CN102520289A - 六氟化硫气体绝缘电气设备接触面过热性故障的模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种六氟化硫气体绝缘电气设备接触面过热性故障的模拟装置，属于SF₆气体绝缘电气设备绝缘状态的在线监测技术领域。本发明装置主要包括开关电源、固态继电器、过热性故模拟元件、智能数显温度调节仪和气相色谱仪。本发明能模拟SF₆气体绝缘设备中接触面的过热性故障，具有模拟的准确度高，装置结构简单，成本低等特点。本发明可广泛应用于SF₆气体绝缘电气设备中过热性故障的模拟，特别是SF₆气体绝缘电气设备接触面过热性故障的模拟。

Description

六氟化硫气体绝缘电气设备接触面过热性故障的模拟装置

技术领域

本发明属于六氟化硫（SF₆）气体绝缘电气设备的绝缘状态在线监测技术领域，具体涉及SF₆气体绝缘电气设备过热性故障的模拟装置。

背景技术

SF₆气体绝缘电气设备，以SF₆气体作为绝缘介质，具有绝缘强度高、运行稳定、占地面积小和维护工作量小等优点，在电力***中，尤其是大中城市电网建设和改造中得到愈来愈广泛的应用。但从近年来的运行情况看，其内部不可避免的缺陷仍会引起故障并随着运行时间的增长而不断扩大，一旦故障发生，SF₆气体绝缘电气设备由于其全封闭组合式结构使得故障定位和检修工作的执行非常困难，且与分离式结构设备相比，其事故的平均停电检修时间更长、停电范围更广，由此常常导致极大的经济损失。SF₆气体绝缘电气设备的故障模式主要有机械故障、过热性故障和放电性故障三种类型，以后两种为主，并且机械故障常以过热性故障和放电性故障的形式表现出来。SF₆气体绝缘电气设备的过热性故障通常是由于接触不良等原因而使得设备的热应力超过正常值，造成绝缘加速劣化，接触面过热性故障主要涉及SF₆气体绝缘电气设备中母线及连接体之间的接触面。过热性故障的初期一般表现为持续的局部温度过高，导致设备内的主要绝缘介质SF₆气体在局部高温的作用下发生分解，并与其中混杂的氧气（O₂）、水蒸气（H₂O）以及热源处的金属物质发生反应，生成如氟化硫酰（SO₂F₂）、氟化亚硫酰（SOF₂）、二氧化碳（CO₂）等产物，而所生成的这些特征产物又与故障点处的温度（能量）存在着极为密切的关系。因此，可通过对分解所生成的特征产物进行监测，得到分解特征产物与温度的关系，提取出能够表征故障源温度（能量）的特征量，并在此基础上揭示过热导致SF₆分解的本质，完善SF₆分解理论，为实现SF₆气体绝缘电气设备的状态监测和故障诊断提供科学的理论依据，促进SF₆气体绝缘电气设备在线监测***的设计和改进，提高电力部门判断SF₆气体绝缘电气设备绝缘状况的能力，从而避免大停电事故的发生，所以研制SF₆气体绝缘电气设备过热性故障的模拟装置，是保证电力***安全运行，保证国民生产正常进行的重要手段之一。

现有的SF₆气体绝缘电气设备故障的模拟实验装置，如专利号为ZL200710078493.0的 “六氟化硫放电分解组分分析***及其使用方法” 专利，公开的***主要包括调压控制台、隔离变压器、无晕试验变压器、无局放保护电阻、电容分压器、无感电阻、匹配阻抗、示波器、气相色谱仪。该专利的主要缺点是：只能对SF₆气体绝缘电气设备内发生的局部放电故障进行模拟，不能对SF₆气体绝缘电气设备内发生的局部过热性故障进行模拟。

发明内容

本发明的目的是针对现有的SF₆气体绝缘电气设备的故障模拟实验装置的不足，提供一种SF₆气体绝缘电气设备的过热性故障的模拟装置，能在实验室模拟SF₆气体绝缘电气设备等SF₆气体绝缘电气设备内不同程度的接触面过热性故障,并获得反映接触面过热故障下的分解气体组分及其含量的数据，为进一步完善评估SF₆电气设备绝缘状态提供可靠的实验基础。

