本發(fā)明涉及一種能夠間接模擬并判斷開關(guān)柜絕緣故障的實驗裝置，屬于電力
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：從近幾年的一份事故調(diào)查可以看出，絕緣故障占開關(guān)柜所有事故故障的36.3％，說明開關(guān)設(shè)備(主要是金屬封閉開關(guān)設(shè)備)的絕緣事故明顯突出，應(yīng)引起高度重視。10kV開關(guān)柜是配網(wǎng)的重要組成部分，絕緣故障是導致智能高壓開關(guān)柜和其他電力設(shè)備發(fā)生電力故障或事故的主要原因之一，嚴重影響了電力系統(tǒng)的安全運行。電纜室放電是比較常見的現(xiàn)象，尤其是運行環(huán)境潮濕的高壓開關(guān)柜，電纜頭部的傘裙與其它部件相距過近甚至直接接觸，極易發(fā)生放電現(xiàn)象。放電過程中會產(chǎn)生紫外光以及SO2、NOx、CO2、CO、O3等氣體，而SO2、NOx與空氣中的水分相結(jié)合所形成的腐蝕性物質(zhì)以及O3的強氧化性都將加速電纜絕緣的老化，開關(guān)柜內(nèi)電纜的這些絕緣缺陷最初都是以局部放電的形態(tài)表現(xiàn)出來，最終引起電纜燃燒甚至導致開關(guān)柜爆炸。因此對開關(guān)柜電纜的局部放電進行有效監(jiān)測對于及時發(fā)現(xiàn)和掌握潛伏性的絕緣缺陷、預防絕緣事故的發(fā)生具有重要意義。隨著信息技術(shù)和智能系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)字化的局部放電監(jiān)測系統(tǒng)在信號處理和模式識別等方面表現(xiàn)出了較為明顯的優(yōu)勢。由于紫外檢測技術(shù)具有不受高頻信號干擾的影響、更高的靈敏度、非接觸的優(yōu)勢，且不會受到人為因素和交通條件的約束，很多學者就開始以紫外光作為特征量對高壓電暈放電進行研究。在以上研究的基礎(chǔ)上，有的學者提出采用FTUV(紫外傅里葉變換濾波)法對局部放電進行監(jiān)測，該方法通過測量電力設(shè)備放電過程中絕緣材料破壞后產(chǎn)生的新生成物的濃度和成分來判斷設(shè)備放電情況，既可以排除氣體間的相互干擾，也可以通過傅里葉變換的方法排除噪聲等對信號的干擾，因此能夠更加準確地反演氣體濃度，對設(shè)備內(nèi)部故障類型的判別提供可靠依據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測。盡管國內(nèi)許多學者對該方法做了大量研究工作，也取得了許多研究成果，但到目前為止，在實驗室中還沒有一種能夠進行多組分氣體的產(chǎn)生與實時在線監(jiān)測以及間接模擬并進行判斷的設(shè)備，使該方法的深入研究受到了極大的制約。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，為FTUV局部放電監(jiān)測方法的深入研究提供技術(shù)支持。本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案解決的：一種高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，構(gòu)成中包括升壓裝置、放電室、氣體吸收池、抽氣泵、氮氣源、光纖光譜儀、計算機和兩個換向閥，第一換向閥的a口接抽氣泵的進氣口，b口接氮氣源，c口依次經(jīng)放電室和氣體吸收池接第二換向閥的b口，第二換向閥的a口接抽氣泵的出氣口，c口接大氣；所述升壓裝置的高壓輸出端接放電室內(nèi)的放電裝置；所述光纖光譜儀的發(fā)射端和接收端分別接氣體吸收池兩端的進光口和出光口，光纖光譜儀的監(jiān)測信號輸出端接計算機。上述高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，所述放電裝置包括高壓銅柱、高壓電極、放電體、接地極和接地銅柱，所述接地銅柱豎直安裝在放電室內(nèi)，接地銅柱的上端通過螺紋與接地極連接，下端從放電室的底板穿出并與地線連接；所述放電體放置在接地極上；所述高壓銅柱豎直安裝在放電體上方，高壓銅柱的上端從放電室的頂板穿出并與升壓裝置的輸出端連接，所述高壓電極壓在放電體上并通過螺紋與高壓銅柱的下端連接。上述高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，所述放電體包括四種，分別為氣隙絕緣層、針刺絕緣層和開盲孔絕緣層，相應(yīng)的高壓電極分別為盤狀高壓電極、針狀高壓電極和柱狀高壓電極，所述盤狀高壓電極通過其下部的壓盤與氣隙絕緣層的上表面接觸；所述針狀高壓電極下部的針尖刺入針刺絕緣層內(nèi)；所述柱狀高壓電極的下端穿過開盲孔絕緣層的橡膠罩后插入開盲孔絕緣層上部的盲孔中。