CN103065863A - 一种免加热的用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六氟化硫高压电气设备。一种免加热的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，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、绝热层和连接管，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部与六氟化硫气室相互连通，储气罐外面设有绝热层。本发明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

一种免加热的用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备

技术领域

    本发明涉及高压电气设备，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的目的，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，本发明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。

本发明是这样实现的：一种免加热的用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，包括高压电气设备的设备本体、设备本体内设有六氟化硫气室、六氟化硫气体密度继电器，所述六氟化硫气室充有六氟化硫气体，所述的六氟化硫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、绝热层和连接管，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部与六氟化硫气室相互连通，绝热层设置在储气罐外面。

所述的一种免加热的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保温套。

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

所述的一种免加热的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设有阀门。

所述的一种免加热的用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，所述的连接管的外表设有绝热层。

所述的一种免加热的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的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。

所述的一种免加热的用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，它还进一步包括防液化控制装置，该防液化控制装置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并控制连接所述阀门。

本发明的创新点是：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，六氟化硫储气罐外面设有绝热层，有良好的保温作用，六氟化硫储气罐充有六氟化硫气体，与六氟化硫气室的六氟化硫气体相连通。这样其六氟化硫气体总量就多了，而液化是有一个过程的，它需要时间，需要吸收能量。由于六氟化硫储气罐的气体有很好的保温作用，它温度降低慢，液化也慢，温度也高，从热力学角度而言，本发明在连接管两端造成两个温度不同的系统，根据热力学第二定律，当阀门打开时，热量将自温度较高的储气罐一端传递到六氟化硫气室中。其气体就补给高压电气设备的六氟化硫气室，使六氟化硫气室的密度延缓下降，不会出现报警或闭锁现象。而当气温就升高，停止继续液化，那么此时就不会误报警，高压电气设备依然可以可靠工作。

本发明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为本发明的一种六氟化硫高压电气设备外形图；

图2为本发明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为本发明的一种六氟化硫高压电气设备外形图；

图4为本发明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5为本发明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

为了能更好地对本发明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发明进行详细地说明：

请参阅图1、图2，本发明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、绝热层4、壳体5、阀门6、接头7、绝热层8等组成。其中防止六氟化硫气体液化装置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。六氟化硫储气罐1的外面装有保温效果良好的绝热层4。六氟化硫储气罐1、绝热层4、阀门6、接头7等都安装在防止六氟化硫气体液化装置的壳体5内。安装好后，把六氟化硫补气装置与接头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的六氟化硫气体大约充到六氟化硫高压电气设备的额定压力为止。 

在寒冷季节时，温度下降很低时，打开阀门6。当打开阀门6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。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得到很好的保温。由于六氟化硫储气罐充有六氟化硫气体，与六氟化硫气室的六氟化硫气体相连通，这样其六氟化硫气体总量就多了，由于六氟化硫气体总量多了，而液化是有一个过程的，它需要时间，需要吸收能量。而六氟化硫储气罐的气体由于有很好的保温作用，它温度降低慢，液化也慢，温度也高，其气体就补给高压电气设备的六氟化硫气室，使六氟化硫气室的密度延缓下降，不会出现报警或闭锁现象。举个例子来帮助说明此问题，在冬天，我们如果盆内只放少许水而放在野外，第二天就发现全结成冰；而我们如果在盆内放满水，第二天就发现脸盘的上面结成冰，下面还有很多水。所以当六氟化硫气体的总容量大了，其密度下降就慢，而一天的天气是变化的，当最低点温度时，没有误报警，就可以保证可靠工作。而当气温就升高，停止继续往下液化了，那么此时就不会误报警，高压电气设备依然可以可靠工作。

在高寒地区，防止六氟化硫气体液化装置可再设有保温套，保温套覆盖在储气罐外表面，保温套中可以有热源，如密封的高温气体或热水，进一步提高和稳定储气罐的温度，使储气罐的气体更多的补给高压电气设备的六氟化硫气室，同时把储气罐的热量传递到高压电气设备的六氟化硫气室，保证高压电气设备的六氟化硫气室气体的温度和密度，使其密度不低于报警值，保障高压电气设备可靠工作。

请参阅图3、图4、图5，本发明的第二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、防液化控制装置3、绝热层4、壳体5、阀门6、接头7、绝热层8等组成。而防液化控制装置3主要由开关32、控制器33、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等组成。其中防止六氟化硫气体液化装置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。六氟化硫储气罐1、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等都安装在防止六氟化硫气体液化装置的壳体5内。内温度传感器34安装在六氟化硫储气罐1上，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，把六氟化硫补气装置与接头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的六氟化硫气体大约充到六氟化硫高压电气设备的额定压力为止。 

在寒冷季节时，温度下降很低时，六氟化硫储气罐1的六氟化硫气体就可以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。通过外温度传感器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开启阀门6，此时，由于有绝热层4的非常好的保温作用，六氟化硫储气罐1内部的六氟化硫气体的温度较高，而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很低，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系统的密度差，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，所以传热速度快，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，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，智能控制元件36就关断控制器33，控制器33关断阀门6。

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。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上或横梁上。

综上所述，本发明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。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。通过这样的创新，使六氟化硫高压电气设备在寒冷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。特别是，本发明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发明的，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种免加热的用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，包括高压电气设备的设备本体、设备本体内设有六氟化硫气室、六氟化硫气体密度继电器，所述六氟化硫气室充有六氟化硫气体，其特征在于：所述的六氟化硫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、绝热层和连接管，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部与六氟化硫气室相互连通，绝热层设置在储气罐外面。

2.根据权利要求1所述的一种免加热的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保温套。

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

4.根据权利要求1所述的一种免加热的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上设有阀门。

5.根据权利要求1所述的一种免加热的用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：所述的连接管的外表设有绝热层。

6.根据权利要求1所述的一种免加热的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的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。

7.根据权利要求4所述的一种免加热的用于寒冷地区的六氟化硫高压电气设备，其特征在于：它还进一步包括防液化控制装置，该防液化控制装置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并控制连接所述阀门。

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