CN203150462U - 一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种六氟化硫高压电气设备。一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，包括高压电气的设备本体、设备本体内设有六氟化硫气室、密度继电器，所述六氟化硫气室充有六氟化硫气体，其特征在于：所述的高压电气设备还包括防止六氟化硫气体液化装置，该防止六氟化硫气体液化装置包括充有六氟化硫气体的储气罐、加热装置和连接管，所述连接管的一端密封连接在高压电气设备本体的补气口或专用连接口上，而另一端连接在储气罐上以使储气罐内与六氟化硫气室相互连通，储气罐与加热装置设置在一起。本实用新型可防止六氟化硫气体液化或液化过多，确保六氟化硫高压电气设备在严寒天气时的安全运行。

Description

一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备

技术领域

    本实用新型涉及高压电气设备，尤其涉及六氟化硫高压电气设备。

背景技术

由于六氟化硫气体具有优异的绝缘和灭弧性能，是高压电气设备（尤其是高压断路器）中理想的绝缘和灭弧介质，在国内外得到广泛应用。六氟化硫气体的优异性能是在一定密度和压力下实现的，当温度降到一定程度时，高压电气设备内部的六氟化硫气体将出现液化现象，其液化温度与密度和压力有关，密度越大，液化温度越高。由于高压电气设备内部六氟化硫气体液化，部分气体变成液体，六氟化硫气体的密度和压力将逐渐减小，从而会造成高压电气设备的绝缘性能和开断能力下降，严重影响了高压电气设备的可靠运行。

户外用高压断路器是其一大应用，其使用范围大，可在纬度高于45度地区使用，比如在我国新疆、内蒙古、冀北及东北地区，冬季气候寒冷，户外温度达到-40℃，部分地区甚至到达-50℃，六氟化硫断路器在这种温度下会因六氟化硫气体液化，气体压力降低到闭锁压力值，六氟化硫断路器无法正常工作，不得不退出运行，严重时会造成大面积停电。

为解决六氟化硫高压电气设备在超低温下可靠运行的问题，有关厂家和研究院（所）对此进行了大量的分析和试验，取得了如下几种解决方案，但均不理想，具体有：

1、采用混合气体（六氟化硫/N₂;六氟化硫/CF4等）作为灭弧，绝缘介质，其缺点是：对于高压断路器的开断电源能力只有原来的80%左右，且制造技术要求较高，成本昂贵；混合气体的比例混合方法需合理的配比，否则混合气体的绝缘特性和灭弧特性将严重削弱，同时一旦漏气，但是由于两种高压力的气体混合在一起，其泄漏率不同，补充气体工艺很繁杂，达不到产品技术要求，给该产品的使用、检测、管理带来了许多不便，因此也不能得以推广。

2、采用降低六氟化硫气压来达到六氟化硫气体液化点降低，但是由于气体压力降低，气体密度随之亦降低，导致高压断路器的灭弧性能和绝缘性能降低。直接影响高压断路器的开断电流能力，满足不了需要正常开断容量用户的要求，使产品使用受到很大的局限。

3、采用对六氟化硫高压电气设备内的六氟化硫气体直接进行加热的技术。采用直接加热的方法来提高六氟化硫高压电气设备内部的六氟化硫气体温度，防止六氟化硫气体液化。目前现有技术，对罐式六氟化硫断路器，是在罐体外侧（如专利ZL200820150430.1(CN201242969Y)）或罐体上开设的拔口里（如专利ZL201020224456.3(CN201796803U)）加装电加热装置，为提高加热效率，在电加热带外部需加装保温层和防护层。此方法的缺点是：由于罐式六氟化硫断路器的六氟化硫气体是很好密封在罐体内，要对其加热，只能靠热传导方式传热，结构复杂，热效率低，同时由于直接加热，还会对罐式六氟化硫断路器的密封圈加速老化，造成漏气，带来严重安全问题；而对于瓷柱式六氟化硫断路器而言，高压开关制造厂目前采取了以下一些措施：即在高压断路器六氟化硫气室内部或外部设置加热器，并由智能温度控制器自动控制，当环境温度降低至一定温度以下时，温控器接通加热器电源对六氟化硫气室加热，使六氟化硫气室温度始终保持在一定温度以上。这些措施，对于户外瓷柱式断路器的使用效果很不理想，因为，如果把加热器放置在六氟化硫气室内部，一旦加热器损坏几乎是无法更换，所以这种方法很少采用。而如果把加热器放置在六氟化硫气室外部，目前的技术，要么加热效果很差，要么带来其它严重问题，如使密封圈快速老化，造成漏气问题。如专利ZL200610152005.1(CN1925084A)采用的技术就是在瓷柱式六氟化硫断路器的每相瓷柱的支柱瓷套下端设有加热装置，当温度低时，开启加热器，由于瓷柱式六氟化硫断路器的气体是密封在瓷柱内的，瓷柱是一种绝热材料，为了达到效果，选用很大的加热器，这样虽然达到了不让瓷柱式六氟化硫断路器的六氟化硫气体液化，可是由于支柱瓷套下端温度很高，造成支柱瓷套下端的密封圈快速老化，时间不长就失效，造成漏气。还有，如专利ZL200620086633.X(CN2927307Y)采用在高压断路器底部底板上设有加热装置、ZL201120025943.1(CN202013833U)采用一种加热保温外套包裹在高压断路器的操动机构箱和传动机构箱的横梁外的办法，由于六氟化硫断路器的气体是密封在瓷柱内的，瓷柱是一种绝热材料，其加热效果不好，不能根本解决问题。