上述高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，所述升壓裝置包括變壓器和控制臺，所述變壓器的控制端接控制臺，輸出端與高壓銅柱的上端連接。上述高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，所述高壓銅柱的上端和變壓器的輸出端均設(shè)有均壓球。上述高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，所述放電室、氣體吸收池、抽氣泵、氮氣源和兩個換向閥之間的連接管路均采用聚四氟乙烯絕緣管。上述高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，所述高壓銅柱分為兩段，二者分別位于放電室頂板的上方和下方并通過螺紋連接，每段高壓銅柱的外部均設(shè)有絕緣套管。上述高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，所述放電室的出氣口和進氣口均設(shè)有節(jié)流閥。上述高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，所述抽氣泵的出氣口設(shè)有過濾網(wǎng)。上述高壓開關(guān)柜電纜局部放電監(jiān)測模擬系統(tǒng)，所述接地極上設(shè)有鎖緊螺母。本發(fā)明可進行多種高壓開關(guān)柜電纜局部放電的模擬實驗，而且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，適用于在實驗室中進行多組分氣體的產(chǎn)生與在線監(jiān)測實驗以及間接模擬并判斷帶電設(shè)備的運行狀態(tài)，為FTUV局部放電監(jiān)測方法的深入研究提供了技術(shù)支持。附圖說明圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為放電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a-圖3d分別為四種放電模型示意圖；圖4為氣體吸收池外部接口示意圖；圖5為本發(fā)明在9.2kV電壓下氣體濃度變化曲線。圖中各標號分別表示為：1、氮氣源，2、放電室，3、均壓球，4、變壓器，5、控制臺，6、第一換向閥，7、抽氣泵，8、過濾網(wǎng)，9、第二換向閥，10、氣體吸收池，11、光纖，12、光纖光譜儀接收端，13、RS232通訊線，14、光纖光譜儀發(fā)射端，15、USB數(shù)據(jù)線，16、計算機，17、均壓環(huán)，18、高壓銅柱，19、絕緣套管，20、接線銅片，21a、氣隙絕緣層，21b、針刺絕緣層，21c、開盲孔絕緣層，22、接地極，23、進氣節(jié)流閥，24、鎖緊螺母，25、出氣節(jié)流閥，26a、盤狀高壓電極，26b、針狀高壓電極，26c、柱狀高壓電極，27、接地銅柱，28、銅粉，29、橡膠罩，30、出光口，31、進光口，32、進氣口，33、出氣口。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。參看圖1，本發(fā)明主要包括氮氣源1、內(nèi)設(shè)放電裝置的放電室2、由變壓器4和控制臺5構(gòu)成的升壓裝置、第一換向閥6、抽氣泵7、過濾網(wǎng)8、第二換向閥9、氣體吸收池10、光纖光譜儀和計算機16。其中，氮氣源1、放電室2、第一換向閥6、抽氣泵7、過濾網(wǎng)8、第二換向閥9和氣體吸收池10通過聚四氟乙烯絕緣管連接在一起，升壓裝置與放電裝置通過銅線連接，光纖光譜儀與氣體吸收池10通過光纖11連接，光纖光譜儀與計算機16通過USB數(shù)據(jù)線15連接。氮氣源1用于對放電室2、氣體吸收池10及相關(guān)管路進行吹掃，以避免其它氣體組分的干擾，并稀釋因放電產(chǎn)生的有毒氣體。升壓裝置用于控制電壓的穩(wěn)定提升，可由按鈕控制，以電壓梯度形式緩速升壓；也可以自動升壓，設(shè)置好電壓等級后，在升壓到設(shè)定電壓等級80％時，升壓速度會自動減慢，當達到設(shè)定電壓等級90％時，升壓速度進一步減慢。參看圖2，放電裝置用于在實驗室中模擬多種類型的高壓開關(guān)柜電纜局部放電，該裝置主要包括高壓銅柱18、絕緣套管19、高壓電極(圖2中為柱狀高壓電極26c)、放電體(圖2中為針刺絕緣層21b)接地極22和接地銅柱27，聚四氟乙烯絕緣套管19具有絕緣作用，避免實驗人員直接接觸高壓銅柱18而發(fā)生危險。