CN109283459A - 双气室高压开关开断性能模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双气室高压开关开断性能模拟试验装置，包括压力容器、动弧触头和静弧触头，静弧触头传动连接有操动机构，动弧触头通过触座安装在压力容器中，触座上设有带有喷口的且容积固定的膨胀气室，触座内设有与膨胀气室间隔设置的隔板，隔板、膨胀气室的外壁以及触座的相应段一起围成储能气室，膨胀气室的壁上设置有连通膨胀气室和储能气室的连通孔，膨胀气室设置有用于检测膨胀气室内气体压力的第一传感器，储能气室设置有用于检测储能气室内气体压力的第二传感器。本发明的有益效果：传感器不发生瞬时运动，保证了测量结果的可靠性，传感器记录下双气室气体压力变化，通过电弧熄灭特性就可得出该双气室的气体压力与开断性能之间的关系。

Description

双气室高压开关开断性能模拟试验装置

技术领域

本发明涉及一种双气室高压开关开断性能模拟试验装置。

背景技术

在高压开关开断电弧的过程中，电弧电压、电弧形态、电弧温度、喷口内压力以及灭弧室压气缸的气体压力等都是影响开断性能的因素，研究这些影响因素与开断性能之间的关系对于高压开关结构的优化设计具有重要的指导意义。目前已知的大多数高压开关灭弧试验装置中，都在重点研究高压开关的喷口形状，以及喷口在开断过程中喷射灭弧气体对电弧形态的影响，而关于不同气吹压力对灭弧性能的影响却很少有人关注。

在采用气吹方式灭弧的高压开关中，双气室高压开关是一种具有膨胀气室和压气室两个气室的高压开关，例如授权公告号为CN2546996Y，授权公告日为2003.04.23的中国实用新型专利公开的一种热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室，该灭弧室中设置有动触头机构（即动端组件）和静触头机构（即静端组件），动端组件包括动主触头、动弧触头、喷口、活塞杆、压气缸、活塞，压气缸中设置有膨胀气室和压气室，膨胀气室和压气室之间通过隔板隔开，膨胀气室容积固定。静端组件包括静主触头和静弧触头。

当开断大电流时，动、静弧触头分开产生电弧，在喷口喉部电弧堵塞效应下，大量热膨胀气流进入膨胀气室中，对膨胀气室内的六氟化硫气体进行加热加压，此时膨胀气室与压气室之间的逆止阀关闭，通过膨胀气室建立断路器开断所要求的熄弧压力。与此同时压气室中的气体不断被压缩，促使压气活塞泄压阀打开，从而自动减轻压气室对操动机构的反作用力。当动弧触头运动至离开喷口时，膨胀气室中的高压气体快速喷出，从而熄灭电弧，因此膨胀气室中的压力会降低，当压力降至小于压气室中气体压力时，逆止阀会打开，从而向膨胀气室中补入气体，给电流的成功开断提供充足的压力。

当开断小电流时，此时电弧能量小，不能在喷口喉部形成电弧堵塞效应，无法通过膨胀气室建立熄弧能力，膨胀气室逆止阀开启，同时压气室泄压阀关闭，通过压气缸的不断移动压缩压气室中的气体，从而提供灭弧压力，完成小电流开断。因此不管是开断大电流，还是开断小电流，压气室实质上都是作为储能气室在使用，在膨胀气室内的气体压力不足以灭弧的情况下，为其补充足够的压力。

如果对现有技术中的这种双气室高压开关进行气吹压力与开断性能关系的研究，就需要在膨胀气室和压气室中安装压力传感器，然而在分闸时，整个动端组件高速运动，这种瞬间的快速运动会对传感器用光纤造成瞬态冲击，从而对测量结果产生很大的影响，无法保证测量数据的准确性和稳定性。另外，灭弧室中动端部件较多、结构复杂，要安装一个随动端一起运动且又不影响灭弧室正常开断的压力传感器，在具体实施上存在较大的技术难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够研究双气室高压开关的开断性能与气室压力之间关系的试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

