CN112097725B - 一种户外gis母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，属于输变电设备工程技术领域，尤其涉及一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法。本发明包括确定GIS母线安装参数、确定核查当前环境温度、确定伸缩节实际间隙量、估算母线伸缩量、确定预留补偿间隙整定值、间隙量核查比对等主要步骤。本发明能够估计GIS母线受全年环境温度变化、安装环境温度变化、光照和通流等影响所产生的伸缩变形量，通过实际间隙量与预留间隙量的比较来评估伸缩节温度补偿性能。具有通用性强、标准可量化的特点，适用于各种工程应用的GIS温度补偿伸缩节，针对不同类型伸缩节灵活设置母线伸缩变形量估计方法，保障GIS母线设备可靠运行。

Description

一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法

技术领域

本发明属于输变电设备工程技术领域，尤其涉及一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法。

背景技术

近年来，户外气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear，GIS)因环境温度变化引发的故障及异常时有发生，给电网和设备安全可靠运行造成严重威胁。由于考虑到成本问题，GIS设备大部分布置在户外，因此GIS母线筒体容易受到外界环境的影响，主要体现为昼夜温差和季节性温差对其的影响。以辽宁地区为例，地区昼夜温差约20K，年较差约60K，由于GIS母线筒体支架的地基为混凝土结构，而GIS母线筒为铝合金或钢等金属材质，二者的热膨胀系数相差2倍以上，因此同样的温差将导致GIS母线筒体和地基具有不同的热胀冷缩量，二者存在的差异将导致母线筒体相对地面发生位移。以7米长铝合金母线作为估算参考，年较差最大时母线筒体对地位移可超过10毫米，昼夜温差最大时母线筒体对地位移可达5毫米。为了补偿户外GIS长母线由于环境温度变化引起的形变，GIS设备制造厂广泛采用温度补偿型伸缩节，对于GIS设备在热胀冷缩情况下保障其运行可靠性发挥了重要作用。其原理主要是根据外部环境的变化，通过长拉杆、弹簧压力或内部压力平衡等调整轴向尺寸，来补偿GIS母线伸缩变形量。

但受GIS设备现场安装和运维等多面因素限制，GIS用温度补偿伸缩节的安装调整存在很大不足，一是缺少统一的核查方法，安装过程和运维过程中的核查均未将环境因素影响考虑周全；二是缺少可量化的标准，预留间隙量多依据经验取值，对于量值是否合理缺少可靠的工程计算依据。因此伸缩节对于GIS母线的温度补偿性能也难以得到有效保证，尤其在极端天气下更容易因运维不到位而引发GIS母线故障。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法。其目的是针对户外GIS母线用温度补偿型伸缩节提供统一的、可量化的核查方法，以实现伸缩节温度补偿性能的现场快速评估，保障GIS母线可靠运行。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，包括以下步骤：

步骤1.查询GIS设备现场施工安装过程档案，确定GIS母线安装参数；

步骤2.测量核查当前环境温度以及当前伸缩节法兰两侧固定螺栓与法兰之间的实际间隙量；

步骤3.根据当前环境温度估算GIS母线在全年温度变化范围内可能出现的伸缩形变量；

步骤4.根据该伸缩节对应的GIS母线段伸缩形变量，计算确定该伸缩节当前应预留补偿间隙量整定值区间；

步骤5.将计算结果进行核查比对；

步骤6.若实际间隙量小于计算确定的预留补偿间隙量整定值，但不为零，则判断能否满足继续运行的要求并给出检修建议；若发现法兰某侧螺栓已无间隙量，则综合判断能否满足运行的要求，并立即开展检修。

进一步的，步骤1中所述GIS母线安装参数包括：GIS母线安装时的环境温度范围、伸缩节结构型式、伸缩节对应补偿的GIS母线段长度，其中GIS母线段长度应与预留补偿间隙量成正比例关系。