根據(jù)放電體和高壓電極的不同，本裝置可以模擬圖3所示的四種放電模式，分別為氣隙放電、針板放電、沿面放電、金屬微粒放電(模擬沿面放電和金屬微粒放電所用的放電體和高壓電極是相同的，區(qū)別在于放電體表面有無銅粉28)，圖2中給出的是針板放電模型。抽氣泵7用于抽取放電室2內(nèi)因放電產(chǎn)生的氣體，并將被測氣體送入氣體吸收池10。抽氣泵7與過濾網(wǎng)8之間通過PTFE管連接。抽氣泵7的輸出流量通過改變電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。光纖光譜儀用于監(jiān)測氣體吸收池內(nèi)氣體吸光度的變化情況。光纖光譜儀發(fā)射端14采用的是XE02脈沖氙燈；光纖光譜儀接收端12為FX2000-EX光纖光譜儀；氣體吸收池10為鋁合金材質(zhì)，內(nèi)表面惰化處理，內(nèi)徑10mm，有效光程為100mm。計算機16用于對光纖光譜儀接收端12采集到的數(shù)據(jù)進行分析和處理，計算出氣體濃度。本實施例中我們模擬沿面放電產(chǎn)生氣體中的一種氣體(臭氧)濃度的變化。本發(fā)明的工作過程如下所述：A.兩個換向閥的各個接口全部接通，利用氮氣源將放電室、氣體吸收池及抽氣泵內(nèi)的氣體吹掃干凈，持續(xù)2-3min；B.關(guān)閉第一換向閥6的b口和第二換向閥9的c口，啟動抽氣泵7同時利用升壓裝置給放電裝置加壓，使放電產(chǎn)生的具有一定濃度的臭氧氣體進入氣體吸收池內(nèi)。C.光纖光譜儀發(fā)射端發(fā)出的紫外光，紫外光經(jīng)氣體吸收池送入光纖光譜儀接收端；D.光纖光譜儀接收端將采集的信號送入計算機。E.進行FTUV(紫外傅里葉變換濾波法)，包括差分吸收光譜法和重復傅里葉變換法，得到氣體濃度反演二次擬合方程。F.采用上述二次擬合方程擬合氣體濃度變化曲線，對放電室持續(xù)加壓到9.2kV，每間隔30min采集一次數(shù)據(jù)。差分吸收光譜法，最常用的方法是利用Beer-Lambert定律，在某一個溫度T及壓強P下，測量一束光通過長度為L的充滿一定濃度的待測氣體的吸收池前的背景光譜以及通過后的吸收光譜.吸收截面σ(λ，p，T)就可以由下面的公式得到：其中，I(λ,p,T)是經(jīng)氣體吸收池后吸收光譜；I0(λ)為光源發(fā)射的初始光強；N(p,T)是氣體的分子密度，單位為moel/cm3.其定義為其中T0是常溫(273.15k)；p0是常壓(101325pa)；NL是在常溫(273.15k)常壓(101325pa)下由阿伏伽德羅常數(shù)NA比上摩爾體積Vmol給出的：通過分析不同氣體分子吸收光譜的快變部分來得到各組分氣體濃度，可由(4)式?jīng)Q定：其中I(λ)為通過一定長度的吸收池后的光強；Ciλ為在波長λ下的不同種類i氣體的濃度；σi(λ)混合氣體中的一種氣體在波長為λ處得吸收截面；L為氣體池的長度。當被測氣體在一定波段只有一種氣體吸收時,氣體濃度可由(5)式計算：其中A'(λ)是氣體某波長下的差分吸收光譜，σ'(λ)氣體的差分吸收系數(shù)，L是測量區(qū)長度。傅里葉變換法，傅里葉變換的基本思想是把信號分解成一系列不同頻率正弦波的疊加,把信號從時域轉(zhuǎn)化到頻域從而體現(xiàn)其頻率特征的過程。其變換公式為：可以把傅里葉變換也成另外一種形式：傅里葉變換法就是對(5)式兩邊進行數(shù)值濾波,然后進行傅里葉變換,最后求得濃度的一種方法。濃度C計算公式為：其中，C是氣體濃度；λ是氣體吸收波長；RA'(λ)是濾波后氣體某波長下的差分吸收光譜；Rσ'(λ)是濾波后氣體的差分吸收系數(shù)；L是氣體吸收池有效光程。處理實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在320-350nm內(nèi)臭氧的吸收呈周期性變化的特征，峰峰間隔約為2nm，擬定300nm為一個周期，進行傅里葉變換和逆傅里葉變換，由于在此波段氣體吸收較弱，然后再進行一次傅里葉變換。通過改變氮氣流速來改變臭氧的濃度進行多組實驗，得到不同濃度下的頻率幅值，依此得出濃度與頻率幅值的關(guān)系并進行二次擬合：y＝-4.003x2+775.9x-3.67×104，其中F為幅值，c為濃度，線性相關(guān)系數(shù)R為0.9936。依次得到9.2kV沿面放電電壓下，氣體濃度變化曲線，如圖5所示。并根據(jù)放電情況下臭氧濃度的變化曲線判斷各放電模型下的放電電壓和擊穿電壓如表一所示。表一放電模型下放電電壓和擊穿電壓放電模型放電電壓(kV)擊穿電壓(kV)針板放電4.09.6氣隙放電4.514.2沿面放電4.710.4金屬微粒放電4.113.1當前第1頁1 2 3