实现本发明目的的技术方案是：一种SF₆气体绝缘电气设备接触面过热性故障的模拟装置，主要包括开关电源、固态继电器、过热性故障模拟元件、智能数显温度调节仪和气相色谱仪。

所述的开关电源（市购产品）的输入端通过导线与220V/50Hz的市电连接，所述开关电源的输出端（电压为12V，最大电流为10A）的正极通过导线与所述固态继电器输出端的正极连接后，所述固态继电器输出端的负极通过导线与所述的过热性故障模拟元件的发热体接线柱的正极连接，所述的开关电源的输出端的负极通过导线与所述的过热性故障模拟元件的发热体接线柱的负极连接，用以为过热性故障模拟元件的发热体提供所需的低压直流电。

所述的固态继电器（市购产品）的控制端通过导线与所述的智能数显温度调节仪的控制信号输出端连接，用以接收智能数显温度调节仪的输出信号，控制由开关电源产生的直流电能向所述的过热性故障模拟元件的发热体传输，从而实现对所述的发热体的表面发热温度进行调节。

所述的智能数显温度调节仪（市购产品）的输入端通过导线与所述的过热性故障模拟元件的温度传感器接线柱连接，用以接收所述的发热体温度传感器检测到的过热性故障模拟元件的发热体的温度信号，所述的智能数显温度调节仪的输出端通过导线与所述的固态继电器的输入端连接，用以控制固态继电器的导通与关断。

所述的过热性故障模拟元件，主要由缸体、发热体、发热体温度传感器、真空泵和真空泵球阀、SF₆气瓶、进气球阀和采样球阀构成。所述的缸体的材料为不锈钢，所述的缸体的形状为内径为40～50cm、厚度为0.8～1.5cm、高度为60～80cm的底端封闭的圆柱形。在所述的缸体的一侧壁的下部设置一孔径为1.5～2cm的通孔（即抽气孔）。所述的真空泵通过所述的真空泵球阀和不锈钢管与抽气孔连通，用以对缸体内抽真空。在所述的缸体的一侧壁的上部设置一孔径为1.5～2cm的通孔（即进气孔），所述的进气球阀的一端通过不锈钢进气管与进气孔连通，所述的进气球阀的另一端通过塑料导管与所述的SF₆气瓶连通，用以将SF₆气体输送入缸体；所述的气相色谱仪通过塑料导管和采样球阀及不锈钢管与不锈钢进气管连通，用以检测测量SF₆气体在过热性故障下的分解组分及其含量。在所述的缸体的抽气孔和进气孔之间的侧壁上，设置一孔径为1.5～2cm的通孔（即真空压力表孔），所述的真空压力表通过所述的真空压力表球阀和不锈钢管与真空压力表孔连通，用以监测和显示缸体内的真空度和SF₆气体的压力。在所述的缸体的底端的中心处设置两个孔径为0.5～0.7cm的圆形通孔，并分别通过环氧树脂将两个温度传感器接线柱分别固定在这两个通孔内，用以保证温度传感器接线柱与缸体间的绝缘。在所述的缸体的侧壁抽气孔的上方设置两个孔径为0.5～0.7cm的圆形通孔，并分别通过环氧树脂将两个温度传感器接线柱分别固定在这两个通孔内，用以保证温度传感器接线柱与缸体间的绝缘。所述的两个发热体接线柱位于所述的缸体内的一端，分别通过硬质铜线分别与所述的发热体的两极连接，所述的发热体通过固接在所述的缸体的内壁上的绝缘支柱并定位于所述的缸体的轴向中心的中部，所述的两个发热体接线柱位于所述的缸体外的一端，分别通过导线分别与所述的开关电源的负极和所述的固态继电器的输出端连接，以便所述的开关电源向所述的缸体内的发热体提供直流电能。所述的发热体的材质为或铝或电解铜，用以模拟SF₆气体绝缘电气设备材质，以保证模拟的真实性与准确性，所述的发热体（订购产品）的形状为直径为1.5～5cm、厚度为6～16cm的圆柱体，用以模拟SF₆气体绝缘电气设备形状，以保证模拟的真实性与准确性。在所述的发热体一侧表面的中部设置有发热体温度传感器，用以检测发热体的温度，所述的发热体温度传感器的两端分别通过绝缘铜导线分别与所述的两个温度传感器接线柱位于的所述的缸体内的一端连接，所述的两个温度传感器接线柱位于的所述的缸体外的一端分别通过导线与所述的智能数显温度调节仪的输入端连接，用以将所述的发热体温度传感器检测到的发热体的温度信号传送至缸体外的智能数显温度调节仪。在所述的缸体的侧壁位于进气孔上方设置一装置温度传感器，用以监测缸体的温度，以保证过热性故障模拟元件和实验人员的安全。在所述的缸体的上端开口处，固接一直径为50～60cm、厚度为0.8～1.5cm的不锈钢材质的法兰，所述的法兰通过O型密封圈和螺栓与直径50～60cm、厚度为1.2～1.5cm的不锈钢材质的封口连接，用以保证所述的缸体的密封性，以避免环境中干扰气体的影响从而保证模拟实验的准确。在所述的缸体的底端沿圆柱面的外侧均匀的固接3～4个长度为8～10cm的支撑脚，用以支撑和保护缸体、方便操作和监测。

