CN109244925A - 一种真空负荷开关氮气绝缘方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空负荷开关氮气绝缘方法，通过将密闭壳体内填充的氮气压力控制为0.04～0.08MPa，在保证负荷开关绝缘性能的基础上，其老化或破损导致的泄露，均不会对环境产生影响。

Description

一种真空负荷开关氮气绝缘方法

技术领域

本发明属于电力开关设备技术领域，具体的涉及一种真空负荷开关氮气绝缘的方法。

背景技术

随着我国加强电网的规划，对安全供电的可靠性要求越来越高，针对电网运行中的薄弱环节电力生产部门采取有效的治理措施，千方百计减少事故停电，缩小停电范围。10kV馈线架空线路，由于露天架设，其安全运行直接受周围环境和气候条件的影响，存在事故率高、事故查找困难、安全可靠性差的问题。一些架空线路较长的边远山区用户，更是经常受到恶劣气候的影响不能正常用电。户外真空断路器、真空负荷开关是将真空断路器、真空负荷开关和微机保护测控，以及通讯模块融合为一体的装置，可随杆架设、体积小、投资少，它的应用对提高架空线路的安全可靠性，保证电网的安全运行具有重要的意义。

高压带电导体在导通或断开的瞬间会产生电弧，电弧会造成电路短路，瞬间巨大的能力可能烧毁设备。因此，电力设备的开关柜内需要进行灭弧。SF6(六氟化硫)具有很好的绝缘性能以及灭弧能力，其电气强度是空气的2.5倍，灭弧性能约是空气的100倍。通常情况下，应用SF6的气体绝缘开关柜，其设有封闭的气箱，SF6填充于气箱中，高压带电导体封闭在气箱中，导体导通或断开时产生的电弧在SF6的作用下，可快速熄灭。而且，气体绝缘开关柜不受外界环境条件变化的影响可在恶劣条件下使用，使设备具有高可靠性和运行的安全性，同时，封闭在气箱里的金属部件避免了生锈等现象，减少了设备的维护次数。

然而，《京都议定书》明确规定SF6气体为六种温室气体之一。我国在1998年颁布并实施的《国家危险废物名录》中已经将SF6气体列入危险废物名单。SF6气体分子地球温暖化系数是CO2分子地球温暖化系数的23900倍至26000倍。SF6气体分子既不能化学降解，也不能光学降解，在大气中寿命为3400年。据测算，大气中SF6的含量每年递增8％，其对人类生活环境的影响将达到数百代，远胜CO2气体的恶劣影响。全球尤其是北半球最近几年间，大气中SF6气体浓度呈直线上升的趋势，随着其浓度急速上升，越来越引起国际社会的关注。

据统计，我国10kV电力设备每年配电系统消耗的SF6气体超过4500吨，相当于1.2亿吨CO2排放。SF6气体不仅是温室气体，而且在电弧、火花放电、电晕放电的作用下能分解和离游SF4、SF2、S2、F2、S、F等多种有害产物。SF6气体的密度是空气的五倍。如果SF6电气设备发生泄漏，夹杂有剧毒氟化物的SF6气体会沉积于底部，由于该气体无色、无味，容易造成运行和检修人员的伤亡的情况出现。SF6气体很难回收。10kV电气设备量大面广及使用分散。在设备检修和设备寿命期后，即便使用专用回收设备回收，但过程复杂、费用高。

针对该问题，专利号为CN201520175407.8的中国专利公开了一种环保气体绝缘的开关柜，使真空灭弧室内部为真空状态，真空使中高压电路切断电源后产生的电弧瞬间熄灭，避免烧毁设备以及意外事故的发生；同时，开关柜并没有应用SF6，而是应用对环境无害的绝缘气体，即使意外泄漏到外面的环境，也不会对环境产生有害的影响。

然而，在实际使用中发现，在该种尝试性替代方案中，由于绝缘气体，如氮气等，其电气强度远低于SF6气体，尤其是在高压环境的负荷开关中，其电气性稍优于干燥空气，其无法实现稳定的绝缘性能以及灭弧能力，因此，急需一种真空负荷开关用环保型气体绝缘方法。

发明内容

本发明旨在提供一种真空负荷开关氮气绝缘方法，以解决现有真空负荷开关隔离气体污染大、应用环境电压低的问题。

具体方案如下：一种真空负荷开关氮气绝缘方法，其特征在于，包括：

步骤S1，氮气绝缘的步骤，将真空负荷开关的密闭壳体内填充氮气以作为绝缘气体，并将密闭壳体内的触头组件和真空灭弧器浸入绝缘气体中；

密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差为0.04～0.08MPa，即气压差下限值为0.04MPa，气压差上限值为0.08MPa。

