CN102650673B

CN102650673B - 绝缘气体放电分解组分检测装置中电极间距的控制系统

Info

Publication number: CN102650673B
Application number: CN201210164355.5A
Authority: CN
Inventors: 张晓星; 唐炬; 李松辽; 肖淞; 刘锦平
Original assignee: Chongqing Bosen Electric (group) Co Ltd; Chongqing University
Current assignee: Chongqing Bosen Electric (group) Co Ltd; Chongqing University
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2032-05-25
Also published as: CN102650673A

Abstract

一种绝缘气体放电分解组分检测装置中电极间距的控制系统，涉及绝缘气体电气设备的绝缘状态在线监测技术领域。本发明是在现有的绝缘气体局部放电分解组分检测系统中的绝缘气体放电分解装置中的低压导电杆伸出壳体外的一端上，增设一电极间距的调节系统，所述调节系统由绝缘轴套、密封轴套、直线导轨、滚珠丝杠、伺服电机、伺服驱动器、电源等组成。本发明主要具有能方便、精确地自动控制绝缘气体放电分解装置的电极间距，保证了所述装置的气密性和使用寿命的显著效果。本发明可广泛应用于绝缘气体局部放电分解组分检测系统的绝缘气体放电分解装置中，特别适用于其绝缘气体局部放电分解组分的多区域检测装置中。

Description

绝缘气体放电分解组分检测装置中电极间距的控制系统

技术领域

本发明属于气体绝缘电气设备的绝缘状态在线监测技术领域，具体涉及绝缘气体局部放电分解装置中电极间距的自动控制系统。

背景技术

气体绝缘组合电器（简称GIS）具有占地面积小、运行安全可靠、维护工作量少、检修周期长等优点，在电力系统得到了广泛的应用。然而，GIS内部不可避免的绝缘缺陷会逐步扩展并导致故障发生，最常见的电气故障特征是在绝缘完全击穿或闪络前发生局部放电（简称PD）。研究表明，PD会引起绝缘气体发生分解，并且不同的绝缘缺陷可能导致绝缘气体的分解过程、分解速率、分解产物相对含量以及影响因素等不同。因此，建立相关的试验研究平台，探索最佳的试验方法和条件，并在此基础上对绝缘气体分解组分进行检测研究，对于认识GIS中PD分解产物的形成原因、过程、机理，寻找能有效表征故障类型的特征气体，建立不同绝缘缺陷类型与特征气体组分的关联比对，提出以气体组分定量检测评判绝缘状况的理论与方法，完善六氟化硫放电分解组分检测，保证GIS的安全可靠运行，实现对GIS绝缘缺陷引起突发性故障的早期诊断和预测有着十分重要的意义。

现有绝缘气体局部放电分解组分控制系统，如申请号为201210089955.X的 “绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统及其方法”专利，公开的系统主要包括调压器控制台、隔离变压器、无晕实验变压器、无局放保护电阻、电容分压器、绝缘气体放电分解装置、超高频天线、无感检测阻抗、耦合电容、高速数字存储示波器和质谱联用仪（气相色谱仪和气相质谱仪）等，其中，绝缘气体放电分解装置由外壳绝缘轴套、导电杆、电极、阀门、真空泵、气压表、真空表和SF₆气瓶等组成。公开的使用方法是利用该系统，对SF₆气体放电分解装置中，多区域的放电分解组分，分别进行检测。该专利的主要缺点是: 该系统的绝缘气体放电分解装置中针-板电极之间的距离调整，须打开SF₆气体放电分解装置外壳的盖板，通过人工进行调整，调整好级间距后，再关闭盖板，来保证外壳的密封性，这种人工调整级间距的方法，很不方便，费时又费力，调节精度差，并且多次调节级间距将使外壳的密封元件受损，从而影响外壳的密封性，影响SF₆气体放电分解装置的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有绝缘气体局部放电分解组分检测系统及其使用方法的不足，提供一种绝缘气体放电分解组分检测装置中电极间距的控制系统，能自动调节针-板电极的间距，具有调节方便，能快速、精确度高，节约时间又省力且不与外界接触，并能保持绝缘气体放电分解装置的气密性，确保其使用寿命等特点。