采用对高压电气设备的六氟化硫气体直接进行加热的技术，从原理上很简单，但目前的技术实施起来却很困难，由于高压电气设备的六氟化硫气体是密封在高压电气设备本体中的六氟化硫气室里，加上高压电气设备的电压很高，一般难以直接对六氟化硫气室加热。这样其加热效果还不是很理想，或者带来类似让密封圈快速老化而造成漏气的严重问题。

综上所述，当前的六氟化硫高压电气设备在寒冷地区运行存在着六氟化硫气体液化的问题，给电网的安全运行带来隐患。

发明内容

为了解决六氟化硫高压电气设备现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种应用在寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，它具有在极寒地区其六氟化硫气体不会液化的优点，为保障电力的安全运行起到巨大作用。

本实用新型一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，包括高压电气的设备本体、该设备本体内设有六氟化硫气室、密度继电器，所述六氟化硫气室充有六氟化硫气体，所述的高压电气设备还包括防止六氟化硫气体液化装置，该防止六氟化硫气体液化的装置包括充有六氟化硫气体的六氟化硫储气罐、对六氟化硫储气罐提供加热的加热装置和连接管，所述连接管的一端密封连接在高压电气设备本体的补气口或专用连接口上，而另一端连接在六氟化硫储气罐的出气口上以使储气罐内与六氟化硫气室相互连通，所述加热装置和该六氟化硫储气罐设置在一起。

所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，所述六氟化硫储气罐由钢材焊接而成或钢瓶制成。

所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，所述的加热装置设置在六氟化硫储气罐外面，其外设有绝热层。

所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，所述的加热装置设置在六氟化硫储气罐内，储气罐外设有绝热层。

所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，所述的防止六氟化硫气体液化装置上还设有阀门。

所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，所述的连接管的外面设有绝热层。

所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，所述的防止六氟化硫气体液化装置还设有六氟化硫密度继电器或密度表或压力开关，监控所述储气罐内部的六氟化硫气体的密度和压力。

所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，所述加热装置具有监控所述六氟化硫气室内的温度和气体密度以及环境温度的内外温度传感器、压力传感器和智能控制元件。

所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，所述加热装置还具有加热元件断路报警电路。

所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，所述智能控制元件根据储气罐内和/或六氟化硫气室内的温度和气体密度以及环境温度控制加热元件。

本实用新型的创新点是：在传统的六氟化硫高压电气设备上加装防止六氟化硫气体液化装置，防止六氟化硫气体液化装置设有六氟化硫储气罐，以及加热装置。当高压电气设备本体的环境温度低时，加热装置就开始对储气罐加热，储气罐内的六氟化硫气体得到加热，其温度将升高，与六氟化硫气室的六氟化硫气体将形成对流，快速把热量直接传递到六氟化硫气室，使六氟化硫气室的六氟化硫气体的温度得到升高，防止液化或液化过多，即始终让高压电气设备本体内的六氟化硫气室的六氟化硫气体的温度高于其液化零界温度，或确保高压电气设备本体内的六氟化硫气室的六氟化硫气体的密度高于高压电气设备的报警值，确保六氟化硫高压电气设备在严寒天气时的安全运行。由于六氟化硫储气罐是通过连接管与高压电气设备连接的，而六氟化硫储气罐是采用钢材焊接而成的，通过一细长的连接接头与连接管连接，所有连接处已经远离加热元件，其连接处的密封圈的温度完全在正常工作范围内，不会使密封圈老化，不会发生气体泄漏现象。总之，本实用新型的核心创新之处是通过在传统的六氟化硫高压电气设备上加装六氟化硫储气罐，以及加热装置。通过加热装置对六氟化硫储气罐加热，先使储气罐内的六氟化硫气体得到加热，使其温度升高，与六氟化硫气室的六氟化硫气体形成热对流，快速把热量直接传递到六氟化硫气室，使六氟化硫气室的六氟化硫气体的温度得到升高，防止高压电气设备本体内的六氟化硫气室的六氟化硫气体液化或液化过多，确保六氟化硫高压电气设备在严寒天气时的安全运行，克服了现有技术加热装置直接对六氟化硫气室加热的诸多问题（具体见背景技术介绍），很好的解决了电力***多年来一直存在的问题：六氟化硫高压电气设备在严寒天气时的可靠安全运行问题。通过这样的创新，使六氟化硫高压电气设备在极寒地区其六氟化硫气体不会发生液化，确保六氟化硫高压电气设备安全运行。本实用新型可以直接应用在新设计的六氟化硫高压电气设备上，也可以对现有已经运行的六氟化硫高压电气设备进行改造。

