CN109856487A - 研究gis内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置，包括控制单元和若干个模拟单元。所述的模拟单元包括壳体，所述的壳体内设置有两个盆式绝缘子，两个所述的盆式绝缘子之间设置有导体，所述的导体上设置有加热装置和温度传感器。所述的壳体上设置有进气口、排气口和压力表。若干个所述模拟单元的加热装置和温度传感器分别通过引线与所述的控制单元相连。通过该模拟装置研究GIS壳体温度与内部导体温度的对应关系，可以提高评估GIS内部热缺陷严重程度的准确性，以及时采取必要的检修措施，对避免GIS发生过热故障以及保证电网的安全稳定运行具有重要的意义。

Description

研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置

技术领域

本发明涉及电气试验装置领域，具体地说是一种用于研究GIS内部导体 与外壳温度对应关系的发热模拟装置。

背景技术

封闭式气体绝缘组合电器(GAS INSTULATED SWITCHGEAR，简称GIS) 是把断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母 线和出线套管等组合在一起，把高压带电体密封在充满SF₆气体绝缘介质的金 属容器内，它具有良好的绝缘性能，广泛应用于高压输电系统中。GIS几乎所 有的开断、测量及过电压防护装置均密封在压力容器中，设备内部几乎不受 大气的影响，而且使用的SF₆气体介质绝缘性能和灭弧性能优良，因此GIS 具有运行可靠高、维护工作小、检修周期较长等特点。然而尽管GIS运行可 靠性非常高，并且现场安装投入运行的GIS总体运行情况是良好的，但由于 GIS是全封闭的组合电器设备，一旦有事故发生，会比一般的分离式敞开设备 引发更为严重的后果，且故障维修将会非常复杂，修复时间长，修复过程长 达两周以上。当GIS内部导体接触不良时，由于接触电阻变大，在负荷电流 流过时会产生过热现象。导体过热会引起绝缘老化或者直接熔融破坏GIS内 部绝缘，从而引发短路，形成重大事故。目前，针对GIS内部过热缺陷的检 测方法仍不成熟，且GIS导体封闭在壳体内部，现场只能检测壳体温度，无 法获取内部导体发热的严重程度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于研究GIS内部导体与外壳温度对 应关系的发热模拟装置，通过该模拟装置研究GIS壳体温度与内部导体温度 的对应关系，可以提高评估GIS内部热缺陷严重程度的准确性，以及时采取 必要的检修措施，对避免GIS发生过热故障以及保证电网的安全稳定运行具 有重要的意义。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置，包括控制单元 和若干个模拟单元；

所述的模拟单元包括壳体，所述的壳体内设置有两个盆式绝缘子，两个 所述的盆式绝缘子之间设置有导体，所述的导体上设置有加热装置和温度传 感器；

所述的壳体上设置有进气口、排气口和压力表；

若干个所述模拟单元的加热装置和温度传感器分别通过引线与所述的控 制单元相连。

进一步地，所述的模拟单元包括第一模拟单元，所述第一模拟单元内的 导体为一根，所述第一模拟单元的壳体的材料和直径均与550千伏GIS中导 体所在罐体的材料和直径相同，所述第一模拟单元内的导体的材料和直径均 与550千伏GIS中导体的材料和直径相同。

进一步地，所述的模拟单元包括第二模拟单元，所述第二模拟单元内的 导体为一根，所述第二模拟单元的壳体的材料和直径均与220千伏GIS中导 体所在罐体的材料和直径相同，所述第二模拟单元内的导体的材料和直径均 与220千伏GIS中导体的材料和直径相同。

进一步地，所述的模拟单元包括第三模拟单元，所述第三模拟单元内的 导体为三根，且呈三角形排列，所述第三模拟单元的壳体的材料和直径均与 110千伏GIS中导体所在罐体的材料和直径相同，所述第三模拟单元内的导体 的材料、直径以及相互之间的间距均与110千伏GIS中的导体相同。

进一步地，所述的加热装置包括设置于导体内的缠绕芯轴，所述的缠绕 芯轴上缠绕有加热丝。

进一步地，所述的缠绕芯轴上设置有呈螺旋状布置的凹槽，所述的加热 丝设置于所述的凹槽内。

进一步地，还包括中间连接体，且所述的中间连接体为一中空壳体，所 述的中间连接体上分别设置有进气口和压力表，所述模拟单元的壳体呈两端 开口的筒状结构，且所述模拟单元的壳体的一端分别与所述的中间连接体相 连通，所述模拟单元的壳体的另一端设置有端盖，靠近中间连接体一端的盆 式绝缘子采用阻断型盆式绝缘子，远离中间连接体一端的盆式绝缘子采用通 透型盆式绝缘子。

本发明的有益效果是：

1、通过该模拟装置可以模拟GIS现场的发热情况，从而研究GIS壳体温 度与内部导体温度的对应关系，提高评估GIS内部热缺陷严重程度的准确性， 为及时采取必要的检修措施提供可靠依据，对避免GIS发生过热故障以及保 证电网的安全稳定运行具有重要的意义。