所述的气相色谱仪（市购产品）用以检测出 ppmv级的 SO₂F₂、SOF₂、二氧化硫(SO₂)等SF₆气体的各种分解气体产物及空气、四氟化碳（CF₄）、H₂O等气体杂质及检测SF₆气体分解气体组分中的SO₂F₂、SOF₂、CO₂、CF₄等的含量。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：

1.能模拟SF₆气体绝缘电气设备中接触面过热性故障，弥补了现有通过检测SF₆分解气体组分评估SF₆电气设备状态的实验装置及评估装置未考虑SF₆气体绝缘电气设备内过热性故障的存在这方面的不足，提高了对SF₆气体绝缘电气设备故障判断的准确性。

2.本发明能模拟SF₆气体绝缘电气设备中接触面过热性故障，并且模拟的准确度高，检测的精度高。

3.本发明装置中的发热体材质选用铝或电解铜，能真实的模拟SF₆气体绝缘电气设备材质，发热体的形状为圆柱形，发热体的温度为200～600℃，能真实的模拟SF₆气体绝缘电气设备中接触面过热性故障的常见情况，从而进一步提高模拟的准确性和精确度。

4.本发明装置设置有发热体温度传感器，实现了对发热体温度的监测，能准确模拟设备中出现的不同的过热性故障状态，保证模拟的准确性。

5.本发明装置中设置有装置温度传感器，能及时准确的监测缸体的温度，保证过热性故障模拟元件和实验人员的安全。

6.本发明装置的结构简单，成本低。

本发明可广泛用于SF₆气体绝缘电气设备中局部过热性故障的模拟，特别适用于SF₆气体绝缘电气设备设备中接触面过热性故障的模拟，为科研、教学、研究院所和设备制造厂家及电力***中对SF₆气体绝缘电气设备设备在线状态检测的理论分析和应用研究提供了一种简单易用的方法和实验平台。

附图说明

图1为本发明装置的原理框图；

图2为本发明装置的过热性故障模拟元件的结构示意图；

图3为图2的俯视图。

图中：1、开关电源，2、固态继电器，3、过热性故障模拟元件，4、智能数显温度调节仪，5、气相色谱仪，6、封口，7、O型密封圈，8、缸体，9、发热体，10、发热体温度传感器，11、温度传感器接线柱，12、发热体接线柱，13、真空泵球阀，14、真空泵，15、支撑脚，16、采样球阀，17、进气球阀，18、SF₆气瓶，19、装置温度传感器 ，20、真空压力表，21、真空压力表球阀。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。