实现本发明目的的技术方案是：一种绝缘气体放电分解组分检测系统中的电极间距的控制系统，是在现有的绝缘气体局部放电分解组分检测系统中的绝缘气体放电分解装置中的低压导电杆伸出壳体外的一端上，增设置一电极间距的调节系统。所述的电极间距调节系统由绝缘轴套、密封扣套、直线导轨、滚珠丝杠、联轴器、伺服电机、背板、伺服驱动器、24V直流电源、单刀单掷开关和单刀双掷开关组成。

所述绝缘轴套为外径为20~30mm、长度为105~125mm的聚四氟乙烯轴套，在所述绝缘轴套的轴向中心处，设置一与所述低压导电杆的外径相匹配的通孔，在所述的绝缘轴套套装在所述低压导电杆的下端。所述的绝缘轴套上刻有表征位置的标度即5mm、10mm、15mm、20mm等刻度，以便通过标度确定针-板的距离，并用醒目的红色颜色涂饰，从而通过观察所述的下固定板上沿所在刻度获得针-板电极的距离来操控控制系统上升或下降。所述的绝缘轴套穿过并通过常规的密封技术固接在所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板的中心通孔处，便于所述低压导电杆与所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板之间形成电气隔离，同时保证所述绝缘气体放电分解装置的气密性，并避免所述低压导电杆上、下运行时与所述壳体之间的摩擦，在所述绝缘轴套的下端设置有与所述直线导轨的滑轨形状相匹配的凹槽，以便所述的绝缘轴套与所述的直线导轨连接。

所述的密封扣套为上部呈圆盘形、下部呈圆柱形、轴心呈圆孔的聚四氟乙烯硬质绝缘套。所述上部圆盘的外径为70~80mm、厚度为10~20mm，所述下部圆柱的外径为40~60mm、高度为40~60mm，所述轴心孔的孔径与所述绝缘轴套的外径相匹配。所述的密封扣套的上部圆盘通过3~4颗螺钉固接在所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板轴心的下端面上，套装有所述绝缘轴套的所述低压导电杆穿过所述密封扣套的轴心孔，以便固定套装有所述绝缘轴套的所述的低压导电杆，同时加强密封性，保证连结密合。

所述背板为长度为520~580mm、宽度为140~160mm、厚度为20~30mm的长方形不锈钢板，所述背板的上端面通过焊接固定在所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板的下端面上，用以固定所述电极间距调节系统的直线导轨和伺服电机及伺服驱动器等。

所述直线导轨为市购元件，将所述直线导轨的滑块通过螺钉固定在所述背板的面上并正对所述绝缘轴套轴心的位置，距离所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板的下端面60~70mm处，所述直线导轨的滑轨的上半部分嵌套在所述绝缘轴套中，并用2~3颗螺钉穿过滑轨上已有螺孔固定在所述的绝缘轴套上。所述的直线导轨的滑轨的轴心与所述绝缘轴套轴心重合，以便所述的滑轨带动所述绝缘轴套内的所述低压导电杆运动。

所述的滚珠丝杠为精度为C3~C5的市购元件，所述滚珠丝杠的螺杆直径为10~20mm，将所述的直线导轨的滑轨的下半部通过所述滚珠丝杠的螺母座与所述的滚珠丝杠的螺母固接，所述的滚珠丝杠的螺杆的轴心与所述绝缘轴套的轴心重合，从而将来自于所述滚珠丝杠的螺杆上的回转运动转变为所述的直线导轨的滑轨的直线运动，并带动所述绝缘轴套内的所述低压导电杆作直线运动，从而达到传动效率高，定位准确的目的。所述的联轴器为市购元件，所述的滚珠丝杠的螺杆通过所述的联轴器（市购元件）与所述的伺服电机的输出轴连接，所述的联轴器作为传递扭矩的机械零件使之共同旋转。