本发明进一步的优化技术方案为：在步骤S1中，填充氮气的方法为：将氮气充入密闭壳体，并排出密闭壳体内的空气，使氮气的浓度不低于96％，而后封闭密闭壳体。

本发明进一步的优化技术方案为：在步骤S1中，密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差为0.06～0.08MPa，即气压差下限值为0.06MPa，气压差上限值为0.08MPa。

本发明进一步的优化技术方案为：还包括步骤S2，气体压力控制的步骤：

当密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差小于气压差下限值，则启动报警；

当密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差位于气压差下限值和气压差上限值之间，则周期性数值提示；

当密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差高于气压差上限值，则启动泄压。

本发明进一步的优化技术方案为：在步骤S1中，还提供一顶部开口的绝缘盒，将该绝缘盒设于密闭壳体内并使绝缘盒的外壁与该密闭壳体的内壁之间设有隔离间隙，且使触头组件和真空灭弧器装入该绝缘盒内。

本发明进一步的优化技术方案为：在步骤S1中，该绝缘盒设于该密闭壳体底面中部的位置，且绝缘盒底部通过隔离支架连接至密闭壳体的底面。

有益效果：由于氮气电气隔离性能较差，常规的技术方案是替代为其他性质的隔离气体，现有技术手段中，能实现高电压电气隔离的气体只有高污染的SF6气体。针对该问题，本发明创造性的提出了一种由气压控制，提高常规无污染的氮气电气隔离性能的技术方案，实验研究出了能实现与SF6气体相同电气隔离效果的氮气气压范围，即通过将密闭壳体内填充的氮气压力控制为不小于0.04MPa，在保证负荷开关绝缘性能的基础上，其老化或破损导致的泄露，均不会对环境产生影响。同时，本发明的技术方案，在大量实验探究的基础上发现，当氮气压力达到0.08MPa，其电气性能并无法随气压升高而加强，即使可以实现相同的电气隔离效果，其气压升高带来密封难度增加，且密封气体泄漏易导致密闭盒体其密闭效果失效，因此得出密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差最优范围为0.04～0.08MPa，即气压差下限值为0.04MPa，气压差上限值为0.08MPa。

附图说明

图1示出了本发明氮气绝缘的真空负荷开关局部剖视图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

该实施例提供了一种使用真空负荷开关氮气绝缘方法，以及氮气绝缘的真空负荷开关。

结合图1所示，该实施例的真空负荷开关，其包括一密闭壳体1，该密闭壳体1的两侧面设有两组进出线套管2，每一该进出线套管2的固定端均贯穿密闭壳体1的侧壁面，以凸伸至密闭壳体1内部。

在该密闭壳体1上，安装有隔离大轴5以及真空管大轴6，且该隔离大轴5上设有隔离刀，对应该隔离刀的进线端的进出线套管2上设有触刀座，该触刀座与该隔离刀适配形成触头组件；同时，该真空管大轴6通过一真空灭弧器3连接至出线端的进出线套管2上，且该真空灭弧器3上套设有电流互感器，以实现电流值的检测。

该氮气绝缘的真空负荷开关，其使用真空负荷开关氮气绝缘方法，包括如下步骤：

步骤S1，氮气绝缘的步骤：

将真空负荷开关的密闭壳体1内填充氮气以作为绝缘气体，并将密闭壳体1内的隔离刀和触刀座构成的触头组件，以及真空灭弧器3的操作端浸入氮气的绝缘气体中；

该步骤中，其填充氮气的具体方法为：将该密闭壳体1的上盖11通过密封圈扣合安装，同时，通过充气装置将氮气由底部充入该密闭壳体1内，使原有的空气等，由上盖11与密封圈之间的间隙，排出该密闭壳体1，同时，通过气体浓度表，实时监测密闭壳体1内氮气的浓度(体积浓度)，直至密闭壳体1内氮气浓度达到或超过96％，即可封闭上盖11，以封闭该密闭壳体1。

其中，封闭上盖11的具体操作方式为：将该上盖11的外沿加密封带，并拧紧锁定螺栓，以实现上盖密封圈的紧固密封，最后，将上盖11的外沿涂敷白漆，实现彻底密封。

而后，继续向该密闭壳体1充入氮气，以使其内部气压升高，至密闭壳体1内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差为0.04～0.08MPa，即气压差下限值为0.04MPa，气压差上限值为0.08MPa；即完成氮气填充。