双气室高压开关开断性能模拟试验装置，包括压力容器和设置在压力容器中的动弧触头和静弧触头，静弧触头传动连接有操动机构，动弧触头通过触座安装在压力容器中，触座上设置有带有喷口的且容积固定的膨胀气室，触座内设置有与膨胀气室间隔设置的隔板，隔板、膨胀气室的外壁以及触座的相应段一起围成储能气室，膨胀气室的壁上设置有连通膨胀气室和储能气室的连通孔，膨胀气室设置有用于检测膨胀气室内气体压力的第一传感器，储能气室设置有用于检测储能气室内气体压力的第二传感器。

触座内固定有呈筒状结构的固定筒，所述喷口固定在固定筒的筒口处，所述膨胀气室由固定筒和喷口围成，所述连通孔设置在固定筒的筒底上。

所述动弧触头固定在固定筒的筒底上。

固定筒的筒底上还连接有朝背向动弧触头一侧方向延伸的且穿过隔板的拉杆模拟件，拉杆模拟件的内孔与动弧触头的内孔连通，触座上设置有用于将拉杆模拟件排出的气体排入到压力容器中的排气孔。

所述隔板相对于触座位置可调或者储能气室设置有体积可变部件而使得储能气室的容积可调。

所述隔板相对于触座的位置可调。

所述隔板与触座内壁之间为螺纹连接。

喷口的出气端设置有用于检测出气压力的第三传感器。

所述第一传感器、第二传感器和第三传感器均为可同时检测压力和温度的传感器。

隔板上设置有用于限定储能气室内气体压力的压力阀。

本发明的有益效果在于：压力容器模拟的是双气室高压开关的灭弧室的罐体，动弧触头、触座、喷口、隔板以及固定容积的膨胀气室模拟的是灭弧室中的动端组件，并且由隔板、膨胀气室的外壁以及触座的相应段一起围成了储能气室，这样就模拟了双气室的结构。而本试验装置中的静弧触头传动连接有操动机构，也就是说整个动端组件是不运动的，这与真实产品刚好相反，这样设置的好处是：方便了传感器的设置，第一传感器和第二传感器不会再发生瞬时运动，从而可以稳定的测量膨胀气室以及储能气室内的气体压力，避免了瞬态冲击现象，保证了测量结果的可靠性。

也正是由于动端组件不再运动，储能气室的容积不会发生变化，其无法通过气体的压缩建立高压区域，因此膨胀气室的壁上设置有连通膨胀气室和储能气室的连通孔，这样膨胀气室内的高压气体就可以通过连通孔进入储能气室中，使储能气室具有储能的效果，同时在分闸过程中，当膨胀气室内的气体压力降低时，储能气室会通过连通孔向膨胀气室补充压力，保证电弧被成功吹断，这样就模拟了真实产品中储能气室的补充气体压力的作用。

在分闸过程中，第一、第二传感器分别记录下膨胀气室和储能气室中的气体压力变化以及两个气室的能量交换过程，通过电弧的熄灭特性就可以得出该双气室的气体压力与开断性能之间的关系，从而为真实产品中双气室的结构优化提供数据支持，并为后期试制量产样机的设计提供指导数据。

附图说明

图1为本发明中双气室高压开关开断性能模拟试验装置的实施例1的主视图；

图2为本发明中双气室高压开关开断性能模拟试验装置的实施例2的主视图；

图3为图2中体积可变部件处的局部放大图。

图中：1.拉杆模拟件；2.压力阀；3.第二传感器；4.连通孔；5.第一传感器；6.动弧触头；7.第三传感器；8.静弧触头；9.操动机构；10.喷口；11.固定筒；12.膨胀气室；13.筒底板；14.储能气室；15.隔板；16.排气孔；17.压力容器；18.触座；19.可变体积部件；191.螺栓；192.伸缩块；193.固定套。

