CN208384081U - 一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，包括主壳体、喷口、气缸、活塞、活塞支撑杆、下盖板动触头、静触头、电机拉杆、拉杆、绝缘拉杆和驱动电机，本实用新型提出的试验装置相对于断路器在进行试验过程中极大地减少了用气量，从而降低了试验成本；本实用新型提出的试验装置中各个零部件常见且易加工，拆装方便，便于后期维护；本实用新型试验装置解决了采用已成型的断路器做试验在一定程度上制约试验项目拓展的问题，本实用新型试验装置可对多个试验项目同时开展，以适应不同试验项目的要求。
Description
技术领域
本实用新型属于高压开关设备技术领域，特别涉及一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置。
背景技术
随着电力技术的发展，SF6电气设备得到了广泛的应用，SF6具有很强的电负性，有优异的灭弧性能和绝缘强度，热传导性能好，容易复合以及不会分解出碳粒子。但是在高寒地区，SF6气体容易液化，同时SF6是一种温室效应值很高的气体，对环境影响很大。因此寻求SF6替代气体已是必然的趋势。
目前，对于SF6替代气体的研究重点主要是其绝缘性能和灭弧性能，而针对灭弧性能的试验研究多数是将断路器接入试验站专用的试验回路中进行。由于当前气体断路器电压等级一般都在40.5kV以上，断路器本体较大，试验过程中用气量随之也会较大，这无疑会增加试验成本。同时在专用的试验回路中进行试验也会受到试验站多种条件的约束，对于试验研究来说非常不利。除此之外，采用已成型的断路器做试验也在一定程度上制约了试验项目的拓展，不利于多个试验项目同时开展。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，其实现了SF6替代气体灭弧性能的试验研究，简化了试验回路，大大减少了用气量，节约了试验成本。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，包括钢架、气缸和充电装置，所述钢架顶端设置有下盖板，所述下盖板中心处底端设置有动密封座，所述动密封座凹槽内设置有动密封座圈，且动密封座圈顶部抵在下盖板下表面，所述下盖板上开设有进出气口，所述下盖板顶部焊接有螺母，且螺母位于下盖板通孔四周，所述下盖板顶部螺接有主壳体，所述主壳体中上部侧壁对称焊接有侧向壳体，所述侧向壳体末端设置有侧向壳体盖板，所述主壳体顶部螺接有盆式绝缘子，所述钢架底部固定安装有驱动电机，所述驱动电机输出轴末端与电机连杆大端转动安装，所述电机连杆小端与连杆一端转动安装，所述连杆另一端与绝缘拉杆一端连接，且绝缘拉杆依次贯穿动密封座圈和下盖板通孔并延伸至主壳体内腔，所述气缸位于主壳体内腔，所述气缸底端设置有拉杆支架，所述拉杆支架上开设有与螺母同轴心的通孔，所述通孔内壁安装有滑动轴承，所述绝缘拉杆另一端螺接在拉杆支架底端中部，所述气缸内壁滑动安装有活塞，所述活塞底端固定安装有活塞支撑杆，且活塞支撑杆贯穿滑动轴承并与螺母固定安装，所述气缸内壁活塞顶端固定安装有动触头支撑板，所述动触头支撑板顶部螺接有动触头，所述气缸顶部螺接有喷口，所述盆式绝缘子底端固定安装有静触头固定座，且静触头固定座顶部延伸至盆式绝缘子通孔内，所述静触头固定座底部固定安装有静触头，且静触头位于主壳体内腔，所述盆式绝缘子顶部固定安装有高压导电杆，且高压导电杆底部延伸至盆式绝缘子通孔内与静触头固定座顶部紧密贴合；
所述充电装置输出端与充电开关电连接，所述充电开关输出端与充电电容并联后分别电连接电抗和传感器三，所述电抗电连接合闸开关，所述合闸开关电连接回路等效电阻，所述回路等效电阻电连接高压导电杆，所述高压导电杆电连接传感器一，所述传感器一电连接示波器，所述传感器三输出端分别电连接下盖板和示波器，所述下盖板电连接传感器二，所述传感器二输出端电连接示波器，所述驱动电机与驱动电机控制***电连接。
所述驱动电机设置为有限转角永磁无刷直流电机。
所述主壳体是上下两端均敞口的中空圆柱筒，所述侧向壳体一端是敞口，另一端是封闭的中空圆柱筒。
所述绝缘拉杆的直线运动速度为3.2m/s。
所述电机连杆与连杆的长度比为1:2。
所述主壳体高度为480mm，直径为325mm，内部总的气体容量为40L。
所述气缸内径设置为90mm，所述气缸气体容量为0.9L。
