CN105589375A - Gis设备内部气体防液化系统 - Google Patents

Abstract

GIS设备内部气体防液化系统，包括由热敏电阻RT1构成的测温模块，所述测温模块连接主控模块，所述主控模块分别连接稳压供电模块、加热模块；所述加热模块包括电风扇M、加热电阻丝，所述电风扇M、加热电阻丝连接主控模块。本发明一种GIS设备内部气体防液化系统，该系统结构简单紧凑、经济实用、工作稳定。有效解决了GIS设备在高寒地区户外使用时，六氟化硫气体易液化的问题。

Description

GIS设备内部气体防液化系统

技术领域

本发明一种GIS设备内部气体防液化系统，涉及GIS设备温控领域。

背景技术

最近几年,GIS（GasInsulatedSwitchgear，中文名为：六氟化硫封闭式组合电器）在我国电网中获得了广泛的应用；特别是在城市新增变电站中，由于征地难，GIS已成为主要开关设备。高海拔地区气候复杂多样，时受潮湿、凝露、盐雾和风沙的侵袭，加上日益兴旺发达的工业和交通，使电网的开关设备极易产生污秽和腐蚀，配电网中使用的传统空气绝缘开关设备已大多被GIS开关替代。在西北高海拔寒冷地区，因外界温度太低，使GIS设备中的六氟化硫气体液化而导致设备整体的绝缘性能下降，由此导致运行中设备内部发生局部放电并最终可能发展成严重的短路故障。面对这个问题，现有的解决办法有：（1）使用混合气体：使用混合气体如SF6与N2或SF6与CF4以降低其液化温度。但有其缺点是不同的气体混合，为了达到原有的绝缘效果，需要提高设计压力，进而更改原有产品设计。而且一旦发生泄漏，因为不能准确分析泄漏气体的体积比，无法像纯SF6气体在泄漏时可以直接补充气体，必须将气室内气体彻底回收后重新更换，工艺复杂，现场操作困难。（2）降低额定工作压力：降低额定工作压力，使SF6气体的液化点降低。但是此方法只适用于局部地区，遇到极端情况还是会出现问题，并且产品外形也会增大，使GIS的优势减小。（3）采用外部加热装置:人为的输入热量并增加保温装置，与使用混合气体或降低额定气压方法相比，该办法不需改变产品设计，相对方法1和方法2要经济实用些，但缺点是机械被动不易控制，需要花费较大的人力物力。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种GIS设备内部气体防液化系统，该系统结构简单紧凑、经济实用、工作稳定。有效解决了GIS设备在高寒地区户外使用时，六氟化硫气体易液化的问题。

本发明采取的技术方案为：GIS设备内部气体防液化系统，包括由热敏电阻RT1构成的测温模块，所述测温模块连接主控模块，所述主控模块分别连接稳压供电模块、加热模块；所述加热模块包括电风扇M、加热电阻丝，所述电风扇M、加热电阻丝连接主控模块。

所述测温模块包括运算放大器U1，运算放大器U1作为电压跟随器，运算放大器U1分别连接电容C1一端、场效应管Q3漏极，场效应管Q3源极连接电阻R3一端，电阻R3另一端接地；电容C1另一端连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接三极管Q1发射极，三极管Q1集电极连接场效应管Q2漏极，场效应管Q2源极连接热敏电阻RT1一端，热敏电阻RT1另一端接地；场效应管Q2栅极、场效应管Q3栅极连接主控模块。

所述稳压供电模块包括变压器P1,变压器P1二次侧分别连接稳压芯片7806、稳压芯片7906、稳压芯片LM7805进行电压转换，分别得到+6V、-6V、+5V电源。

所述电风扇M、加热电阻丝R5、加热电阻丝R8、加热电阻丝R11分别通过电磁继电器RL1、电磁继电器RL2、电磁继电器RL3、电磁继电器RL4连接主控模块，电磁继电器RL1、电磁继电器RL2、电磁继电器RL3、电磁继电器RL4分别连接保护二极管D1、保护二极管D2、保护二极管D3、保护二极管D4。

