一种SF6分解仿真实验系统及其仿真实验方法与流程

本发明涉及仿真技术领域，具体涉及一种sf6分解仿真实验系统及其仿真实验方法。

背景技术：

sf6气体作为优良的绝缘介质和灭弧介质，在常规压力和温度下是非常不易于分解的，但是在电气设备局部放电、电弧、火花等环境下，再加上有其他气体或者微水的影响，在这种混合环境下，有可能分解出sf4、s2f2、sf2、sof2、so2f2、so2、sof4和hf等气体，这些气体具有强烈的腐蚀性和毒性，会对sf6的灭弧效果，以及生产安全造成非常大的影响，因此sf6气体监测对于以sf6气体作为绝缘介质和灭弧介质的电气设备稳定运行至关重要。

现有技术中存在的技术问题是：

1、现有技术中，根据gis柜生产过程中的监测结果，形成的一些经验，无法在设备监测时形成判据，用来判断sf6分解的环境已经形成。

2、无法在监测到sf6分解气体后，及时判断gis柜可能出现的问题，了解sf6分解的原因，并及时做出整改。

3、需要等到sf6分解后，灭弧效果达不到预期水平，才能判断gis柜出现问题，没办法及时预测，而此时也需要更换sf6气体，sf6气体属于温室气体，且在空气中难于分解，会对大气环境造成非常不好的影响，因此保存销毁都十分繁琐。另外，在更换sf6气体时，需要临时停电，这对供电安全也会造成一定影响。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种sf6分解仿真实验系统及其仿真实验方法，本发明的目的是利用该sf6分解仿真实验系统及早的发现sf6分解的形成因素，防止gis柜出现sf6分解后再更换气体，可以减少sf6的生产制备，防止可能造成的环境污染，同时也可以减少gis开关柜停运，造成有可能的计划外停电。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种sf6分解仿真实验系统，包括主控系统，所述主控系统分别与温度控制系统、气体循环控温系统、气体混合系统、压力控制系统、气体成分检测系统及真空系统通信，所述温度控制系统、气体循环控温系统、气体混合系统、压力控制系统、气体成分检测系统及真空系统分别通过气体阀门连接至储气池，所述储气池内设置有电弧生成系统，所述电弧生成系统与高压生成系统相连；

所述真空系统在主控系统的指令下将储气池抽成真空，所述混合气体系统在主控系统的控制下进行混气并将混合后的气体充入储气池，所述气体循环控温系统、温度控制系统及压力控制系统在主控系统的控制下进行储气池内的气体的温度及压力的调整，所述电弧生成系统与高压生成系统相配合在储气池内生成放电电弧，所述气体成分检测系统检测放电后储气池内气体成分和含量。

进一步的，所述sf6分解仿真实验系统还包括实验气体回收系统，所述实验气体回收系统与主控系统通信，另外，所述实验气体回收系统还通过气体阀门连接至储气池，用于实现在实验完成后，将废气从储气池抽到废气处理容器中。

进一步的，所述sf6分解仿真实验系统还包括电源系统，所述用于提供各种等级电源供sf6分解仿真实验系统的各分系统使用。

进一步的，所述温度控制系统与气体循环控温系统通过rs232总线进行通信，利用温度控制系统设定好实验气体所需达到的实验温度，温度控制系统接收由主控系统发出的指令，测量储气池内温度，利用pid算法得出的升温或者降温所需时间和加热频率的参数，向气体循环控温系统发出控制指令，气体循环控温系统可准确控制储气池内气体温度。

进一步的，所述气体循环控温系统包括储气罐，所述储气罐内设置有ptc电阻，所述ptc电阻通过ptc电源与控制器相连，所述控制器与冷水泵相连，所述冷水泵通过管道连接至储气罐，所述ptc电阻用于对储气罐内气体加热，储气罐管道内的冷水循环降温，储气罐内置风扇转动形成实验气体循环流动，通过热传导和气体循环方式降低或升高储气池内气体温度，气体循环控温系统配合温度控制系统准确控制储气池内气体温度。