所述动触头、静触头以及喷口采用40.5kV/31.5kA自能式断路器的标准件，所述动触头外径为25mm，所述静触头内径为25.2mm，且两者采用***式对接方式，所述动触头机械特性设计参数：行程为96mm，开距60mm，超程36mm。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型提出的试验装置相对于断路器在进行试验过程中极大地减少了用气量，从而降低了试验成本。
2、本实用新型提出的试验装置中各个零部件常见且易加工，拆装方便，便于后期维护。
3、本实用新型试验装置解决了采用已成型的断路器做试验在一定程度上制约试验项目拓展的问题，本实用新型试验装置可对多个试验项目同时开展，以适应不同试验项目的要求。
附图说明
图1为本实用新型试验装置结构示意图；
图2为本实用新型试验原理图；
图3为本实用新型试验装置灭弧过程示意图；
图4为本实用新型驱动电机控制***控制流程图；
图5为本实用新型试验控制流程图；
1-钢架，2-气缸，3-下盖板，4-动密封座，5-动密封座圈，6-进出气口，7-螺母，8-主壳体，9-侧向壳体，10-侧向壳体盖板，11-盆式绝缘子，12-驱动电机，13-电机连杆，14-连杆，15-绝缘拉杆，16-拉杆支架，17-滑动轴承，18-活塞，19-活塞支撑杆，20-动触头支撑板，21-动触头，22-喷口，23-静触头固定座，24-静触头，25-高压导电杆，26-充电装置，27-示波器，28-传感器一，29-传感器二，30-传感器三，31-驱动电机控制***，S-充电开关，C-充电电容，L-电抗，HK-合闸开关，R-回路等效电阻。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，包括钢架1、气缸2和充电装置26，所述钢架1顶端设置有下盖板3，所述下盖板3中心处底端设置有动密封座4，所述动密封座4凹槽内设置有动密封座圈5，且动密封座圈5顶部抵在下盖板3下表面，动密封座圈5起到保证绝缘拉杆15与下盖板3之间的气密性的作用，所述下盖板3上开设有进出气口6，所述下盖板3顶部焊接有螺母7，且螺母7位于下盖板3通孔四周，所述下盖板3顶部螺接有主壳体8，所述主壳体8中上部侧壁对称焊接有侧向壳体9，所述侧向壳体9末端设置有侧向壳体盖板10，侧向壳体9一是要做玻璃视窗对内部灭弧过程进行观察，二是通过打开侧向壳体盖板10向主壳体8内放入温度传感器和压力传感器，所述主壳体8顶部螺接有盆式绝缘子11，所述钢架1底部固定安装有驱动电机12，所述驱动电机12输出轴末端与电机连杆13大端转动安装，所述电机连杆13小端与连杆14一端转动安装，所述连杆14另一端与绝缘拉杆15一端连接，且绝缘拉杆15依次贯穿动密封座圈5和下盖板3通孔并延伸至主壳体8内腔，所述气缸2位于主壳体8内腔，所述气缸2底端设置有拉杆支架16，所述拉杆支架16上开设有与螺母7同轴心的通孔，所述通孔内壁安装有滑动轴承17，所述绝缘拉杆15另一端螺接在拉杆支架16底端中部，所述气缸2内壁滑动安装有活塞18，所述活塞18底端固定安装有活塞支撑杆19，活塞支撑杆19设置为四个，气缸2整体向下运动时，气缸2内的气体被压缩产生压力，活塞支撑杆19设置为四个防止压力过大时，活塞支撑杆19强度不够发生弯曲变形现象，且活塞支撑杆19贯穿滑动轴承17并与螺母7固定安装，所述气缸2内壁活塞18顶端固定安装有动触头支撑板20，所述动触头支撑板20顶部螺接有动触头21，所述气缸2顶部螺接有喷口22，所述盆式绝缘子11底端固定安装有静触头固定座23，且静触头固定座23顶部延伸至盆式绝缘子11通孔内，所述静触头固定座23底部固定安装有静触头24，且静触头24位于主壳体8内腔，所述盆式绝缘子11顶部固定安装有高压导电杆25，且高压导电杆25底部延伸至盆式绝缘子11通孔内与静触头固定座23顶部紧密贴合；
所述充电装置26输出端与充电开关S电连接，所述充电开关S输出端与充电电容C并联后分别电连接电抗L和传感器三30，所述电抗L电连接合闸开关HK，所述合闸开关HK电连接回路等效电阻R，所述回路等效电阻R电连接高压导电杆25，所述高压导电杆25电连接传感器一28，所述传感器一28电连接示波器27，所述传感器三30输出端分别电连接下盖板3和示波器27，所述下盖板3电连接传感器二29，所述传感器二29输出端电连接示波器27，所述驱动电机12与驱动电机控制***31电连接。
所述驱动电机12设置为有限转角永磁无刷直流电机，驱动电机12设置为有限转角永磁无刷直流电机可以使绝缘拉杆15的上下移动距离控制在要求的范围内。
所述主壳体8是上下两端均敞口的中空圆柱筒，所述侧向壳体9一端是敞口，另一端是封闭的中空圆柱筒。