进一步的，步骤2中所述测量核查当前伸缩节法兰两侧固定螺栓与法兰之间的实际间隙量，是通过长拉杆式和力平衡式伸缩节测量的；所述固定螺栓与弹簧筒之间实际间隙量是通过弹簧平衡式伸缩节测量。

进一步的，步骤5中，所述将计算结果进行核查比对，如下：

若实际间隙量大于计算确定的预留补偿间隙量整定值，则伸缩节在温度补偿的正常范围内；

若实际间隙量小于计算确定的预留补偿间隙量整定值，则伸缩节温度补偿能力受限，易导致极限高低温环境下的温度补偿能力不足，影响GIS设备正常运行。

进一步的，所述GIS母线的伸缩形变量的估算方法，包括以下步骤：

综合考虑全年环境温度范围、安装环境温度范围、光照温升和通流温升对母线伸缩的影响；

母线伸长量考虑安装期间内低温、全年环境最高温条件下，综合光照和通流共同产生的GIS母线温度上升所对应的形变量；

母线收缩量考虑安装期间内高温、全年环境最低温条件下，由于GIS母线温度下降所对应的形变量。

进一步的，所述GIS母线的伸缩形变量的估算方法，包括以下步骤：

综合考虑全年环境温度范围、安装环境温度范围、光照温升和通流温升等对母线伸缩的影响，假设户外GIS运行环境的年度温度变化范围为(T₁，T₂)，安装环境温度变化范围为(T₃，T₄)，光照产生温升△T_光，通流产生温升△T_电；

其中母线伸长量考虑安装期间内低温、全年环境最高温条件下，且综合光照和通流共同产生的GIS母线温度上升所对应的形变量，其温度变化量表示为△T_伸＝T₂-T₃+△T_光+△T_电；

母线收缩量考虑安装期间内高温、全年环境最低温条件下由于GIS母线温度下降所对应的形变量，其温度变化量可表示为△T_缩＝T₁-T₄；

通常日照引起的母线筒温度上升达10K，母线通流产生的温升为温升试验过程中壳体的实际温升，通常小于30K。

进一步的，所述伸缩节补偿间隙量整定方法包括：

根据估算得到的伸缩形变量乘以伸缩节对应补偿母线段的实际长度计算得到伸缩节补偿调整间隙，单位为毫米。

进一步的，所述伸缩节补偿间隙量整定方法包括：

当伸缩节需补偿的母线段长度为9.5米，运行在全年环境温度范围为-25℃至35℃的户外环境中，则根据伸缩形变量估算得到的对应伸缩节补偿调整间隙，以伸缩节补偿调整间隙的1.0至1.2倍作为伸缩节预留补偿间隙的调整区间，预留补偿间隙上下限数值应分别向上取整，确定预留补偿间隙整定区间。

进一步的，所述核查调整方法应用于长拉杆式和力平衡式伸缩节时，分别估算GIS母线伸长形变量和缩短形变量，并在伸缩节法兰与两侧螺栓之间分别设置间隙；

所述核查调整方法应用于弹簧平衡式伸缩节时，取GIS母线伸长形变量和缩短形变量最大值作为估算的GIS母线伸缩形变量，并在弹簧筒与螺栓之间对应设置间隙。

一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，应用于长拉杆式、弹簧平衡式和力平衡式GIS母线用温度补偿型伸缩节。

本发明具有以下有益效果及优点：

本发明明确了开展户外GIS母线用温度补偿型伸缩节补偿性能现场核查的方法和步骤，能够估计GIS母线受全年环境温度变化、安装环境温度变化、光照和通流等影响所产生的伸缩变形量，通过实际间隙量与预留间隙量的比较来具体评估伸缩节温度补偿性能。本发明方法通用性强、标准可量化、应用简单，能够适用于各种工程应用的GIS母线温度补偿伸缩节，针对不同类型伸缩节灵活设置母线伸缩变形量估计方法，对于安装过程中的伸缩节间隙设置和运维过程中的间隙调整均具有广泛的指导作用，能够保障GIS母线设备可靠运行。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的一个实施例中户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法的流程图；

