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《重庆大学》 2010年
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基于红外吸收光谱法的SF_6局部放电分解组分特性研究

任江波  
【摘要】: 局部放电(Partial Discharge,简称PD)是气体绝缘组合电器(Gas Insulated Substation,简称GIS)早期绝缘缺陷的重要表征,研究表明GIS中的绝缘气体SF_6在PD下会发生分解,其分解组分情况与缺陷类型、放电量大小、放电时间、气体压强有着密切联系,通过分析SF_6局部放电分解组分可以实现GIS的故障诊断和状态评估。傅里叶变换红外吸收光谱法(Fourier transform infrared spectroscopy简称FTIR)具有检测速度快、可检测组分种类多、检测精度高、抗干扰能力强、使用寿命长、样品无需前处理、吸光度和组分浓度线性特性好等优点,本文利用其实现GIS内部SF_6分解组分的定性定量分析。 由朗伯-比尔定律可知,检测组分的浓度和光程长成反比,用0.1米光程长气体池检测发现其不能实现GIS内部痕量气体的分析,为此必须研制长光程检测装置,推算得所需光程长为20米。依据怀特池原理,采用入射光与两物镜曲率中心不在一条直线上的入射方式和反射率高达98%的黄金镀膜反射镜,在4.3升的有限空间内实现了40次的反射,成功的将光程长增至20米。通过实验分析得气体池的最佳检测气压为100kPa,红外光谱仪的最佳分辨率为0.5cm-1,对比以上两种气体池分析SF_6分解组分的光谱图,发现长光程的分辨率高、信噪比高、稳定性好、线性特性好,能够满足SF_6局放微量组分的检测。 利用针-板电极模拟金属突出物缺陷,在已搭建好的SF_6气体分解组分模拟试验装置上进行局部放电实验,放电时间96小时,每12小时采一次气进行红外分析,并将结果与气相色谱的进行对比,两者分析结果大体类似,但是前者可检测的组分种类比后者多,抗干扰能力强,并且可以直观根据光谱图定性的判断组分变化情况。利用二维红外相关光谱法宏观放大被SF_6红外吸收区段淹没的组分信号,有效的识别出了SOF_4、CF_4两种重要的SF_6局部放电分解组分。最终检测到SOF_2、SO_2F_2、SF_4、SOF_4、SO_2、CO、CF_4七种气体分解组分,其中SOF_2、SO_2F_2、CO和SO_2四种气体的规律性强,可以作为SF_6放电分解的特征气体。 对局部放电装置进行放电量标定,从理论上分析红外定量分析的可行性,得到了最佳检测背景气体为纯的SF_6,获取了四种SF_6局部放电分解组分的标准光谱图,算得最优吸收频率处的吸光系数,在五种放电量下进行SF_6局部放电试验,利用FTIR定量分析发现某些SF_6局部放电分解组分极其不稳定,要想得到其真实的分解过程,就必须及时的进行组分分析。实验室获取了SOF_2、SO_2F_2、SO_2、CO四种特征组分在五个放电量下浓度随放电时间的变化趋势,发现SF_6局部放电分解时存在一个临界放电量,放电量低于该值时分解可以不考虑;SOF_2、SO_2F_2在不同的视在放电量下有不同的产气率,产气率随放电量的增加而明显增大,在特定的放电量下可以依据浓度变化趋势反演出放电时间;SO_2的浓度受水汽的影响大,但是在一定水汽量时可以用于反演浓度计算;CO是涉及固体绝缘时的特征组分,可以根据能否检测到该组分判定是否涉及固体绝缘的损坏。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM595

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