一种混合气体击穿电压检测装置及预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于气体放电领域，具体涉及一种混合气体击穿电压检测装置及预测方 法。
【背景技术】
[0002] 自20世纪60年代开始，SF6气体因具有较高的耐电强度和优良的灭弧性能被广泛 地使用在气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、气体断路器(GCB)、气体绝缘变压器、气体输电 管线(GIL)中。然而，SF 6在实际应用中也存在一些不足之处:SF6气体在压力较大，环境温度 过低的情况下容易液化;SF 6气体的大量使用会对全球的温室效应产生影响，在《京都议定 书》中，SF6被列为受限制的六种温室气体之一，其全球变暖系数(GWP)是C0 2气体的23900倍。 长期以来，人们为寻找SF6的替代气体进行了大量研究，但尚未发现一种在绝缘性能和灭弧 性能方面可以完全替代SF 6的气体，短期解决SF6温室效应的方法是降低其在电力系统中的 用量，如使用SF6/N2、SF 6/CF4混合气体等。目前，对混合气体在高压开关中的应用还处于理 论探索阶段，特别是针对混合气体击穿特性的问题还有待进一步研究。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种混合气体击穿电压检测装置及预测方法。
[0004] 本发明的技术方案是：
[0005] -种混合气体击穿电压检测装置，包括：
[0006] 高压电源产生装置和若干混合气体击穿电压检测单元；
[0007] 混合气体击穿电压检测单元包括气体密封系统、阻容分压器、开关、开关动作控制 系统和示波器；
[0008] 气体密封系统包括:封闭室、气体充放及回收装置、正电极、负电极;正电极、负电 极设置在封闭室内，正电极、负电极之间的距离可调，封闭室通过气管连接气体充放及回收 装置一端；
[0009] 气体密封系统的正电极、负电极分别与高压电源产生装置的正输出端、负输出端 连接；
[0010] 各气体密封系统与高压电源产生装置正输出端的连接线路上连接有开关动作控 制系统；
[0011] 气体密封系统与开关动作控制系统的连接线路上连接有开关；
[0012] 阻容分压器的高压端连接至高压电源产生装置与开关的连接线路上，阻容分压器 的低压端连接示波器，阻容分压器的接地端接地。
[0013] 所述高压电源产生装置包括：电容、二极管、第二电阻、变压器、调压器、工频交流 电源；
[0014] 工频交流电源连接调压器，调压器连接变压器的原线圈，变压器的副线圈一端连 接第二电阻一端，变压器的副线圈一端与电容一端连接后作为高压电源产生装置的负输出 端，第二电阻另一端连接二极管正极，二极管负极与电容另一端连接后作为高压电源产生 装置的正输出端。
[0015] 所述开关动作控制系统包括:电流互感器、比较环节、第三电阻；
[0016] 电流互感器的输入端接至气体密封系统与高压电源产生装置正输出端的连接线 路，电流互感器的输出端经第三电阻连接至比较环节的输入端，比较环节的输出端连接开 关。
[0017] 所述气体密封系统还包括:气瓶、气阀、真空表、气压表；
[0018] 气体充放及回收装置另一端连接气瓶，气体充放及回收装置与封闭室连接的气管 中设置有气阀，并安装有真空表和气压表。
[0019] 所述正电极、负电极采用平板电极、棒-板电极或针-板电极。
[0020] 所述高压电源产生装置正输出端与阻容分压器高压端的连接线路上连接有用于 保护线路的第一电阻。
[0021] 利用所述的混合气体击穿电压检测装置进行混合气体击穿电压预测的方法，包 括：
[0022]步骤1:调节封闭室内正电极与负电极之间的距离；
[0023] 步骤2:利用气体充放及回收装置除去封闭室内残余的气体；
[0024] 步骤3:开关闭合状态下，按照所需混合气体的不同配比向各封闭室内充气；
[0025] 步骤4:利用高压电源产生装置对各气体密封系统的封闭室中的正电极与负电极 之间施加持续升高的电压；
[0026] 步骤5:当封闭室中的正电极与负电极间隙击穿时，开关动作控制系统工作，线路 中的开关断开；
[0027] 步骤6:此时的击穿电压经阻容分压器降压后在示波器中显示；
[0028]步骤7:重复步骤4~6,至所有封闭室内的正电极、负电极均被击穿，高压电源产生 装置停止供电；
[0029 ]步骤8:采用气体充放及回收装置抽出混合气体；
[0030] 步骤9:将检测到的混合气体配比及击穿电压组成的数据作为混合气体击穿电压 预测的样本数据，预测混合气体不同配比时的击穿电压；
[0031] 步骤9.1:建立以样本数据中的混合气体配比为输入、击穿电压为输出的支持向量 机回归预测模型；
[0032] 步骤9.1.1:将样本数据中的数据映射到高维特征空间，并在高维特征空间中构造 支持向量机回归预测模型；
[0033] 步骤9.1.2:根据风险函数得到支持向量机回归预测模型中的参数；
[0034] 步骤9.1.3:选择核函数，得到最终的支持向量机回归预测模型。
[0035] 步骤9.2:进行混合气体不同配比时的击穿电压的预测，得到混合气体不同配比时 的击穿电压预测结果。
[0036] 有益效果：