实施例1

如图1～3所示，一种SF₆气体绝缘电气设备过热性故障的模拟装置，主要包括开关电源1、固态继电器2、过热性故障模拟元件3、智能数显温度调节仪4和气相色谱仪5。

所述的开关电源1（市购产品）的输入端通过导线与220V/50Hz的市电连接，所述开关电源1的输出端（电压为12V，最大电流为10A）的正极通过导线与所述固态继电器2输出端的正极连接，所述固态继电器2输出端的负极通过导线与所述的过热性故障模拟元件3的温度传感器接线柱11的正极连接，所述的开关电源1的输出端的负极通过导线与所述的过热性故障模拟元件3的温度传感器接线柱11的负极连接，用以为过热性故障模拟元件3的发热体9提供所需的低压直流电。

所述的固态继电器2（市购产品）的控制端通过导线与所述的智能数显温度调节仪4的控制信号输出端连接，用以接收智能数显温度调节仪4的输出信号，控制由开关电源1产生的直流电能向所述的过热性故障模拟元件3的发热体9传输，从而实现对所述的发热体9的温度进行调节。

所述的智能数显温度调节仪4（市购产品）的输入端通过导线与所述的过热性故障模拟元件3的发热体接线柱12连接，用以接收所述的发热体温度传感器10检测到的过热性故障模拟元件3的发热体9的温度信号，所述的智能数显温度调节仪4的输出端通过导线与所述的固态继电器2的输入端连接，用以控制固态继电器2的导通与关断。

所述的过热性故障模拟元件3，主要由缸体8、发热体9、发热体温度传感器10、真空泵14和真空泵球阀13、SF₆气瓶18、进气球阀17和采样球阀16构成。所述的缸体8的材料为不锈钢，所述的缸体8的形状为内径为40cm、厚度为0.8cm、高度为60cm的底端封闭的圆柱形。在所述的缸体8的一侧壁的下部设置一孔径为1.5cm的通孔（即抽气孔）。所述的真空泵14通过所述的真空泵球阀13和不锈钢管与抽气孔连通，用以对缸体8内抽真空。在所述的缸体8另一侧壁的上部设置一孔径为1.5cm的通孔（即进气孔），所述的进气球阀17的一端通过不锈钢进气管与进气孔连通，所述的进气球阀17的另一端通过塑料导管与所述的SF₆气瓶18连通，用以将SF₆气体输送入缸体8内；所述的气相色谱仪5通过塑料导管和采样球阀16及不锈钢管与不锈钢进气管连通，用以检测测量SF₆气体在过热故障下的分解组分及其含量。在所述的缸体8的抽气孔和进气孔之间的侧壁上，设置一孔径为1.5cm的通孔（即真空压力表孔），所述的真空压力表20通过所述的真空压力表球阀21和不锈钢管与真空压力表孔连通，用以监测和显示缸体8内的真空度和SF₆气体的压力。在所述的缸体8的底端的中心处设置两个孔径为0.5cm的圆形通孔，并分别通过环氧树脂将两个发热体接线柱12分别固定在这两个通孔内，用以保证发热体接线柱12与缸体8间的绝缘。在所述的缸体8的侧壁抽气孔的上方设置两个孔径为0.5cm的圆形通孔，并分别通过环氧树脂将两个发热体接线柱12分别固定在这两个通孔内，用以保证发热体接线柱12与缸体8间的绝缘。所述的两个温度传感器接线柱11位于所述的缸体8内的一端，分别通过硬质铜线分别与所述的发热体9的两极连接，所述的发热体9通过固接在所述的缸体８的内壁上的绝缘支柱并定位于所述的缸体8的轴向中心的中部，所述的两个发热体接线柱12位于所述的缸体外的一端，分别通过导线分别与所述的开关电源1的负极和所述的固态继电器2的输出端连接，以便所述的开关电源1向所述的缸体8内的发热体9提供直流电能。所述的发热体9的材质为铝，用以模拟SF₆气体绝缘电气设备的材质，以保证模拟的真实性与准确性，所述的发热体9（订购产品）的形状为直径为1.5～5cm、厚度为6～16cm的圆柱体。在所述的发热体9一侧表面的中部设置有发热体温度传感器10，用以检测发热体9的温度，所述的发热体温度传感器10的两端分别通过绝缘铜导线分别与所述的两个发热体接线柱12位于的所述的缸体8内的一端连接，所述的两个发热体接线柱12位于的所述的缸体8外的一端分别通过导线与所述的智能数显温度调节仪4的输入端连接，用以将所述的发热体温度传感器10检测到的发热体9的温度信号传送至缸体8外的智能数显温度调节仪4。在所述的缸体8的侧壁位于进气孔上方设置一装置温度传感器19，用以监测缸体8的温度，以保证过热性故障模拟元件3和实验人员的安全。在所述的缸体8的上端开口处，固接一直径为50cm、厚度为0.8cm的不锈钢材质的法兰，所述的法兰通过O型密封圈7和螺栓与直径50cm、厚度为1.2cm的不锈钢材质的封口6连接，用以保证所述的缸体8的密封性，以避免环境中干扰气体的影响从而保证模拟实验的准确。在所述的缸体8的底端沿圆柱面的外侧均匀的固接4个长度为9cm的支撑脚15，用以支撑和保护缸体8、方便操作和监测。