所述主控模块为单片机ATmega16。

所述热敏电阻RT1为多个。

本发明一种GIS设备内部气体防液化系统，技术效果如下：

1）、片机控制的自适应恒温控制手段来，证GIS设备在适宜温度下运行，使GIS设备能更好地在高寒地区使用。

2）、本发明系统的工作电源与集成在GIS设备上的保护装置和监控装置所用电源一样，是由变电站站用变压器单独供给的，与GIS设备所在主干电网是否有电无关。因为是独立供电，所以当GIS设备处于工作状态、热备用状态和冷备用状态时，温控系统都会正常工作，保证GIS设备可随时投入运行。

3）、本发明系统的核心工作原理是：过多个热敏电阻温度传感器实时检测GIS设备内部六氟化硫气体易液化的地方的温度，将所测的相关电信号传给主控单片机。通过单片机的处理，当检测出某处温度低于设定值时，单片机发出控制信号，启动加热电阻丝和电风扇，使GIS设备内壁上的管道（在正常工作时，该管道与GIS设备内部相通）内的六氟化硫气体被加热并在管道内流动起来，从而使GIS设备内的六氟化硫气体被均匀加热，使其达到工作要求温度。通过单片机处理后，将每台GIS设备内部的最低温度值通过信号传输线传输到中央控制室，便于工作人员观察和判断。当需要对加热电阻丝和电风扇检修时，关掉加热电阻丝和电风扇所在盒子两端的阀门，打开盒子就可对其进行检修了。

附图说明

图1为本发明系统模块连接示意图；

图2为本发明系统的测温模块电路图；

图3为本发明系统的稳压供电模块电路图；

图4为本发明系统的加热模块电路图；

图5为本发明系统的主控模块电路图；

图6为本发明系统的控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，GIS设备内部气体防液化系统，包括由热敏电阻RT1构成的测温模块，

所述测温模块连接单片机ATmega16为核心的主控模块，所述主控模块分别连接稳压供电模块、加热模块。

图2是测温模块电路图，测温原理图如图2所示，电容C4用于充放电储能，R4为标准参考电阻，运算放大器U1作电压跟随器，pnp三极管Q1和P沟道的场效应管Q2、Q3作门控开关。RT1为热敏电阻铂电阻，铂电阻的抗氧化性好，测量精度高，测温范围为-200℃～850℃。在测温模块处于正常工作状态时，单片机ATmega16的I/O口PA0、PA1、PA2用于控制Q1、Q2、Q3的关断。程序初始化运行时，首先将PA0、PA1、PA2设为低电平，此时Q1导通，Q2和Q3截止，使C1放电至完全，PD2为高电平。然后将PA0、PA1设为高电平，PA2设为低电平，此时Q1、Q3截止，Q2导通，通过电阻R1对C1充电，单片机内部计算器清零并开始计时，检测PD2口状态，当PD2口检测为低电平时，即C1上的电压充至完全，单片机计时器记录下从开始充电到PD2口转变为低电平的时间T1。接着将PA0、PA1、PA2设为低电平，Q1导通，Q2、Q3截止，使C1放电至完全，PD2变为高电平。最后将PA0、PA2设为高电平，PA1设为低电平，此时Q1、Q3截止，Q2导通，通过热敏电阻RT1对C1充电，单片机内部计时器清零并开始计时，检测PD2口的状态，当PD2口检测为低电平时，即C1上的电压充至完全，单片机计时器记录下从开始放电到PD2口转变为低电平的时间T2。由此可以得到T1/R1=T2/RT1，即可求得热敏电阻RT1的电阻值，在结合该热敏电阻的电阻值与温度的线性对应关系，即可通过单片机内部程序处理，换算出热敏电阻实测的温度值。

图3是稳压供电模块电路图。220V交流电从变压器P1一次侧接入，通过变压器P1降压为15V，再分别通过稳压芯片7806,7906和LM7805进行电压变换得到+6V、-6V和+5V电源，给温控系统中的相关芯片供电。其中F1、F2为保险管，二极管D1、D2、D3和D4构成桥式整流电路，将交流变成直流，无极性电容C2、C4、C6、C8、C9、C10用于消除电源谐波，极性电容C1、C3、C5和C7用于平衡电压输出，发光二极管DS1、DS2和电阻R1、R2共同构成电源指示电路。