图2为本发明的一个实施例中GIS母线伸缩量估算的简化模型；

图3为本发明的一个实施例中一年中温度变化对GIS母线伸缩量的影响关系示意图；

图4为本发明的一个实施例中母线伸缩节预留间隙定量调整曲线；

图5为本发明的一个实施例中长拉杆式伸缩节间隙调整示意图；

图6为本发明的一个实施例中力平衡式伸缩节间隙调整示意图；

图7为本发明的一个实施例中弹簧平衡式伸缩节间隙调整示意图；

图8为本发明的一个实施例中伸缩节调整间隙量与温差的对照关系。

图中：

支撑A1,支撑B2,伸缩节3，罐体A11，罐体B22，伸缩节法兰4，固定螺栓5,弹簧筒6,固定螺栓7。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1和图2描述本发明一些实施例的技术方案。

实施例1

本发明是一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，如图1所示，图1是本发明的一个实施例中户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法的流程图。

在本实施例中，户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，包括以下步骤：

步骤1.查询GIS设备现场施工安装过程档案，确定GIS母线安装参数，包括GIS母线安装时的环境温度范围、伸缩节结构型式、伸缩节对应补偿的GIS母线段长度等，其中GIS母线段长度应与预留补偿间隙量成正比例关系；

步骤2.测量核查当前环境温度以及当前伸缩节法兰两侧固定螺栓与法兰之间的实际间隙量，其中长拉杆式和力平衡式伸缩节测量伸缩节法兰两侧固定螺栓的实际间隙量，弹簧平衡式伸缩节测量固定螺栓与弹簧筒之间实际间隙量；

步骤3.根据当前环境温度通过查图表方式估算GIS母线在全年温度变化范围内可能出现的伸缩形变量；

步骤4.根据该伸缩节对应的GIS母线段伸缩形变量计算确定该伸缩节当前应预留补偿间隙量整定值区间；

步骤5.将计算结果进行核查比对，若实际间隙量大于计算确定的预留补偿间隙量整定值，说明伸缩节在温度补偿的正常范围内；若实际间隙量小于计算确定的预留补偿间隙量整定值，说明伸缩节温度补偿能力受限，可能会导致极限高低温环境下的温度补偿能力不足，影响GIS设备正常运行；

步骤6.向GIS设备制造厂反馈实际间隙量，若实际间隙量小于计算确定的预留补偿间隙量整定值，但不为零，则应由GIS设备制造厂判断能否满足继续运行的要求并给出检修建议；若发现法兰某侧螺栓已无间隙量，应由制造厂会同相关技术部门根据其不同的使用部位及产品结构综合判断能否满足运行的要求，并立即开展检修。

图2为本发明的一个实施例中GIS母线伸缩量估算的简化模型。由于GIS母线筒和基础长度的温升变化不一致，因此GIS母线会产生相对伸缩形变量，须用合适的伸缩结构元件吸收或补偿母线的热涨冷缩变形。图中两侧的支撑A1和支撑B2为刚性固定支撑，伸缩节3两侧母线罐体A11和罐体B22热胀冷缩发生的形变全部由伸缩节吸收，保证刚性固定支撑不会发生偏移。两个固定支撑之间的母线长度即为该伸缩节所对应的补偿母线段长度。