所述的24V直流电源为市购元件，所述24V直流电源的输入端通过电源线与220V市电连接，所述24V直流电源的输出端分别通过导线与所述的伺服电机的电源端和所述的伺服驱动器的电源端连接，用以分别向所述的伺服电机和所述的伺服驱动器提供电源。

所述的伺服电机为市购的电压为24V的直流伺服电机，所述的伺服电机通过螺栓和螺母固结在所述的背板的下部，位于所述的滚珠丝杠的下方，所述的伺服电机的输出轴的轴心与所述绝缘轴套轴心重合。所述伺服电机的电源接线端头通过电源线与所述的24V直流电源的输出端连接，从而为所述的伺服电机提供电源。

所述的伺服驱动器为市购的含有正、反转调节模块的控制元件，是用来控制伺服电机的一种控制器，所述的伺服驱动器通过其背面的4个固定螺丝固定在所述的背板的一侧边上。所述伺服驱动器的输出端通过导线与所述伺服电机的控制端连接，以便所述的伺服电机在所述伺服驱动器的控制下正、反向转动。所述伺服驱动器的正、反转调节模块的控制端口分别通过导线与单刀双掷开关连接，以便所述的伺服驱动器的输出正、反转信号，控制所述伺服电机的正、反转动，进而调节所述装置内的电极的间距。所述伺服驱动器的电源端通过电源线和单刀单掷开关与所述24V直流电源的输出端连接，用以控制所述伺服驱动器有无控制信号输出，从而控制所述伺服电机停转或转动，进而控制所述装置内的电极的间距保持或调整。

本发明系统是在普通绝缘气体放电分解气体组分分析系统加入了自动控制部分，高压电极（即针或板电极）设置为固定不动，低压电极的导电杆与绝缘轴套连接，目的是为了与壳体的外部传动部分连接。该传动部分主要包括：直线导轨，滚珠丝杠，联轴器，伺服电机，伺服驱动器，背板。人为操作控制过程在试验区域外利用与伺服驱动器相连的开关完成。

在用现有绝缘气体局部放电分解组分测控系统，对绝缘气体放电分解装置中的多区域的绝缘气体局部放电分解组分进行检测的过程中，当调节所述装置内的电极间距时，利用本发明装置进行自调节的过程为：

当增加所述装置内的电极间距时，确定试验电压降到零之后，挂上接地棒，确保伺服电机和伺服驱动器接通电源并连通开关后，通过操作单刀双掷开关使得伺服电机缓慢运转并带动扩大极间距离，通过观察导向轴上事先标记的刻度确定是否到达所要求距离，当距离达到所要求扩大到的数值时，断开单刀双掷开关，操作单刀单掷开关暂停伺服电机动作，完成电极距离的增加。

当减小所述装置内的电极间距时，确定试验电压降到零之后，挂上接地棒，确保伺服电机和伺服驱动器接通电源并连通开关后，通过操作单刀双掷开关使得伺服电机缓慢运转并带动缩小极间距离，通过观察导向轴上事先标记的刻度确定是否到达所要求距离，当距离达到所要求缩小到的数值时，断开单刀双掷开关，操作单刀单掷开关暂停伺服电机动作，完成电极距离的减小。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：

（1）本发明装置利用伺服电机的精确定位，通过机械结构，能在绝缘气体放电分解组分检测装置，实现了自动调节电极间距的目的。

（2）由于伺服电机可控制速度，位置精度非常准确，将电压或电流信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。本发明装置用伺服电机作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。从而控制直线导轨联动导杆伸缩活动。进而自动控制绝缘气体放电分解装置的固接有板电极的低压导电杆上-下移动，从而完成了精确、方便地自动控制电极间距的目的。