还包括步骤S2，气体压力控制的步骤：

为确保该氮气绝缘的真空负荷开关，实时处于高性能工作状态，密闭后的密闭壳体1还需进行实时气压检测：(1)当检测到密闭壳体1内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差小于气压差下限值，即小于0.04MPa，则表明气体泄漏，且无法达到灭弧性能，则需启动报警，发出故障信息；(2)当密闭壳体1内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差位于气压差下限值和气压差上限值之间，即气压差位于0.04～0.08MPa范围内，则表明真空符合开关工作稳定，只需周期性数值提示，实时监测工作状态即可；(3)当密闭壳体1内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差高于气压差上限值，即大于0.08MPa，则表明过充气或内部气体膨胀，为避免破坏密封组件，则启动泄压装置，进行泄压，使其不大于0.08MPa即可。

为进一步的确保电气隔离效果，在步骤S1中，还提供一顶部开口的绝缘盒30，在该实施例中，该绝缘盒30是云母片材质且顶部开口的矩形盒，将该绝缘盒30设于密闭壳体1内并使绝缘盒30的外壁与该密闭壳体1的内壁之间设有隔离间隙，同时，使触头组件全部装入该绝缘盒30内，真空灭弧器3的操作端也装入该绝缘盒30内。

其中，具体的，将该绝缘盒30固定于该密闭壳体1底面中部的位置，且绝缘盒底部通过隔离支架连接至密闭壳体1的底面，进而实现了隔离间隙的形成，并进行相间隔离。

根据GB 1984-2014《高压交流断路器》、DL/T 402-2007《高压交流断路器订货技术条件》条款6.2(绝缘试验)，该实施例的真空负荷开关，大于96％浓度的氮气气体，采用不同的气压值进行多次的雷电冲击测试，实验结果见表1；

表1雷电冲击实验测试记录表

表2工频耐压实验测试记录表

由表2实验检测数据可知，该实施例通过控制密闭壳体1内氮气的气压值，当氮气的气压值达到0.04MPa，即可实现工频耐压国标要求；同时，针对抗雷电冲击性能要求，挡气压达到0.04MPa，即可满足国标要求，而当气压达到0.08MPa后，其性能并无明确提升，即0.08MPa即可实现基本要求。

在特殊的使用环境中，为实现较高的抗雷电冲击性能要求，在步骤S1中，密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差为0.06～0.08MPa，即气压差下限值为0.06MPa，气压差上限值为0.08MPa。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种真空负荷开关氮气绝缘方法，其特征在于，包括：

步骤S1，氮气绝缘的步骤，将真空负荷开关的密闭壳体内填充氮气以作为绝缘气体，并将密闭壳体内的触头组件和真空灭弧器浸入绝缘气体中；

密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差为0.04～0.08MPa，即气压差下限值为0.04MPa，气压差上限值为0.08MPa。

2.根据权利要求1所述的真空负荷开关氮气绝缘方法，其特征在于，在步骤S1中，填充氮气的方法为：将氮气充入密闭壳体，并排出密闭壳体内的空气，使氮气的浓度不低于96％，而后封闭密闭壳体。

3.根据权利要求1所述的真空负荷开关氮气绝缘方法，其特征在于，在步骤S1中，密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差为0.06～0.08MPa，即气压差下限值为0.06MPa，气压差上限值为0.08MPa。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的真空负荷开关氮气绝缘方法，其特征在于，还包括步骤S2，气体压力控制的步骤：

当密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差小于气压差下限值，则启动报警；

当密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差位于气压差下限值和气压差上限值之间，则周期性数值提示；

当密闭壳体内部的绝缘气体气压与密闭壳体外部的气体气压差高于气压差上限值，则启动泄压。

5.根据权利要求1-3任一权利要求所述的真空负荷开关氮气绝缘方法，其特征在于，在步骤S1中，还提供一顶部开口的绝缘盒，将该绝缘盒设于密闭壳体内并使绝缘盒的外壁与该密闭壳体的内壁之间设有隔离间隙，且使触头组件和真空灭弧器装入该绝缘盒内。

6.根据权利要求5所述的真空负荷开关氮气绝缘方法，其特征在于，在步骤S1中，该绝缘盒设于该密闭壳体底面中部的位置，且绝缘盒底部通过隔离支架连接至密闭壳体的底面。