所述的气相色谱仪5（市购产品）可以检测出 ppmv级的 SO₂F₂、SOF₂、二氧化硫(SO₂)等各种SF₆放电分解气体产物及空气、四氟化碳（CF₄）、H₂O等气体杂质，用以检测SF₆分解气体组分中的SO₂F₂、SOF₂、CO₂、CF₄等的含量。

实施例2

一种SF₆气体绝缘电气设备过热性故障的模拟装置，同实施例1，其中：所述的缸体8的形状为内径为45cm、厚度为1.2cm、高度为70cm。在所述的缸体8的一侧壁的下部设置一孔径为1.7cm的通孔（即抽气孔）。在所述的缸体8另一侧壁的上部设置一孔径为1.7cm的通孔（即进气孔）。在所述的缸体8的抽气孔和进气孔之间的侧壁上，设置一孔径为1.7cm的通孔（即真空压力表孔）。在所述的缸体8的底端的中心处设置两个孔径为0.6cm的圆形通孔。在所述的缸体8的侧壁抽气孔的上方设置两个孔径为0.6cm的圆形通孔。所述的发热体9的材质为电解铜，所述的发热体9的形状为直径为3cm，厚度为8cm的圆柱体。在所述的缸体8的上端开口处，固接一直径为55cm、厚度为1.2cm的的法兰6，所述的封口5的直径55cm、厚度为1.3cm。所述的缸体8的底端3个支撑脚15的长度为8cm。

实施例3

一种SF₆气体绝缘电气设备过热性故障的模拟装置，同实施例1，其中：所述的缸体8的形状为内径为50cm、厚度为1.5cm、高度为80cm、。在所述的缸体8的一侧壁的下部设置一孔径为12cm的通孔（即抽气孔）。在所述的缸体8另一侧壁的上部设置一孔径为2cm的通孔（即进气孔）。在所述的缸体8的抽气孔和进气孔之间的侧壁上，设置一孔径为2cm的通孔（即真空压力表孔）。在所述的缸体8的底端的中心处设置两个孔径为0.7cm的圆形通孔。在所述的缸体8的侧壁抽气孔的上方设置两个孔径为0.7cm的圆形通孔。所述的发热体9的材质为电解铜，所述的发热体9的形状为直径为5cm，厚度为16cm的圆柱体。在所述的缸体8的上端开口处，固接一直径为60cm、厚度为1.5cm的不锈钢材质的法兰，所述的封口5的直径60cm、厚度为1.5cm。所述的缸体8的底端4个支撑脚15的长度为10cm。

Claims (1)

1.一种六氟化硫气体绝缘电气设备接触面过热性故障的模拟装置，其特征在于主要包括开关电源（1）、固态继电器（2）、过热性故障模拟元件（3）、智能数显温度调节仪（4）和气相色谱仪（5）；