（3）本发明利用数控系统，简单操作达到控制伺服电机及传动部分，从而精确，快速，方便，省时，非接触地控制极板间距，保证了所述装置的气密性，确保了其使用寿命。

本发明可广泛应用于绝缘气体局部放电分解组分检测系统的绝缘气体放电分解装置中的电极间距的自动调节中，特别适用于其绝缘气体局部放电分解组分的多区域检测装置中。

附图说明

图1为现有绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统的原理接线图；

图2为绝缘气体放电分解装置的结构示意图；

图3为本发明的绝缘气体放电与分解的结构示意图。

图中： 1调压器；2隔离变压器；3无晕试验变压器；4无局部放电保护电阻；5电容分压器；6 绝缘气体放电分解装置；7超高频天线；8无感检测阻抗；9耦合电容；10高速数字存储示波器； 11均压帽；12高压导电杆；13、14绝缘轴套； 15上盖板；16上固定板；17螺杆；18针电极；19板电极；20壳体；21低压导电杆；22下固定板；23第一采气针阀；24第一取气管；25第二采气针阀；26第二取气管；27第三采气针阀；28真空表；29真空表针阀；30进气针阀；31 SF₆气瓶或5~10MPa的纯净压缩空气气瓶；32压力表；33压力表针阀；34蝶阀；35真空泵；36第三取气管；37 绝缘轴套；38 密封扣套；39直线导轨；40 滚珠丝杠；41 联轴器；42 伺服电机；43背板；44 单刀双掷开关（K1）；45 伺服驱动器；46 单刀单掷开关（K2）；47 24V直流电源。

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，一种绝缘气体放电分解组分检测系统中的电极间距的控制系统，是在现有的绝缘气体局部放电分解组分检测系统中的绝缘气体放电分解装置中的低压导电杆伸出壳体外的一端上，增设置一电极间距的调节系统。所述的电极间距调节系统由绝缘轴套37、密封扣套38、直线导轨39、滚珠丝杠40、联轴器41、伺服电机42、背板43、单刀单掷开关44、伺服驱动器45、单刀双掷开关46、24V直流电源47等组成。

所述绝缘轴套37为外径为20mm、长度为105mm的聚四氟乙烯轴套，在所述绝缘轴套37的轴向中心处，设置一与所述低压导电杆21的外径相匹配的通孔，在所述的绝缘轴套37套装在所述低压导电杆21的下端。所述的绝缘轴套37上刻有表征位置的标度即5mm、10mm、15mm、20mm等刻度，以便通过标度确定针-板的距离，并用醒目的红色颜色涂饰，从而通过观察所述的下固定板22上沿所在刻度获得针-板电极的距离来操控控制系统上升或下降。所述的绝缘轴套37穿过并通过常规的密封技术固接在所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板22的中心通孔处，便于所述低压导电杆21与所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板22之间形成电气隔离，同时保证所述绝缘气体放电分解装置的气密性，并避免所述低压导电杆21上、下运行时与所述壳体之间的摩擦，在所述绝缘轴套37的下端设置有与所述直线导轨39的滑轨形状相匹配的凹槽，以便所述的绝缘轴套37与所述的直线导轨39连接。

所述的密封扣套38为上部呈圆盘形、下部呈圆柱形、轴心呈圆孔的聚四氟乙烯硬质绝缘套。所述上部圆盘的外径为70mm、厚度为10mm，所述下部圆柱的外径为40mm、高度为40mm，所述轴心孔的孔径与所述绝缘轴套37的外径相匹配。所述的密封扣套38的上部圆盘通过3~4颗螺钉固接在所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板22轴心的下端面上，套装有所述绝缘轴套37的所述低压导电杆21穿过所述密封扣套38的轴心孔，以便固定套装有所述绝缘轴套37的所述的低压导电杆21，同时加强密封性，保证连结密合。

所述背板43为长度为520mm、宽度为140mm、厚度为20mm的长方形不锈钢板，所述背板43的上端面通过焊接固定在所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板22的下端面上，用以固定所述电极间距调节系统的直线导轨39和伺服电机42及伺服驱动器45等。

所述直线导轨39为市购元件，将所述直线导轨39的滑块通过螺钉固定在所述背板43的面上并正对所述绝缘轴套37轴心的位置，距离所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板22的下端面60mm处，所述直线导轨39的滑轨的上半部分嵌套在所述绝缘轴套37中，并用2~3颗螺钉穿过滑轨上已有螺孔固定在所述的绝缘轴套37上。所述的直线导轨39的滑轨的轴心与所述绝缘轴套37轴心重合，以便所述的直线导轨39的滑轨带动所述绝缘轴套37内的所述低压导电杆21运动。

