氣閥6、用于測量封閉室內(nèi)的真空度的真空表7、用于 測量混合氣體的氣壓的氣壓表8;氣體充放及回收裝置2另一端連接氣瓶5,氣體充放及回收 裝置2與封閉室1連接的氣管中設(shè)置有氣閥6,并安裝有真空表7和氣壓表8。真空表的型號為 Z100，測量范圍為-0.1 MPa~OMPa，所述氣壓表的型號為Y100，測量范圍為OMPa~2.5MPa。所 述氣閥的型號為Q91SAF-64。
[0050] 氣體密封系統(tǒng)的正電極3、負(fù)電極4分別與高壓電源產(chǎn)生裝置的正輸出端、負(fù)輸出 端連接；
[0051] 各氣體密封系統(tǒng)與高壓電源產(chǎn)生裝置正輸出端的連接線路上連接有開關(guān)動作控 制系統(tǒng)；
[0052]氣體密封系統(tǒng)與開關(guān)動作控制系統(tǒng)的連接線路上連接有開關(guān)Di，i = l，2,……η;
[0053]阻容分壓器的高壓端連接至高壓電源產(chǎn)生裝置與開關(guān)的連接線路上，阻容分壓器 的低壓端連接示波器，阻容分壓器的接地端接地。
[0054]高壓電源產(chǎn)生裝置正輸出端與阻容分壓器高壓端的連接線路上連接有用于保護(hù) 線路的第一電阻，第一電阻采用水電阻。
[0055]如圖3所示，高壓電源產(chǎn)生裝置包括：電容、二極管、用于保護(hù)線路的第二電阻、用 于升高電壓的變壓器、用于調(diào)節(jié)工頻交流電源輸出電壓的調(diào)壓器、工頻交流電源;二極管和 電容用于整流，將交流電源轉(zhuǎn)化為直流電源；工頻交流電源為220V/50HZ;變壓器的型號為 ￥0了-10/100，容量101^4，變比11/5000 ;第二電阻為水電阻，阻值1501^;調(diào)壓器型號為 TDGC2J-10,額定輸入電壓220V，額定輸出電壓0V-250V，額定輸出頻率50HZ;電容為CH82型 電容器，額定電容值為0.22yF±10% ;二極管的型號為2DL 200/0.2。
[0056] 工頻交流電源連接調(diào)壓器，調(diào)壓器連接變壓器的原線圈，變壓器的副線圈一端連 接第二電阻一端，變壓器的副線圈一端與電容一端連接后作為高壓電源產(chǎn)生裝置的負(fù)輸出 端，第二電阻另一端連接二極管正極，二極管負(fù)極與電容另一端連接后作為高壓電源產(chǎn)生 裝置的正輸出端。
[0057]如圖4所示，開關(guān)動作控制系統(tǒng)包括：電流互感器、比較環(huán)節(jié)、第三電阻；電流互感 器為LMK-0.66型電流互感器，變比為100/5;電流表為VC140型毫安級鉗型電流表，量程為 30mA-300mA;所述電阻的阻值為1 k Ω，比較環(huán)節(jié)的比較器型號為LM393型電壓比較器，電壓 范圍為2V~36V。
[0058]電流互感器的輸入端接至氣體密封系統(tǒng)與高壓電源產(chǎn)生裝置正輸出端的連接線 路，電流互感器的輸出端經(jīng)第三電阻連接至比較環(huán)節(jié)的輸入端，比較環(huán)節(jié)的輸出端連接開 關(guān)。
[0059]上述混合氣體擊穿電壓檢測裝置的檢測過程如下：調(diào)節(jié)封閉室內(nèi)正電極與負(fù)電極 之間的距離;利用氣體充放及回收裝置除去封閉室內(nèi)殘余的氣體;開關(guān)閉合狀態(tài)下，按照所 需混合氣體的不同配比向各封閉室內(nèi)充氣;利用高壓電源產(chǎn)生裝置對各氣體密封系統(tǒng)的封 閉室中的正電極與負(fù)電極之間施加持續(xù)升高的電壓；當(dāng)封閉室中的正電極與負(fù)電極間隙擊 穿時，電極間產(chǎn)生電流，開關(guān)動作控制系統(tǒng)產(chǎn)生跳閘信號，開關(guān)動作控制系統(tǒng)工作，線路中 的開關(guān)斷開此時的擊穿電壓經(jīng)阻容分壓器降壓后在示波器中顯示并記錄;所有封閉室內(nèi)的 正電極、負(fù)電極均被擊穿時，高壓電源產(chǎn)生裝置停止供電;采用氣體充放及回收裝置抽出混 合氣體;完成檢測。
[0060] 實施例2
[0061] 利用實施例1的混合氣體擊穿電壓檢測裝置進(jìn)行混合氣體擊穿電壓預(yù)測的方法， 如圖5所示