备注：所述的六氟化硫高压电气设备包括六氟化硫高压瓷柱式断路器、六氟化硫高压罐式断路器、六氟化硫GIS、六氟化硫电流互感器、六氟化硫电压互感器、六氟化硫变压器等电气设备。另外，六氟化硫辅助储气罐还可以由其它金属材料焊接而成，或其它材料密封制成。

附图说明

图1为本实用新型的一种六氟化硫高压电气设备外形图；

图2为本实用新型的一种六氟化硫高压电气设备的防止六氟化硫气体液化装置的结构示意图；

图3为本实用新型一种六氟化硫高压电气设备的防止六氟化硫气体液化装置的加热装置的控制示意图；

图4为本实用新型的另一种六氟化硫高压电气设备外形图；

图5为本实用新型的另一种六氟化硫高压电气设备外形图；

图6为图5所示本实用新型的另一种六氟化硫高压电气设备的防止六氟化硫气体液化装置的结构示意图；

图7为图5所示的本实用新型的另一种六氟化硫高压电气设备的防止六氟化硫气体液化装置的加热装置的控制示意图；

具体实施方式

为了能更好地对本实用新型的技术方案进行理解，下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型进行详细地说明：

请参阅图1、图2、图3，本实用新型的第一种六氟化硫高压电气设备，包括高压电气设备本体11、设置在高压电气设备本体内的六氟化硫气室12、密度继电器13、防止六氟化硫气体液化的装置。防止六氟化硫气体液化的装置包括六氟化硫储气罐1、连接管2、加热装置3、绝热层4、壳体5、阀门6、接头7、绝热层8等组成。而加热装置3主要由加热元件31、开关32、控制器33、装置内温度传感器34、环境温度传感器35、智能控制元件36、压力传感器37等组成。其中六氟化硫储气罐1安装在高压电气设备旁，连接管2的一端密封连接在高压电气设备本体的补气口9或专用连接口上，而另一端连接在阀门6的出气口上，阀门6的进气口连接在六氟化硫储气罐1的出气口上并安装在储气罐1上，同时六氟化硫储气罐1上还连接有接头7，作为补气等用途。加热元件31可以装在六氟化硫储气罐1的外面，加热元件31的外面装有保温效果良好的绝热层4。六氟化硫储气罐1、加热元件31、开关32、控制器33、智能控制元件36、压力传感器37、绝热层4、阀门6、接头7等都安装在壳体5内。内温度传感器34安装在六氟化硫储气罐1，而外温度传感器35安装在壳体5的外面，能够测量到室外温度。安装好后，把六氟化硫补气气源与接头7相连接，对六氟化硫储气罐1抽真空，充高纯氮气，再充六氟化硫气体，直至六氟化硫储气罐1中的六氟化硫气体压力达到六氟化硫高压电气设备要求或者规定的额定压力为止。