2、使用简单、方便。

3、检测数据准确，GIS导体内温度传感器可直接准确反应导体温度，GIS 壳体使用红外热像仪检测温度与实际工作相同，此方法能够有效精确反应GIS 内部导体温度与外壳对应温度的关系，切合现场实际检测条件。

4、一套模拟装置可同时实现220千伏GIS，550千伏GIS和110千伏GIS 这几种常见的GIS的发热模拟，具有较强的实用性。

5、通过设置中间连接体，并在中间连接体内充入与模拟单元压力值相等 的气体，从而避免靠近中间连接体一端的盆式绝缘子在压力的作用下发生损 坏。同理，远离中间连接体一端的盆式绝缘子采用通透型盆式绝缘子，即通 盆，并在通盆的外侧设置端盖，也可以避免盆式绝缘子在气室的压力作用下 发生损坏。

6、本模拟装置可以研究不同压力和气体组分下的对应关系。

附图说明

图1为模拟装置的立体结构示意图；

图2为第一模拟单元的内部结构示意图；

图3为图2中C部分的放大结构示意图；

图4为阻断型盆式绝缘子(死盆)的立体结构示意图；

图5为通透型盆式绝缘子(通盆)的立体结构示意图；

图6为第三模拟单元中第三导体的排列结构。

图中：1-中间连接体，2-第一模拟单元，21-第一壳体，211-进气口，212- 排气口，213-出线口，22-盆式绝缘子，23-第一导体，24-连接件，25-缠绕芯 轴，26-加热丝，27-温度传感器，28-端盖，3-第二模拟单元，4-第三模拟单元。

具体实施方式

研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置包括控制单元和 若干个用于模拟GIS发热状况的模拟单元。

所述的模拟单元包括壳体，且所述壳体的材料和直径与模拟电压等级下 的GIS的导体所在的罐体的材料和直径相同。

所述模拟单元的壳体内设置有两个盆式绝缘子，两个所述的盆式绝缘子 之间设置有导体，且所述导体的数量、排列结构、材料和直径均与模拟电压 等级下的GIS的导体相同。所述导体的两端通过连接件分别与所述的盆式绝 缘子固定连接。

所述模拟单元的壳体上设置有进气口、排气口、出线口和用于测量模拟 单元壳体内压力的压力表。

所述的导体上设置有加热装置和温度传感器，且所述加热装置和温度传 感器的引线分别穿过出线口与控制单元相连。所述引线与出线口之间密封连 接。

在这里，所述的控制单元用于控制加热丝的启闭和接收温度传感器的反 馈信号，属于现有技术，在此不再赘述。

由于GIS中的导体都是中空的筒状结构，因此，作为一种具体实施方式， 本实施例中所述的加热装置包括设置于所述模拟单元的导体内的缠绕芯轴， 所述的缠绕芯轴上缠绕有加热丝，且所述加热丝的端部穿过所述模拟单元的 导体的侧壁延伸至所述模拟单元的导体的外部。

进一步地，为了避免在装配的过程中，由于挤压作用造成加热丝缠绕不 均匀，从而影响加热的均匀性，所述的缠绕芯轴上设置有呈螺旋状布置的凹 槽，所述的加热丝设置于所述的凹槽内。

作为一种具体实施方式，如图1所示，本实施例中所述的模拟单元包括 用于模拟550千伏GIS的第一模拟单元2、用于模拟220千伏GIS的第二模 拟单元3和用于模拟110千伏的第三模拟单元4。

为了方便理解，现结合附图对第一模拟单元2的结构进行描述。

另外，为了方便区分，将所述第一模拟单元2、第二模拟单元3和第三模 拟单元4的壳体分别定义为第一壳体21、第二壳体和第三壳体，相应的，将 所述第一模拟单元2、第二模拟单元3和第三模拟单元4的导体分别定义为第 一导体23、第二导体和第三导体。

如图2所示，所述的第一模拟单元2包括第一壳体21，且所述第一壳体 21的材料和直径与550千伏GIS中导体所在罐体的材料和直径相同。所述的 第一壳体21上设置有进气口211、排气口212、出线口213和压力表(图中 未视出)。所述的第一壳体21内设置有两个盆式绝缘子22，两个所述的盆式 绝缘子22之间设置有一呈筒状的第一导体23，且所述第一导体23的两端分 别通过连接件24与所述的盆式绝缘子22固定连接。所述第一导体23的材料和直径与550千伏GIS中导体的材料和直径相同。

如图2和图3所示，所述的第一导体23内设置有缠绕芯轴25，所述的缠 绕芯轴25上设置有呈螺旋状布置的凹槽，所述的凹槽内设置有加热丝26，且 所述加热丝26的端部穿过第一导体23的侧壁延伸至所述第一导体23的外部。