进一步的，所述高压生成系统由直流电源模块、交流电源模块、脉冲电源模块三个模块组成，三个模块分别通过开关连接到电弧生成系统的放电的电极，高压生成系统根据收到的主控系统指令，生成指定形式高电压，配合电弧生成系统产生电弧。

进一步的，所述电弧生成系统的放电的电极可以由两个圆形平面、两个针形电极或者一个针形电极一个圆形平面电极组成。

进一步的，所述压力控制系统由气体压力传感器、电机、活塞三部分组成，气体压力传感器将检测的储气池内的气体的压力传输至主控系统，在主控系统的控制下电机带动活塞运动控制储气池内的大气压。

进一步的，所述气体成分检测系统由红外气体成分分析仪组成，用于检测储气池内sf6标准气体和分解后气体成分。

一种sf6分解仿真实验系统的仿真实验方法，包括以下步骤：

启动电源系统和真空系统；

用户设定参数：通过主控系统设定储气池内气体温度、混气方式和混合气体种类、储气池内压强、高压系统电压等级、电弧生成系统生成电弧种类和方式；

启动气体混合系统：参数设定完成，真空系统将储气池抽成真空后，启动气体混合系统，混气系统根据主控系统指令开始混气，然后向储气池内充入混合气体，压力控制系统在气体混合系统充气完毕后，根据主控系统指令，控制储气池内压强；

启动温度控制系统：储气池内压强调整完毕后，启动温度控制系统，调整到主控系统指定温度，然后再次调节压强温度，直到压强和温度达到主控系统指定状态；

启动电弧生成系统：储气池内温度和压强调整完毕后，启动电弧生成系统，电弧生成系统在高压生成系统配合下开始放电；

启动气体成分检测系统：放电完成后，检测储气池内气体成分和含量；

回收实验气体：实验完成后，实验气体回收系统回收实验气体，准备下一次实验；

专家数据生成：根据实验结果，生成专家数据，专家数据包括混合气体温度、混合气体压强、分解气体种类明细、电弧种类、电弧电压，利用逐项气体参数对比的方法，分析以sf6为灭弧气体的装置，在有气体杂质后的故障类型。

本发明的有益效果：

本发明对sf6气体分解的环境做仿真分析，提前分析出sf6气体分解的环境因素，分析出sf6气体分解在何种压力、温度、电弧等因素影响下发生，当这些环境因素形成前提早预警并解决，可以有效防止sf6气体分解，增加设备使用寿命，及时发现sf6气体的环境诱因，提早整改，非常有利于保护大气环境和保障用电配电安全，保证生产安全和人员安全。

附图说明

图1本发明的一种sf6分解仿真实验系统的连接示意图；

图2本发明的一种sf6分解仿真实验系统构成框图；

图3气体循环控温系统的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1-2所示，一种sf6分解仿真实验系统，包括：气体循环控温系统、气体混合系统、温度控制系统、电弧生成系统、储气池、真空系统、高压生成系统、实验气体回收系统、主控系统、电源系统、压力控制系统及气体成分检测系统。

如图3所示，气体循环控温系统包括ptc电阻、冷水泵及控制器，利用ptc电阻对气体加热，冷水循环降温，内置风扇转动形成实验气体循环流动，通过热传导和气体循环方式降低或升高储气池内气体温度，配合温度控制系统准确控制储气池内气体温度。

气体混合系统：气体混合系统采用高精度配气装置，按照实验要求混合sf6标准气体，空气标准气体和水蒸气，挂接到储气池上，接到主控系统指令混气后将混合气体压入到储气池内。

温度控制系统：根据实验要求，实验人员利用温度控制系统设定好实验气体所需达到的实验温度。温度控制系统接收由主控系统发出的指令，测量储气池内温度，利用pid算法得出升温或者降温所需时间和加热频率的参数，向气体循环控温系统发出控制指令，准确控制储气池内气体温度。

电弧生成系统由高压电源和放电的两极组成，放电的两极可以由两个圆形平面、两个针形电极或者一个针形电极一个圆形平面电极组成，根据收到的主控系统指令，高压电源发出直流、交流或者脉冲高压电，通过放电的两极生成指定形式电弧。