所述绝缘拉杆15的直线运动速度为3.2m/s。
所述电机连杆13与连杆14的长度比为1:2。
所述主壳体8高度为480mm，直径为325mm，内部总的气体容量为40L。
所述气缸2内径设置为90mm，所述气缸2气体容量为0.9L。
所述动触头21、静触头24以及喷口22采用40.5kV/31.5kA自能式断路器的标准件，所述动触头21外径为25mm，所述静触头24内径为25.2mm，且两者采用***式对接方式，所述动触头21机械特性设计参数：行程为96mm，开距60mm，超程36mm。
一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验方法，采用一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，包括以下步骤，
在1.6kV/1.5kA的试验回路中进行试验操作，试验控制流程如图5所示，
步骤一，对试验装置驱动电机控制***31进行验证，驱动电机控制***31主要包括充电电容C充放电电路、逆变隔离驱动电路及动触头21速度检测电路，使其满足试验过程所需的合分操作要求，驱动电机12控制***流程图如图4所示；
步骤二，检查试验装置的盆式绝缘子11、主壳体8和下盖板3连接处、主壳体8和侧向壳体9焊缝处、侧向壳体9和侧向壳体盖板10连接处以及下端盖3与绝缘拉杆15之间的动密封处的气密性，通过进出气口6对所述主壳体8和侧向壳体9内充入气体至0.5Mpa；主壳体8和侧向壳体9内充入的气体根据不同的试验项目可设置为N2、C4F7N或CF3I环保型气体；
步骤三，调节试验回路中的投切参数，试验装置初始为合闸状态，调整合闸开关HK至分闸状态；
步骤四，首先调用充电电容C电压检测子程序，对充电电容C电压进行检测，判断充电是否完成，当达到1.6kv时，直接进入步骤五；当未达到1.6kv时，充电装置26内的控制器输出充电命令，使充电IGBT导通，对充电电容C进行充电至1.6kv，关闭充电开关S，同时将驱动电机控制***31设置为操作就绪状态；
主回路的电容值和电感值按照下列公式计算：
其中：电源频率f＝50Hz，电源电压u＝1.6kV，电源电流i＝1.5kA，联立公式(1)和公式(2)，即可得到主电容C＝4222μF，电抗L＝2402μH；
步骤五，当合闸开关HK接收到合闸信号时，调用合闸控制子程序，本实用新型装置按着给定的曲线完成合闸动作，并判断合闸是否成功，当为达到合闸位置时，合闸失败并发出报警信号，返回步骤四，当到达合闸位置时，合闸结束；此时分闸开关接收到分闸信号，调用分闸控制子程序，实现本实用新型装置按着给定曲线完成分闸动作，并判断分闸是否成功，成功给出分闸位置提示，分闸结束，执行步骤六，当分闸后还未到达分闸位置，分闸失败并发出报警信号，返回步骤四，如图3所示，本步骤具体操作如下：
当合闸开关HK收到合闸命令时，合闸开关HK执行合闸操作，此时整试验回路处于短路状态，试验回路电流第一个波的有效值为1.5kA，经过预设时间间隔后，驱动电机12接收到驱动电机控制***31发出的分闸指令，驱动电机12带动电机连杆13和连杆14转动，进而实现绝缘拉杆15带动气缸2和动触头21向下移动，活塞18与气缸2之间的气体逐渐被压缩，产生高气压；当动触头21和静触头24分离时，在动触头21和静触头24之间产生电弧，气缸2内的高压气体通过喷口22对电弧有一定的气吹作用，随着分闸动作的继续，动触头21和静触头24之间的距离逐渐增大，电弧被逐渐拉长，此时气吹作用变得越来越剧烈，最终电弧在电路电流过零点熄灭，完成一个灭弧过程；
步骤六，通过传感器一28和传感器二29可测得试验装置燃弧过程中的电弧电压u的波形，通过传感器三30可测得燃弧过程中的电弧电流i的波形，传感器一28、传感器二29和传感器三30将测得数据传输给示波器27，确认示波器27采集的数据准确无误后保存，操作放电开关对主电容进行放电处理，试验结束；
步骤七，对示波器27采集到的电弧电流和电弧电压的波形通过MATLAB软件进行数据处理，具体处理过程如下：
Mayr动态电弧模型为：将其变形可得：
其中：u-电弧电压，i-电弧电流，g-电弧电导，t-时间，θ-电弧时间常数，N-电弧散发功率，即可得到相应的电弧时间常数θ和电弧散发功率N，据此即可判断出该气体的灭弧性能。
Claims (8)