图3为本发明的一个实施例中一年中温度变化对GIS母线伸缩量的影响关系示意图。图中表示了GIS母线伸缩量的估算方法需综合考虑全年环境温度范围、安装环境温度范围、光照温升和通流温升等对母线伸缩的影响。假设户外GIS运行环境的年度温度变化范围为(T₁，T₂)，安装环境温度变化范围为(T₃，T₄)，光照产生温升△T_光，通流产生温升△T_电，则其中母线伸长量考虑安装期间内低温、全年环境最高温条件下，且综合光照和通流共同产生的GIS母线温度上升所对应的形变量，其温度变化量可表示为△T_伸＝T₂-T₃+△T_光+△T_电；母线收缩量考虑安装期间内高温、全年环境最低温条件下由于GIS母线温度下降所对应的形变量，其温度变化量可表示为△T_缩＝T₁-T₄。研究表明，通常日照引起的母线筒温度上升可达10K，母线通流产生的温升为温升试验过程中壳体的实际温升，通常小于30K(具体可依据GIS设备型号查询型式试验报告获取相应结果)。母线的最大伸缩量应考虑一年中的温度变化，具体伸缩量可以通过下式方法估算获得。

ΔL＝L×α×ΔT

式中：△L为母线筒或基础长度的相对变化量，单位：m；L为母线筒长度，单位：m；α为GIS母线筒或基础材料的线性热膨胀系数，单位：1/K，GIS母线筒壳体材质设定为铝，其膨胀系数取23.9×10^-6(1/K)，基础材质设定为混凝土，其膨胀系数取11.7×10^-6(1/K)；△T为GIS母线筒或基础的温度变化量，单位：K。

使用过程中可将GIS母线伸缩量与环境温差的对应关系制成曲线图或数据表，方便核查过程中调取参阅。

图4为本发明的一个实施例中母线伸缩节预留间隙定量调整曲线。其中伸缩节补偿间隙量的整定方法为根据估算得到的伸缩形变量乘以伸缩节对应补偿母线段的实际长度计算得到伸缩节补偿调整间隙，单位为毫米。本实施例中假设某伸缩节需补偿的母线段长度为9.5米，运行在全年环境温度范围为-25℃至35℃的户外环境中，则根据伸缩形变量估算得到的对应伸缩节补偿调整间隙如图中实线所示。以伸缩节补偿调整间隙的1.0至1.2倍作为伸缩节预留补偿间隙的调整区间，预留补偿间隙上下限数值应分别向上取整，便于现场用米尺测量读数，最终确定的预留补偿间隙整定区间如图中虚线部分所示。由图中可知，预留补偿间隙整定值应略高于伸缩节补偿调整间隙。

在本实施例中，户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，适用于长拉杆式、弹簧平衡式和力平衡式等GIS母线用温度补偿型伸缩节。

图5为本发明的一个实施例中长拉杆式伸缩节间隙调整示意图，图6为本发明的一个实施例中力平衡式伸缩节间隙调整示意图，图5和图6中间隙C为母线伸长形变补偿间隙，间隙D为母线缩短形变补偿间隙。在本实施例中，应用于长拉杆式和力平衡式伸缩节时应分别估算GIS母线伸长形变量和缩短形变量，并在伸缩节法兰4与两侧固定螺栓5之间分别设置间隙。

图7为本发明的一个实施例中弹簧平衡式伸缩节间隙调整示意图，图中间隙A为母线伸缩形变补偿间隙，取母线伸长形变和缩短形变最大值。在本实施例中，应用于弹簧平衡式伸缩节时，应取GIS母线伸长和缩短形变量最大值作为估算的GIS母线伸缩形变量，并在弹簧筒6与固定螺栓7之间对应设置间隙。

实施例2

本发明又提供了一种实施例,一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，用于长拉杆式、弹簧平衡式和力平衡式等GIS母线用温度补偿型伸缩节。

如图8所示，图8为本发明的一个实施例中伸缩节调整间隙量与温差的对照关系。如前所述，本核查调整方法在使用过程中可将GIS母线伸缩量与环境温差的对应关系制成曲线图或数据表，方便核查过程中调取参阅。用于检查校核GIS母线伸缩节预留间隙是否满足现场温度变化的需要。GIS设计制造时，厂家应对伸缩节进行压缩和拉伸情况下的刚度测量，以及不同环境温度下GIS母线筒伸缩节伸缩量试验，使伸缩节满足GIS母线热胀冷缩时的需求。在伸缩节产品装配完成后，应记录下产品装配尺寸并填入装配检查卡中，包括伸缩节安装长度尺寸、伸缩节热胀补偿尺寸和伸缩节冷缩补偿尺寸。GIS设备运维过程中，运维人员应按图8中的对应关系定期对伸缩节补偿预留间隙量进行核查，一般应每季度至少开展一次，且在温度最高和最低的季节每月核查一次。