高压生成系统由直流电源模块、交流电源模块、脉冲电源模块三个模块组成，三个模块分别通过开关连接到电弧生成系统放电的电极，根据收到的主控系统指令，生成指定形式高电压，配合电弧生成系统产生电弧。

储气池：设置在实验室内，储存实验气体。

真空系统：可将储气池抽成真空。

实验气体回收系统：实验完成后，将废气从储气池抽到废气处理容器中，将来做无害处理。

主控系统：接收用户指令，控制sf6分解仿真实验系统运转。

电源系统：为整个sf6分解仿真实验系统提供各种等级电源。

压力控制系统：由气体压力传感器、电机、活塞三部分组成，电机带动活塞运动控制储气池内的大气压。

气体成分检测系统：由红外气体成分分析仪组成，检测储气池内sf6标准气体和分解后气体成分。

sf6分解仿真实验系统工作流程：启动电源系统和真空系统；用户在实验前，首先启动电源系统和真空系统。

用户设定参数：根据需要，设定储气池内气体温度、混气方式和混合气体种类、储气池内压强、高压生成系统的电压等级、电弧生成系统的电弧种类和方式。

启动气体混合系统：参数设定完成，真空系统将储气池抽成真空后，启动气体混合系统，气体混合系统根据主控系统指令开始混气，然后向储气池内充入混合气体，压力控制系统在气体混合系统充气完毕后，根据主控系统指令，控制储气池内压强。

启动温度控制系统：储气池内压强调整完毕后，启动温度控制系统，调整到主控系统指定温度，然后再次调节压强，直到压强和温度达到主控系统指定状态。

启动电弧生成系统：储气池内温度和压强调整完毕后，启动电弧生成系统，开始放电。

启动检测系统：放电完成后，检测储气池内气体成分和含量。

回收实验气体：实验完成后，实验气体回收系统回收实验气体，准备下一次实验。

专家数据生成：根据实验结果，生成专家数据，数据包括温度、混合气体压强、分解气体种类明细、电弧种类、电弧电压。利用逐项气体参数对比的方法，分析以sf6为灭弧气体的装置，在有气体杂质后的故障类型。

为了将在故障设备测得的数据同专家数据方便对比，制定如下数据格式，如表1所示：

专家数据库格式表

本发明的仿真实验系统具有多种电弧形成方法，可以形成任意电弧，按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧；按电弧的状态可分为：自由电弧和压缩电弧，可以根据程序设定选择生成。

仿真实验系统可以利用高压生成系统，控制电弧生成系统两侧的电压，根据设定程序调节。

仿真实验系统利用气体混合系统，可以将分解气体引入到气体监测区中。

仿真实验系统可以利用由红外气体成分分析仪组成的气体成分检测系统监测分解气体的成分和含量。

仿真实验系统的气体混合系统可以调节空气和水分在sf6气体中的含量。

仿真实验系统的压力控制系统可以控制气体室内的气压和温度。

仿真实验系统可以按照程序设定自动调节气压和温度、空气和水分在sf6气体中的含量，电弧生成的电压和方式，调节尚未生成电弧的两个电极间的电压，并生成专家数据库。

仿真实验系统可以根据仿真实验情况生成的专家数据库，形成反推程序，根据sf6气体的分解情况，反推电弧、空气杂质、气体室内的压强和温度情况，对将来分析gis柜故障提供实验数据支撑。

本发明解决仿真分析gis柜内环境对sf6气体分解的影响，针对这种影响，提早分析出何种环境因素会导致sf6气体分解，并及时做出预警，也可以根据sf6气体的分解实验的实验结果和理论分析，分析gis柜出现了气体杂质时，分析gis柜出现了何种情况并及时解决。

本发明能够及早的发现sf6分解的形成因素，防止gis柜出现sf6分解后再更换气体，可以减少sf6的生产制备，防止可能造成的环境污染，同时也可以减少gis停运，造成有可能的停电事故。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。