如图2所示，所述的第一导体23的外部设置有用于检测第一导体23温 度的温度传感器27。所述第一壳体21内的加热丝26和温度传感器27的引线 分别穿过第一壳体21的出线口213与控制单元相连。

所述第二模拟单元3的结构与所述第一模拟单元2的结构相同，且所述 第二壳体的材料和直径与220千伏GIS中导体所在罐体的材料和直径相同。 所述第二导体的材料和直径与220千伏GIS中导体的材料和直径相同，在此 不再赘述。

所述第三模拟单元4的结构与所述第一模拟单元2的结构相似，区别在 于，所述的第三模拟单元4包括三根呈三角形排列的第三导体，如图6所示， 且每根所述的第三导体上均设置有加热装置和温度传感器27。所述第三壳体 的材料和直径与110千伏GIS中导体所在罐体的材料和直径相同。所述第三 导体的材料、直径以及三根第三导体相互之间的间距均与110千伏GIS中的 导体相同，在此不再赘述。

进一步地，为了模拟的真实性，导体所处的空间内要充入一定压力的SF₆气体，由于在模拟实验的过程中需要根据实验方案调整充入压力，为了避免 对盆式绝缘子22造成损坏。

如图1所示，所述的第一模拟单元2、第二模拟单元3和第三模拟单元4 之间通过中间连接体1连接成为一个整体。所述的中间连接体1为一中空壳 体，且所述的中间连接体1上分别设置有进气口和压力表(图中未视出)。 所述的第一壳体21、第二壳体和第三壳体均呈两端开口的筒状结构，且所述 第一壳体21、第二壳体和第三壳体的一端分别通过法兰连接的方式与所述的 中间连接体1相连通。所述第一壳体21、第二壳体和第三壳体的另一端分别 设置有用于封闭所述第一壳体21、第二壳体和第三壳体的端盖28。靠近中间 连接体1一端的盆式绝缘子采用阻断型盆式绝缘子，即人们通常所述的死盆， 如图4所示。远离中间连接体1一端的盆式绝缘子采用通透型盆式绝缘子， 即人们通常所述的通盆，如图5所示。

这样，在实验时，就可以在中间连接体1内充入与模拟单元压力相等的 空气，从而使靠近中间连接体1一端的盆式绝缘子22的两侧压力相等，避免 靠近中间连接体1一端的盆式绝缘子22受力。而远离中间连接体1一端的盆 式绝缘子22由于本身采用的是通盆，因此也不会受力。这样一方面保证了模 拟实验的安全性，另一方面降低了盆式绝缘子22损坏的几率，降低了试验成 本。

Claims (7)

1.研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置，其特征在于：包括控制单元和若干个模拟单元；

所述的模拟单元包括壳体，所述的壳体内设置有两个盆式绝缘子，两个所述的盆式绝缘子之间设置有导体，所述的导体上设置有加热装置和温度传感器；

所述的壳体上设置有进气口、排气口和压力表；

若干个所述模拟单元的加热装置和温度传感器分别通过引线与所述的控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置，其特征在于：所述的模拟单元包括第一模拟单元，所述第一模拟单元内的导体为一根，所述第一模拟单元的壳体的材料和直径均与550千伏GIS中导体所在罐体的材料和直径相同，所述第一模拟单元内的导体的材料和直径均与550千伏GIS中导体的材料和直径相同。

3.根据权利要求1所述的研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置，其特征在于：所述的模拟单元包括第二模拟单元，所述第二模拟单元内的导体为一根，所述第二模拟单元的壳体的材料和直径均与220千伏GIS中导体所在罐体的材料和直径相同，所述第二模拟单元内的导体的材料和直径均与220千伏GIS中导体的材料和直径相同。

4.根据权利要求1所述的研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置，其特征在于：所述的模拟单元包括第三模拟单元，所述第三模拟单元内的导体为三根，且呈三角形排列，所述第三模拟单元的壳体的材料和直径均与110千伏GIS中导体所在罐体的材料和直径相同，所述第三模拟单元内的导体的材料、直径以及相互之间的间距均与110千伏GIS中的导体相同。

5.根据权利要求1所述的研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置，其特征在于：所述的加热装置包括设置于导体内的缠绕芯轴，所述的缠绕芯轴上缠绕有加热丝。

6.根据权利要求5所述的研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置，其特征在于：所述的缠绕芯轴上设置有呈螺旋状布置的凹槽，所述的加热丝设置于所述的凹槽内。

7.根据权利要求1所述的研究GIS内部导体与外壳温度对应关系的发热模拟装置，其特征在于：还包括中间连接体，且所述的中间连接体为一中空壳体，所述的中间连接体上分别设置有进气口和压力表，所述模拟单元的壳体呈两端开口的筒状结构，且所述模拟单元的壳体的一端分别与所述的中间连接体相连通，所述模拟单元的壳体的另一端设置有端盖，靠近中间连接体一端的盆式绝缘子采用阻断型盆式绝缘子，远离中间连接体一端的盆式绝缘子采用通透型盆式绝缘子。