图4是加热模块电路图。通过单片机的I/O口PCO～PC3来控制电风扇M和加热电阻丝R5、R8、R11的启停。RL1～RL4为电磁继电器，当控制端为低电平时，继电器的开关是打开的。端子AB接入220V交流电，给电风扇和加热电阻丝供电。二极管D1～D4用于保护继电器，释放继电线圈反电动势，其它的电阻用于限流。

图5是主控模块电路图。主控单元以单片机ATmega16为核心，外接有复位电路和程序下载口，单片机的I/O口PCO～PC3用于控制加热模块，PA0～PA2和PD2用于控制测温模块，具体连接在子图中以标出，具有相同标号的端子表示两者相连。

图6是系统工作程序流程图。系统上电后进入初始化，计时器清零，加热电阻丝和电风扇都处于停止状态。测温模块对GIS设备内部易液化的地方温度进行实时检测，将测得数据传给单片机处理，采用数据冗余技术排除故障数据和错误数据，在对有用数据进行比较得到最优的最低温度值M。设六氟化硫气体的临界液化温度为A，为了防止加热模块频繁启动，设定一个比A大的另一个阀值B，A与B的差值为防抖容差值。因为在不同季节，外界环境温度相差较大，也就意味着室外GIS设备在不同季节的热耗散率不一样，考虑到这点，在恒温系统里设置了三组加热电阻丝。当测得的最优最低温度值M低于临界温度A时，单片机内部计时器开始计时，并启动电风扇和一组加热电阻丝，当加热到10分钟时，系统温度还低于临界温度，则开启二组加热电阻丝。当加热到20分钟时，系统温度依旧低于临界温度，就开启三组加热电阻丝（按照最大热耗散率设计，开起三组加热电阻丝后，系统温度肯定会回升）。电风扇和加热电阻丝一旦开启，会一直工作直到单片机发出停机指令，由于加热电阻丝的作用，六氟化硫气体回升，直到最优最低温度高于整定值B，单片机发出停机指令，使加热电阻丝和电风扇停止工作。在系统通电的情况下，单片机和测温模块循环检测GIS设备内部的温度，实现闭环控制。

Claims (6)

1.GIS设备内部气体防液化系统，包括由热敏电阻RT1构成的测温模块，其特征在于，所述测温模块连接主控模块，所述主控模块分别连接稳压供电模块、加热模块；所述加热模块包括电风扇M、加热电阻丝，所述电风扇M、加热电阻丝连接主控模块。

2.根据权利要求1所述GIS设备内部气体防液化系统，其特征在于，所述测温模块包括运算放大器U1，运算放大器U1作为电压跟随器，运算放大器U1分别连接电容C1一端、场效应管Q3漏极，场效应管Q3源极连接电阻R3一端，电阻R3另一端接地；电容C1另一端连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接三极管Q1发射极，三极管Q1集电极连接场效应管Q2漏极，场效应管Q2源极连接热敏电阻RT1一端，热敏电阻RT1另一端接地；场效应管Q2栅极、场效应管Q3栅极连接主控模块。

3.根据权利要求1所述GIS设备内部气体防液化系统，其特征在于，所述稳压供电模块包括变压器P1,变压器P1二次侧分别连接稳压芯片7806、稳压芯片7906、稳压芯片LM7805进行电压转换，分别得到+6V、-6V、+5V电源。

4.根据权利要求1所述GIS设备内部气体防液化系统，其特征在于，所述电风扇M、加热电阻丝R5、加热电阻丝R8、加热电阻丝R11分别通过电磁继电器RL1、电磁继电器RL2、电磁继电器RL3、电磁继电器RL4连接主控模块，电磁继电器RL1、电磁继电器RL2、电磁继电器RL3、电磁继电器RL4分别连接保护二极管D1、保护二极管D2、保护二极管D3、保护二极管D4。

5.根据权利要求1或2所述GIS设备内部气体防液化系统，其特征在于，所述主控模块为单片机ATmega16。

6.根据权利要求1所述GIS设备内部气体防液化系统，其特征在于，所述热敏电阻RT1为多个。