1.一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，其特征在于，包括钢架、气缸和充电装置，所述钢架顶端设置有下盖板，所述下盖板中心处底端设置有动密封座，所述动密封座凹槽内设置有动密封座圈，且动密封座圈顶部抵在下盖板下表面，所述下盖板上开设有进出气口，所述下盖板顶部焊接有螺母，且螺母位于下盖板通孔四周，所述下盖板顶部螺接有主壳体，所述主壳体中上部侧壁对称焊接有侧向壳体，所述侧向壳体末端设置有侧向壳体盖板，所述主壳体顶部螺接有盆式绝缘子，所述钢架底部固定安装有驱动电机，所述驱动电机输出轴末端与电机连杆大端转动安装，所述电机连杆小端与连杆一端转动安装，所述连杆另一端与绝缘拉杆一端连接，且绝缘拉杆依次贯穿动密封座圈和下盖板通孔并延伸至主壳体内腔，所述气缸位于主壳体内腔，所述气缸底端设置有拉杆支架，所述拉杆支架上开设有与螺母同轴心的通孔，所述通孔内壁安装有滑动轴承，所述绝缘拉杆另一端螺接在拉杆支架底端中部，所述气缸内壁滑动安装有活塞，所述活塞底端固定安装有活塞支撑杆，且活塞支撑杆贯穿滑动轴承并与螺母固定安装，所述气缸内壁活塞顶端固定安装有动触头支撑板，所述动触头支撑板顶部螺接有动触头，所述气缸顶部螺接有喷口，所述盆式绝缘子底端固定安装有静触头固定座，且静触头固定座顶部延伸至盆式绝缘子通孔内，所述静触头固定座底部固定安装有静触头，且静触头位于主壳体内腔，所述盆式绝缘子顶部固定安装有高压导电杆，且高压导电杆底部延伸至盆式绝缘子通孔内与静触头固定座顶部紧密贴合；
所述充电装置输出端与充电开关电连接，所述充电开关输出端与充电电容并联后分别电连接电抗器和传感器三，所述电抗器电连接合闸开关，所述合闸开关电连接回路等效电阻，所述回路等效电阻电连接高压导电杆，所述高压导电杆电连接传感器一，所述传感器一电连接示波器，所述传感器三输出端分别电连接下盖板和示波器，所述下盖板电连接传感器二，所述传感器二输出端电连接示波器，所述驱动电机与驱动电机控制***电连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，其特征在于：所述驱动电机设置为有限转角永磁无刷直流电机。
3.根据权利要求1所述的一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，其特征在于：所述主壳体是上下两端均敞口的中空圆柱筒，所述侧向壳体一端是敞口，另一端是封闭的中空圆柱筒。
4.根据权利要求1所述的一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，其特征在于：所述绝缘拉杆的直线运动速度为3.2m/s。
5.根据权利要求1所述的一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，其特征在于：所述电机连杆与连杆的长度比为1:2。
6.根据权利要求1所述的一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，其特征在于：所述主壳体高度为480mm，直径为325mm，内部总的气体容量为40L。
7.根据权利要求1所述的一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，其特征在于：所述气缸内径设置为90mm，所述气缸气体容量为0.9L。
8.根据权利要求1所述的一种用于环保型气体灭弧性能研究的试验装置，其特征在于：所述动触头、静触头以及喷口采用40.5kV/31.5kA自能式断路器的标准件，所述动触头外径为25mm，所述静触头内径为25.2mm，且两者采用***式对接方式，所述动触头机械特性设计参数：行程为96mm，开距60mm，超程36mm。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111352027A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-06-30 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种充气柜断路器绝缘测试装置 |
| CN112951523A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-11 | 中车株洲电力机车有限公司 | 一种绝缘子 |
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2018
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