所述的滚珠丝杠40为精度为C5的市购元件，所述滚珠丝杠的螺杆直径为10mm，将所述的直线导轨39的滑轨的下半部通过所述滚珠丝杠40的螺母座与所述的滚珠丝杠40的螺母固接，所述的滚珠丝杠40的螺杆的轴心与所述绝缘轴套37的轴心重合，从而将来自于所述滚珠丝杠40的螺杆上的回转运动转变为所述的直线导轨39的滑轨的直线运动，并带动所述绝缘轴套37内的所述低压导电杆21作直线运动，从而达到传动效率高，定位准确的目的。所述的联轴器41为市购元件，所述的滚珠丝杠40的螺杆通过所述的联轴器41（市购元件）与所述的伺服电机42的输出轴连接，所述的联轴器41作为传递扭矩的机械零件使之共同旋转。

所述的24V直流电源47为市购元件，所述24V直流电源47的输入端通过电源线与220V市电连接，所述24V直流电源47的输出端分别通过导线与所述的伺服电机42的电源端和所述的伺服驱动器41的电源端连接，用以分别向所述的伺服电机42和所述的伺服驱动器41提供电源。

所述的伺服电机42为市购的电压为24V的直流伺服电机，所述的伺服电机42通过螺栓和螺母固结在所述的背板43的下部，位于所述的滚珠丝杠40的下方，所述的伺服电机42的输出轴的轴心与所述绝缘轴套37轴心重合。所述伺服电机42的电源接线端头通过电源线与所述的24V直流电源47的输出端连接，从而为所述的伺服电机42提供电源。

所述的伺服驱动器45为市购的含有正、反转调节模块的控制元件，是用来控制伺服电机42的一种控制器，所述的伺服驱动器45通过其背面的4个固定螺丝固定在所述的背板43的一侧边上。所述伺服驱动器45的输出端通过导线与所述伺服电机42的控制端连接，以便所述的伺服电机42在所述伺服驱动器45的控制下正、反向转动。所述伺服驱动器45的正、反转调节模块的控制端口分别通过导线与单刀双掷开关44连接，以便所述的伺服驱动器45的输出正、反转信号，控制所述伺服电机42的正、反转动，进而调节所述装置内的电极的间距。所述伺服驱动器45的电源端通过电源线和单刀单掷开关46与所述24V直流电源47的输出端连接，用以控制所述伺服驱动器45有无控制信号输出，从而控制所述伺服电机42停转或转动，进而控制所述装置内的电极的间距保持或调整。

实施例2

一种绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统，同实施例1。其中所述绝缘轴套37为外径为25mm、长度为115mm的聚四氟乙烯轴套，所述密封扣套上部圆盘的外径为75mm、厚度为15mm，下部圆柱的外径为50mm、高度为50mm，所述背板为长度为550mm、宽度为150mm、厚度为25mm，所述直线导轨39距离所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板22的下端面65mm处，所述的滚珠丝杠精度在C4之间，螺杆直径为15mm。

实施例3

一种绝缘气体局部放电分解组分多区域检测系统，同实施例1。其中所述绝缘轴套37为外径为30mm、长度为125mm的聚四氟乙烯轴套，所述密封扣套上部圆盘的外径为80mm、厚度为20mm，下部圆柱的外径为60mm、高度为60mm，所述背板为长度为580mm、宽度为160mm、厚度为30mm，所述直线导轨39距离所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板22的下端面70mm处，所述的滚珠丝杠精度在C3之间，螺杆直径为20mm。