具体实施方式

双气室高压开关开断性能模拟试验装置的实施例1如图1所示，包括压力容器17，压力容器17的上端内壁上固定有向下延伸的触座18，触座18的内孔中自上而下依次连接有隔板15和呈筒状结构的固定筒11，其中隔板15与触座18的内壁之间为螺纹连接，固定筒11直接焊接固定在触座18的内孔中。固定筒11包括上部的筒底板13，筒底板13和隔板15的中心均设置有中心孔。筒底板13的朝下的一侧面上固定有动弧触头6，筒底板13的中心孔内固定有朝上延伸的拉杆模拟件1，该拉杆模拟件1穿过隔板15上的中心孔。拉杆模拟件1和动弧触头6的内孔相连通，构成排气通孔，触座18的上部壁上开设有排气孔16，排气孔16可以将拉杆模拟件1排出的气体排入到压力容器17中。

固定筒11的下部端口内固定有喷口10，固定筒11和喷口10围城了一个固定容积的膨胀气室12。筒底板13、隔板15以及触座18的相应段一起围成了储能气室14，由于隔板15与触座18的内壁之间为螺纹连接，因此调整隔板15的位置使其沿触座18轴向上下移动，就可以改变储能气室14的容积。

筒底板13上设置有连通膨胀气室12和储能气室14的连通孔4，该连通孔4的孔径适中，既不能太大也不能太小，需要保证储能气室12中的高压气体可以通过该孔进入储能气室中，使储能气室具有储能的效果，同时在分闸过程中，当膨胀气室内的气体压力降低时，储能气室会通过连通孔向膨胀气室补充压力，保证电弧被成功吹断。

隔板15上设置有用于限定储能气室14内气体压力的压力阀2，通过该压力阀2可以对储能气室14设定某一极限压力，当储能气室14中的气体压力大于该设定压力时，压力阀2就会自动打开，实现泄压功能。

为了检测膨胀气室12和储能气室14内的气体压力和温度，在触座18的壁上分别固定有测量端伸入膨胀气室12中的第一传感器5、以及测量端伸入储能气室14中的第二传感器3，同样的为了检测喷口10的出气端内的气体压力和温度，在喷口10的出气端（即喉部）固定有测量端伸入喷口内的第三传感器7，第一传感器5、第二传感器3以及第三传感器7均是能够同时检测压力和温度的传感器。

压力容器17内位于喷口10的下方设置有静弧触头8，静弧触头8的下端穿出压力容器并传动连接有操动机构9，在操动机构9的作用下，静弧触头8可以上下移动，从而与动弧触头6接触或者分离，模拟分合闸的过程。

在本发明中，压力容器17模拟的是双气室高压开关的灭弧室的罐体，动弧触头6、拉杆模拟件1、触座18、喷口10、隔板15、固定筒11以及固定容积的膨胀气室12模拟的是灭弧室中的动端组件，并且由隔板15、筒底板13以及触座18的相应段一起围成了储能气室，这样就模拟了双气室的结构。而本试验装置中的静弧触头8与操动机构传动连接，也就是说整个动端组件是不运动的，这与真实产品刚好相反，这样设置的好处是：方便了传感器的设置，第一传感器5和第二传感器3都不会再发生瞬时运动，从而可以稳定的测量膨胀气室以及储能气室内的气体压力，避免了瞬态冲击现象，保证了测量结果的可靠性。

同时，本发明中的这种逆向思维不但解决了瞬态冲击的问题，还使得运动部件只剩下静弧触头，大大简化了运动部件，从而可以大幅减小操动机构的操作功，降低对操动机构的要求，降低试验成本。

另外，也正是由于动端组件不再运动，储能气室的容积不会发生变化，其无法通过气体的压缩建立高压区域，因此筒底板13上的连通孔4是最关键的常通孔，不但保证了储能气室可以具有储能的效果，而且还可以实现补充压力的功能，这样就模拟了真实产品中储能气室的作用。