所述的开关电源（1）的输入端通过导线与220V/50Hz的市电连接，所述开关电源（1）的输出端的正极通过导线与所述固态继电器（2）输出端的正极连接，所述固态继电器（2）输出端的负极通过导线与所述的过热性故障模拟元件（3）的发热体接线柱（12）的正极连接，所述的开关电源（1）的输出端的负极通过导线与所述的过热性故障模拟元件（3）的发热体接线柱（12）的负极连接；

所述的固态继电器（2）的控制端通过导线与所述的智能数显温度调节仪（4）的控制信号输出端连接；

所述的智能数显温度调节仪（4）的输入端通过导线与所述的过热性故障模拟元件（3）的温度传感器接线柱（11）连接，所述的智能数显温度调节仪（4）的输出端通过导线与所述的固态继电器（2）的输入端连接；

所述的过热性故障模拟元件（3），主要由缸体（8）、发热体（9）、发热体温度传感器（10）、真空泵（14）和真空泵球阀（13）、SF₆气瓶（18）、进气球阀（17）和采样球阀（16）构成，所述的缸体（8）的材料为不锈钢，所述的缸体（8）的形状为内径为40～50cm、厚度为0.8～1.5cm、高度为60～80cm的底端封闭的圆柱形，在所述的缸体（8）的一侧壁下部设置一孔径为1.5～2cm的通孔，所述的真空泵（14）通过所述的真空泵球阀（13）和不锈钢管与抽气孔连通，在所述的缸体（8）另一侧壁的上部设置一孔径为1.5～2cm的通孔，所述的进气球阀（17）的一端通过不锈钢进气管与进气孔连通，所述的进气球阀（17）的另一端通过塑料导管与所述的SF₆气瓶（18）连通，所述的气相色谱仪（5）通过塑料导管和采样球阀（16）及不锈钢进气管连通，在所述的缸体（8）的抽气孔和进气孔之间的侧壁上，设置一孔径为1.5～2cm的通孔，所述的真空压力表（20）通过所述的真空压力表球阀（21）和不锈钢管与真空压力表孔连通，在所述的缸体（8）的底端的中心处设置两个孔径为0.5～0.7cm的圆形通孔，并分别通过环氧树脂将两个发热体温度传感器接线柱（11）分别固定在这两个通孔内，在所述的缸体（8）的侧壁抽气孔的上方设置两个孔径为0.5～0.7cm的圆形通孔，并分别通过环氧树脂将两个温度传感器接线柱（11）分别固定在这两个通孔内，所述的两个发热体接线柱（12）位于所述的缸体（8）内的一端，分别通过硬质铜线分别与所述的发热体（9）的两极连接，所述的发热体（9）通过固接在所述的缸体（8）的内壁上的绝缘支柱并定位于所述的缸体（8）的轴向中心的中部，所述的两个发热体接线柱（12）位于所述的缸体（8）外的一端，分别通过导线分别与所述的开关电源（1）的负极和所述的固态继电器（2）的输出端连接，所述的发热体（9）的材质为或铝或电解铜，所述的发热体（9）的形状为直径为1.5～5cm、厚度为6～16cm的圆柱体，在所述的发热体（9）一侧表面的中部设置有发热体温度传感器（10），所述的发热体温度传感器（10）的两端分别通过绝缘铜导线分别与所述的两个温度传感器接线柱（11）位于的所述的缸体（8）内的一端连接，所述的两个温度传感器接线柱（11）位于的所述的缸体（8）外的一端分别通过导线与所述的智能数显温度调节仪（4）的输入端连接，在所述的缸体（8）的侧壁位于进气孔上方设置一装置温度传感器（19），在所述的缸体（8）的上端开口处，固接一直径为50～60cm、厚度为0.8～1.5cm的不锈钢材质的法兰，所述的法兰通过O型密封圈（7）和螺栓与直径50～60cm、厚度为1.2～1.5cm的不锈钢材质的封口（6）连接，在所述的缸体（8）的底端沿圆柱面的外侧均匀的固接3～4个长度为8～10cm的支撑脚（15）。

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