在寒冷季节时，温度下降很低时，打开阀门6，开启加热装置3。当打开阀门6时，六氟化硫储气罐1的六氟化硫气体就通过连接管2和补气口9与高压电气设备本体内的六氟化硫气室12的六氟化硫气体相连通。通过温度传感器35检测到大气温度，当大气温度下降到预先设定值时，智能控制元件36就启动控制器33，控制器33开启加热元件31，加热元件31即对给六氟化硫储气罐1及内部的六氟化硫气体加热。由于有绝热层4的保温作用，六氟化硫储气罐1内部的六氟化硫气体的温度很快得到升高，当温度高于高压电气设备本体内的六氟化硫气室12的六氟化硫气体的温度时，使该两处的六氟化硫气体存在温差。因为两处六氟化硫气体不同的温度导致引起六氟化硫储气罐和气室之间的的密度差，造成对流。而对流传导因为牵扯到动力过程，所以比直接传导迅速，能快速传热，效率高，效果好。这样，储气罐1的六氟化硫气体与六氟化硫气室12的六氟化硫气体通过循环流动，造成热对流，快速把热量直接传导到六氟化硫气室12，使六氟化硫气室12的六氟化硫气体的温度得到升高，密度（压力）同步上升，就可以防止液化或液化过多，即始终让高压电气设备本体内的六氟化硫气室12的六氟化硫气体的温度高于其液化临界温度，或确保高压电气设备本体内的六氟化硫气室12的六氟化硫气体的密度高于高压电气设备的报警值，确保六氟化硫高压电气设备在严寒天气时的安全运行。而当大气温度上升到另一预先设定值时，智能控制元件36就关断控制器33，控制器33关断加热元件31，加热元件31就停止给六氟化硫储气罐1及内部的六氟化硫气体加热，节约电能，同时可以延长加热元件的使用寿命。同时为了保障***的可靠运行，加热装置还设有加热元件断路报警功能，即当加热元件由于使用寿命或损坏，造成断路时，智能控制元件36将会发出报警信号，通知工作人员及时处理，保障可靠工作。

本实用新型还可通过内温度传感器34、外温度传感器35、智能控制元件36、压力传感器37的作用，检测到大气环境温度、六氟化硫储气罐1内部的六氟化硫气体温度、高压电气设备本体内的六氟化硫气室12的六氟化硫气体的压力密度，进而依据六氟化硫气体压力温度特性，以及六氟化硫高压电气设备运行要求，由智能控制元件36实现对控制器33和加热元件31的智能自动控制，实现高压电气设备本体内的六氟化硫气室12的六氟化硫气体的温度高于其液化临界温度，保证六氟化硫高压电气设备在极寒温度下安全运行，同时又确保节约电能。

在非寒冷季节时，关闭阀门6，此时六氟化硫储气罐1的六氟化硫气体与高压电气设备本体内的六氟化硫气室12的六氟化硫气体是不相通。同时切断加热装置3的开关32，使加热元件31不工作，此时，由于是非寒冷季节，六氟化硫高压电气设备中的六氟化硫气体是不会液化的，六氟化硫高压电气设备能够安全工作。

对于新制造的六氟化硫高压电气设备，其六氟化硫储气罐可以直接与六氟化硫气室相连通。防止六氟化硫气体液化装置可以直接设置在六氟化硫高压电气设备本体上，即使防止六氟化硫气体液化装置与六氟化硫高压电气设备融为一体。例如，防止六氟化硫气体液化装置可以直接设置在六氟化硫高压断路器的机构箱14上或横梁上，如图4所示。

请参见图5、图6、图7，本实用新型的六氟化硫高压电气设备的第二种实施例，包括高压电气设备本体11、设置在高压电气设备本体内的六氟化硫气室12、密度继电器13、防止六氟化硫气体液化装置。防止六氟化硫气体液化装置包括六氟化硫储气罐1、连接管2、加热装置3、绝热层4、壳体5、阀门61、阀门62、接头7、绝热层8、密度继电器10等组成。而加热装置3主要由加热元件31、开关32、自动恒温控制器38等组成。

在寒冷季节时，温度下降很低时，打开阀门61和阀门62，开启加热装置3。当打开阀门61和阀门62时，六氟化硫储气罐1的六氟化硫气体就与高压电气设备本体内的六氟化硫气室12的六氟化硫气体相连通。通过自动恒温控制器38的温度传感器381检测到大气温度，当大气温度下降到预先设定值时，自动恒温控制器38就启动控制器33，控制器33开启加热元件31，加热元件31就开始给六氟化硫储气罐1及内部的六氟化硫气体加热。储气罐1的六氟化硫气体与六氟化硫气室12的六氟化硫气体通过循环流动，造成热对流，快速把热量直接传导到六氟化硫气室12，使六氟化硫气室12的六氟化硫气体的温度得到升高，就可以防止液化或液化过多，即始终让高压电气设备本体内的六氟化硫气室12的六氟化硫气体的温度高于其液化临界温度，或确保高压电气设备本体内的六氟化硫气室12的六氟化硫气体的密度高于高压电气设备的报警值，确保六氟化硫高压电气设备在严寒天气时的安全运行。而当大气温度上升到另一预先设定值时，自动恒温控制器38就关断控制器33，控制器33关断加热元件31，加热元件31就停止给六氟化硫储气罐1及内部的六氟化硫气体加热，节约电能，同时可以延长加热元件的使用寿命。同时为了保障***的可靠运行，加热装置还设有加热元件断路报警功能，即当加热元件由于使用寿命或损坏，造成断路时，自动恒温控制器38将会发出报警信号，通知工作人员及时处理，保障可靠工作。