[0037]本发明通过搭建包含并行的混合气体击穿电压检测单元的混合气体击穿电压检 测装置，测得不同配比下的击穿电压，提高检测效率。建立以样本数据中的混合气体配比为 输入、击穿电压为输出的支持向量机回归预测模型，预测混合气体不同配比时的击穿电压， 能够大量减少混合气体击穿电压实验的工作量，提高工作效率，降低实验成本。
【附图说明】
[0038] 图1是本发明实施例1的混合气体击穿电压检测装置结构示意图；
[0039] 图2是本发明实施例1的气体密封系统置结构示意图；
[0040] 图3是本发明实施例1的高压电源产生装置电路原理图；
[0041] 图4是本发明实施例1的开关动作控制系统电路原理图；
[0042] 图5是本发明实施例2的混合气体击穿电压预测的方法流程图。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0044] 实施例1
[0045] -种混合气体击穿电压检测装置，如图1所示，包括：
[0046] 高压电源产生装置和若干混合气体击穿电压检测单元；
[0047] 混合气体击穿电压检测单元包括气体密封系统、用于测量瞬态高电压的阻容分压 器、开关、开关动作控制系统和用于显示阻容分压器低压端输出电压的示波器；
[0048] 如图2所示，气体密封系统包括:封闭室1、向封闭室内充气和抽真空的气体充放及 回收装置2、正电极3、负电极4;封闭室为圆柱形，地面直径100mm，高1000mm，侧壁由有机玻 璃构成，正电极3、负电极4采用平板电极、棒-板电极或针-板电极，电极的边缘有10°的倒角 以防止边缘效应。正电极3、负电极4设置在封闭室1内，正电极3、负电极4之间的距离可调， 可以通过封闭室上方的调节旋钮调节，封闭室1通过气管连接气体充放及回收装置2-端；
[0049] 气体密封系统还包括:气瓶5、气阀6、用于测量封闭室内的真空度的真空表7、用于 测量混合气体的气压的气压表8;气体充放及回收装置2另一端连接气瓶5,气体充放及回收 装置2与封闭室1连接的气管中设置有气阀6,并安装有真空表7和气压表8。真空表的型号为 Z100，测量范围为-0.1 MPa~OMPa，所述气压表的型号为Y100，测量范围为OMPa~2.5MPa。所 述气阀的型号为Q91SAF-64。
[0050] 气体密封系统的正电极3、负电极4分别与高压电源产生装置的正输出端、负输出 端连接；
[0051] 各气体密封系统与高压电源产生装置正输出端的连接线路上连接有开关动作控 制系统；
[0052]气体密封系统与开关动作控制系统的连接线路上连接有开关Di，i = l，2,……η;
[0053]阻容分压器的高压端连接至高压电源产生装置与开关的连接线路上，阻容分压器 的低压端连接示波器，阻容分压器的接地端接地。
[0054]高压电源产生装置正输出端与阻容分压器高压端的连接线路上连接有用于保护 线路的第一电阻，第一电阻采用水电阻。
[0055]如图3所示，高压电源产生装置包括：电容、二极管、用于保护线路的第二电阻、用 于升高电压的变压器、用于调节工频交流电源输出电压的调压器、工频交流电源;二极管和 电容用于整流，将交流电源转化为直流电源；工频交流电源为220V/50HZ;变压器的型号为 ￥0了-10/100，容量101^4，变比11/5000 ;第二电阻为水电阻，阻值1501^;调压器型号为 TDGC2J-10,额定输入电压220V，额定输出电压0V-250V，额定输出频率50HZ;电容为CH82型 电容器，额定电容值为0.22yF±10% ;二极管的型号为2DL 200/0.2。
[0056] 工频交流电源连接调压器，调压器连接变压器的原线圈，变压器的副线圈一端连 接第二电阻一端，变压器的副线圈一端与电容一端连接后作为高压电源产生装置的负输出 端，第二电阻另一端连接二极管正极，二极管负极与电容另一端连接后作为高压电源产生 装置的正输出端。
[0057]如图4所示，开关动作控制系统包括：电流互感器、比较环节、第三电阻；电流互感 器为LMK-0.66型电流互感器，变比为100/5;电流表为VC140型毫安级钳型电流表，量程为 30mA-300mA;所述电阻的阻值为1 k Ω，比较环节的比较器型号为LM393型电压比较器，电压 范围为2V~36V。
[0058]电流互感器的输入端接至气体密封系统与高压电源产生装置正输出端的连接线 路，电流互感器的输出端经第三电阻连接至比较环节的输入端，比较环节的输出端连接开 关。
[0059]上述混合气体击穿电压检测装置的检测过程如下：调节封闭室内正电极与负电极 之间的距离;利用气体充放及回收装置除去封闭室内残余的气体;开关闭合状态下，按照所 需混合气体的不同配比向各封闭室内充气;利用高压电源产生装置对各气体密封系统的封 闭室中的正电极与负电极之间施加持续升高的电压；当封闭室中的正电极与负电极间隙击 穿时，电极间产生电流，开关动作控制系统产生跳闸信号，开关动作控制系统工作，线路中 的开关断开此时的击穿电压经阻容分压器降压后在示波器中显示并记录;所有封闭室内的 正电极、负电极均被击穿时，高压电源产生装置停止供电;采用气体充放及回收装置抽出混 合气体;完成检测。
[0060] 实施例2
[0061] 利用实施例1的混合气体击穿电压检测装置进行混合气体击穿电压预测的方法， 如图5所示