Claims

1.一种绝缘气体放电分解组分检测装置中电极间距的控制系统，是在现有绝缘气体放电分解组分检测装置中的绝缘气体放电分解装置中低压导电杆（21）伸出壳体（20）外的一端上，增设一电极间距的调节系统，其特征在于：所述的电极间距调节系统由绝缘轴套（37）、密封扣套（38）、直线导轨（39）、滚珠丝杠（40）、联轴器（41）、伺服电机（42）、背板（43）、单刀双掷开关（44）、伺服驱动器（45）、单刀单掷开关（46）和24V直流电源（47）组成；

所述绝缘轴套（37）为外径为20~30mm、长度为105~125mm的聚四氟乙烯轴套，在所述绝缘轴套（37）的轴向中心处，设置一与所述低压导电杆（21）的外径相匹配的通孔，所述的绝缘轴套（37）套装在所述低压导电杆（21）的下端，所述的绝缘轴套（37）上刻有表征位置的标度，即5mm、10mm、15mm、20mm刻度，并用醒目的红色涂饰，所述的绝缘轴套（37）穿过并通过常规的密封技术固接在所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板（22）的中心通孔处，在所述绝缘轴套（37）的下端设置有与所述直线导轨（39）的滑轨形状相匹配的凹槽；

所述的密封扣套（38）为上部呈圆盘形、下部呈圆柱形、轴心呈圆孔的聚四氟乙烯硬质绝缘套，上部圆盘的外径为70~80mm、厚度为10~20mm，下部圆柱的外径为40~60mm、高度为40~60mm，轴心孔的孔径与所述绝缘轴套（37）的外径相匹配，所述的密封扣套（38）的上部圆盘通过3~4颗螺钉固接在所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板（22）轴心的下端面上，套装有所述绝缘轴套（37）的所述低压导电杆（21）穿过所述密封扣套（38）的轴心孔；

所述背板（43）为长度为520~580mm、宽度为140~160mm、厚度为20~30mm的长方形不锈钢板，所述背板（43）的上端面通过焊接固定在所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板（22）的下端面上；

将所述直线导轨（39）的滑块通过螺钉固定在所述背板（43）的面上并正对所述绝缘轴套（37）轴心的位置，距离所述绝缘气体放电分解组分检测装置的下固定板（22）的下端面60~70mm处，所述直线导轨（39）的滑轨的上半部分嵌套在所述绝缘轴套（37）中，并用2~3颗螺钉穿过滑轨上已有螺孔固定在所述的绝缘轴套（37）上，所述的直线导轨（39）的滑轨的轴心与所述绝缘轴套（37）轴心重合；

所述的滚珠丝杠（40）的精度为C3~C5，所述滚珠丝杠（40）的螺杆直径为10~20mm，将所述的直线导轨（39）的滑轨的下半部通过所述滚珠丝杠（40）的螺母座与所述的滚珠丝杠（40）的螺母固接，所述的滚珠丝杠（40）的螺杆的轴心与所述绝缘轴套（37）的轴心重合，所述的滚珠丝杠（40）的螺杆通过所述的联轴器（41）与所述的伺服电机（42）的输出轴连接；

所述24V直流电源（47）的输入端通过电源线与220V市电连接，所述24V直流电源（47）的输出端分别通过导线分别与所述的伺服电机（42）的电源端和所述的伺服驱动器（45）的电源端连接；

所述的伺服电机（42）为电压为24V的直流伺服电机，所述的伺服电机（42）通过螺栓和螺母固结在所述的背板（43）的下部，位于所述的滚珠丝杠（40）的下方，所述的伺服电机（42）的输出轴的轴心与所述绝缘轴套（37）轴心重合，所述伺服电机（42）的电源接线端头通过电源线与所述的24V直流电源（47）的输出端连接；

所述的伺服驱动器（45）为含有正、反转调节模块的控制元件，所述的伺服驱动器（45）通过其背面的4个固定螺丝固定在所述的背板（43）的一侧边上，所述伺服驱动器（45）的输出端通过导线与所述伺服电机（42）的控制端连接，所述伺服驱动器（45）的正、反转调节模块的控制端口分别通过导线与单刀双掷开关（44）连接，所述伺服驱动器（45）的电源端通过电源线和单刀单掷开关（46）与所述24V直流电源（47）的输出端连接。