本发明试验装置的工作原理是：试验前，将隔板15固定在触座的合适位置，得到一定容积大小的膨胀气室12和储能气室14，然后控制操动机构9带动静弧触头8向上运动并与动弧触头6接触，实现合闸，完成初始调整。测试时，通过操动机构9带动静弧触头8向下运动，静弧触头8与动弧触头6分离后会产生电弧，在喷口10喉部的电弧阻塞效应下，大部分电弧能量从喷口上部进入膨胀气室12中，膨胀气室12利用电弧能量建立高压气体，在压力建立过程中，由于储能气室14中的气体压力较低，温度也低，因此膨胀气室12中带有能量的气体会通过筒底板13上的连通孔4进入储能气室14中，继续在储能气室14内建立高压区域，储能气室14内的最大压力值取决于压力阀2的参数设置。

当静弧触头8继续随操动机构9向下运动至离开喷口喉部时，首先膨胀气室12中的高压气体迅速从喷口喷出，同时在喷口10的轴向方向，会有一部分气体沿着动弧触头6和拉杆模拟件1的排气通孔向上运动，排入触座18内，然后再通过排气孔16排入压力容器17中。然后当膨胀气室12压力降低时，储能气室14中的气体会迅速补充，给断口电流的开断提供持续充足的压力。由于筒底板13上设置的连通孔4比较小，而且数量比较少，因此从膨胀气室12进入储能气室14中的能量有限，储能气室14中的气体压力高，但温度相对较低，因此从储能气室14补入喷口10处的气体温度低、密度高，更加有利于断口间介质恢复的建立，从而提升断口的开断能力，实现成功灭弧。

分闸过程中，第一传感器5、第二传感器3以及第三传感器7会分别记录下膨胀气室12、储能气室14以及喷口10内的气体温度和压力，一次测量后，通过触座上设置的手孔（图中未示出），就可以将手伸入触座中调节隔板15的位置，从而得到不同容积的储能气室，由于隔板15与触座18的内壁之间为螺纹连接，因此隔板15上下移动的距离是可以精确控制的，即储能气室的大小是可以精确控制的，气体压力可调范围比较大，而且可控性好。

通过测量不同容积的储能气室下电弧的熄灭特性，就可以得到开断性能与不同气体压力之间的关系，以及不同气体温度对于开断性能的影响规律，并且第一传感器和第二传感器还可以记录下两个气室的能量交换过程，从而可以为真实产品中双气室的结构优化提供更多的数据支持，并为后期试制量产样机的设计提供更多的指导数据。

需要说明的是，虽然在本试验装置中，操动机构9与静弧触头8相连，储能气室14的容积在分闸过程中没有改变，并且膨胀气室12和储能气室14通过连通孔4连通，这虽与实际产品有些出入，但本发明的目的仅在于通过设置这样的双气室测试结构，能够在一定程度上模拟双气室高压开关的开断过程，从而为高压开关的结构优化提供数据支持和理论指导。或者从另外一个角度讲，通过本试验装置的模拟测试，或许能够找到一种开断性能更好的新型双气室高压开关结构，为新产品研发做出一定的贡献。

此外，本发明的试验装置还可以通过操动机构9控制静弧触头8的运动速度，进而得到不同的分闸速度对于开断性能的影响，以及静弧触头8与动弧触头6的不同分闸距离，从而得到不同的开距对于开断性能的影响，因此本发明的试验装置对于高压开关结构的优化设计具有重要的指导意义。

双气室高压开关开断性能模拟试验装置的实施例2如图2、图3所示，在该实施例中，隔板15焊接固定在触座18上，此时储能气室14设置有体积可变部件19，该体积可变部件19包括螺纹连接在隔板15上的螺栓191、固定在螺栓191端部的伸缩块192、固定在隔板15上的供伸缩块192上下导向移动的固定套193，旋转螺栓191，就可以调节伸缩块192伸出或缩回的位置，从而改变体积可变部件19的体积，进而间接改变储能气室14的容积。