综上所述，本实用新型由于采用了在传统的六氟化硫高压电气设备上加装防止六氟化硫气体液化装置。防止六氟化硫气体液化装置设有六氟化硫储气罐，以及加热装置，通过加热装置加热六氟化硫储气罐的气体，形成热对流。通过对流的传热方式，把热量快速传递到高压电气设备内的六氟化硫气室的原理，防止六氟化硫气体液化或过多液化，确保高压电气设备在寒冷天气可靠运行。由于六氟化硫储气罐是通过连接管与高压电气设备连接的，而六氟化硫储气罐是采用钢材焊接而成的，通过一细长的连接接头与连接管连接，所有连接处已经远离加热元件，其连接处的密封圈的温度完全在正常工作范围内，不会使密封圈老化，不会发生气体泄漏现象。总之，本实用新型的核心创新之处是通过在传统的六氟化硫高压电气设备上加装六氟化硫储气罐。通过加热装置对六氟化硫储气罐加热，先使储气罐内的六氟化硫气体得到加热，使其温度升高，与六氟化硫气室的六氟化硫气体形成热对流，快速把热量直接传递到六氟化硫气室，使六氟化硫气室的六氟化硫气体的温度得到升高，防止高压电气设备本体内的六氟化硫气室的六氟化硫气体液化或液化过多，确保六氟化硫高压电气设备在严寒天气时的安全运行，克服了现有技术加热装置直接对六氟化硫气室加热的诸多问题（具体见背景技术介绍），很好的解决了电力***多年来一直存在的问题：六氟化硫高压电气设备在严寒天气时的可靠安全运行问题。试想，如果没有实行在传统六氟化硫高压电气设备上加装六氟化硫储气罐的创新，就不能实现通过热对流的传热方式，把热量快速高效地传递到六氟化硫气室。所以，通过这样的创新，使六氟化硫高压电气设备在极寒地区其六氟化硫气体不会发生液化，同时也不会降低六氟化硫高压电气设备的使用寿命，确保六氟化硫高压电气设备安全运行。特别是，本实用新型可以直接应用在新设计的六氟化硫高压电气设备上，也可以对现有已经运行的六氟化硫高压电气设备进行改造。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型的，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，包括高压电气的设备本体、该设备本体内设有六氟化硫气室、密度继电器，所述六氟化硫气室充有六氟化硫气体，其特征在于：所述的高压电气设备还包括防止六氟化硫气体液化装置，该防止六氟化硫气体液化装置包括充有六氟化硫气体的六氟化硫储气罐、对六氟化硫储气罐提供加热的加热装置和连接管，所述连接管的一端密封连接在高压电气设备本体的补气口或专用连接口上，而另一端连接在六氟化硫储气罐的出气口上以使储气罐内与六氟化硫气室相互连通，所述加热装置和该六氟化硫储气罐设置在一起。

2.根据权利要求1所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：所述六氟化硫储气罐由钢材焊接而成或钢瓶制成。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：所述的加热装置设置在六氟化硫储气罐外面，其外设有绝热层。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：所述的加热装置设置在六氟化硫储气罐内，储气罐外设有绝热层。

5.根据权利要求1所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：所述的防止六氟化硫气体液化装置还设有阀门。

6.根据权利要求1所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：所述的连接管的外面设有绝热层。

7.根据权利要求1所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：所述的防止六氟化硫气体液化装置还设有六氟化硫密度继电器或密度表或压力开关，监控所述储气罐内部的六氟化硫气体的密度和压力。

8.根据权利要求1所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：所述加热装置具有监控所述储气罐内和/或六氟化硫气室内的温度和气体密度以及环境温度的内外温度传感器、压力传感器和智能控制元件。

9.根据权利要求8所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：所述加热装置还具有加热元件断路报警电路。

10.根据权利要求8所述的一种用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：所述智能控制元件根据储气罐内和/或六氟化硫气室内的温度和气体密度以及环境温度控制加热元件。

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