在双气室高压开关开断性能模拟试验装置的其他实施例中：当储能气室设置有体积可变部件时，该体积可变部件中的螺栓也可以只是一个销子，该销子穿过隔板与伸缩块固定相连，此时伸缩块与固定套为螺纹连接，通过旋转销子，即可使伸缩块沿固定套上下移动，从而改变体积可变部件的体积，或者体积可变部件就是一个耐高温气囊；隔板上也可以不设置压力阀；第一传感器、第二传感器以及第三传感器也可以是普通的只能够检测压力的传感器；第三传感器也可以不设置，此时只检测膨胀气室和储能气室中的气体压力；当隔板相对于触座的位置可调时，隔板可以是与拉杆模拟件螺纹连接，或者当压力容器中没有设置拉杆模拟件时，可以在压力容器上固定一个上下延伸的固定杆，其中隔板与该固定杆螺纹连接；隔板可以是焊接固定在触座上，同时储能气室也没有设置体积可变部件，即储能气室的容积不可调，这时该试验装置可以研究一定容积的气室压力与开断性能之间的关系，或者当需要研究不同气室压力与开断性能之间的关系时，可以多准备几套试验装置，各试验装置中储能气室的容积不一样；固定筒的筒底上也可以不连接拉杆模拟件，比如动弧触头的长度比较长，一直向上延伸至穿过隔板；动弧触头可以不固定在固定筒的筒底上，比如可以在动弧触头的外周上固定两个支撑杆，支撑杆的另一端直接与触座内壁焊接固定；膨胀气室可以不是由固定筒和喷口围成的，比如触座内没有设置固定筒，而是还设置有另外一块隔板，该隔板焊接固定在触座内壁上，喷口也直接粘接固定在触座上，此时膨胀气室就是由该隔板、喷口和触座的相应段一起围成；在以上实施例中，整个试验装置为立式，当然根据实际测量需要，整个试验装置也可以是卧式。

Claims (10)

1.双气室高压开关开断性能模拟试验装置，其特征在于：包括压力容器和设置在压力容器中的动弧触头和静弧触头，静弧触头传动连接有操动机构，动弧触头通过触座安装在压力容器中，触座上设置有带有喷口的且容积固定的膨胀气室，触座内设置有与膨胀气室间隔设置的隔板，隔板、膨胀气室的外壁以及触座的相应段一起围成储能气室，膨胀气室的壁上设置有连通膨胀气室和储能气室的连通孔，膨胀气室设置有用于检测膨胀气室内气体压力的第一传感器，储能气室设置有用于检测储能气室内气体压力的第二传感器。

2.根据权利要求1所述的双气室高压开关开断性能模拟试验装置，其特征在于：触座内固定有呈筒状结构的固定筒，所述喷口固定在固定筒的筒口处，所述膨胀气室由固定筒和喷口围成，所述连通孔设置在固定筒的筒底上。

3.根据权利要求2所述的双气室高压开关开断性能模拟试验装置，其特征在于：所述动弧触头固定在固定筒的筒底上。

4.根据权利要求3所述的双气室高压开关开断性能模拟试验装置，其特征在于：固定筒的筒底上还连接有朝背向动弧触头一侧方向延伸的且穿过隔板的拉杆模拟件，拉杆模拟件的内孔与动弧触头的内孔连通，触座上设置有用于将拉杆模拟件排出的气体排入到压力容器中的排气孔。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的双气室高压开关开断性能模拟试验装置，其特征在于：所述隔板相对于触座位置可调或者储能气室设置有体积可变部件而使得储能气室的容积可调。

6.根据权利要求5所述的双气室高压开关开断性能模拟试验装置，其特征在于：所述隔板相对于触座的位置可调。

7.根据权利要求6所述的双气室高压开关开断性能模拟试验装置，其特征在于：所述隔板与触座内壁之间为螺纹连接。

8.根据权利要求1~4任意一项所述的双气室高压开关开断性能模拟试验装置，其特征在于：喷口的出气端设置有用于检测出气压力的第三传感器。

9.根据权利要求8所述的双气室高压开关开断性能模拟试验装置，其特征在于：所述第一传感器、第二传感器和第三传感器均为可同时检测压力和温度的传感器。

10.根据权利要求1~4任意一项所述的双气室高压开关开断性能模拟试验装置，其特征在于：隔板上设置有用于限定储能气室内气体压力的压力阀。