上述多个实施例已验证本发明方法所具备的广泛适用与灵活简便等显著优点。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“连接”、“固定”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1.查询GIS设备现场施工安装过程档案，确定GIS母线安装参数；

步骤2.测量核查当前环境温度以及当前伸缩节法兰两侧固定螺栓与法兰之间的实际间隙量；

步骤3.根据当前环境温度估算GIS母线在全年温度变化范围内出现的伸缩形变量；

步骤4.根据该伸缩节对应的GIS母线段伸缩形变量，计算确定该伸缩节当前应预留补偿间隙量整定值区间；

步骤5.将计算结果进行核查比对；

步骤6.若实际间隙量小于计算确定的预留补偿间隙量整定值，但不为零，则判断能否满足继续运行的要求并给出检修建议；若发现法兰某侧螺栓已无间隙量，则综合判断能否满足运行的要求，并立即开展检修。

2.根据权利要求1所述的一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，其特征是：步骤1中，所述GIS母线安装参数包括：GIS母线安装时的环境温度范围、伸缩节结构型式、伸缩节对应补偿的GIS母线段长度，其中GIS母线段长度应与预留补偿间隙量成正比例关系。

3.根据权利要求1所述的一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，其特征是：步骤2中，所述测量核查当前伸缩节法兰两侧固定螺栓与法兰之间的实际间隙量，是通过长拉杆式和力平衡式伸缩节测量的；所述固定螺栓与弹簧筒之间实际间隙量是通过弹簧平衡式伸缩节测量。

4.根据权利要求1所述的一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，其特征是：步骤5中，所述将计算结果进行核查比对，如下：

若实际间隙量大于计算确定的预留补偿间隙量整定值，则伸缩节在温度补偿的正常范围内；

若实际间隙量小于计算确定的预留补偿间隙量整定值，则伸缩节温度补偿能力受限，易导致极限高低温环境下的温度补偿能力不足，影响GIS设备正常运行。

5.根据权利要求1所述的一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，其特征是：所述GIS母线的伸缩形变量的估算方法，包括以下步骤：

综合考虑全年环境温度范围、安装环境温度范围、光照温升和通流温升对母线伸缩的影响；

母线伸长量考虑安装期间内低温、全年环境最高温条件下，综合光照和通流共同产生的GIS母线温度上升所对应的形变量；

母线收缩量考虑安装期间内高温、全年环境最低温条件下，由于GIS母线温度下降所对应的形变量。

6.根据权利要求1所述的一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，其特征是：所述GIS母线的伸缩形变量的估算方法，包括以下步骤：

综合考虑全年环境温度范围、安装环境温度范围、光照温升和通流温升等对母线伸缩的影响，假设户外GIS运行环境的年度温度变化范围为(T₁，T₂)，安装环境温度变化范围为(T₃，T₄)，光照产生温升△T_光，通流产生温升△T_电；

其中母线伸长量考虑安装期间内低温、全年环境最高温条件下，且综合光照和通流共同产生的GIS母线温度上升所对应的形变量，其温度变化量表示为△T_伸=T₂-T₃+△T_光+△T_电；

母线收缩量考虑安装期间内高温、全年环境最低温条件下由于GIS母线温度下降所对应的形变量，其温度变化量可表示为△T_缩=T₁-T₄；

通常日照引起的母线筒温度上升达10K，母线通流产生的温升为温升试验过程中壳体的实际温升，通常小于30K。

7.根据权利要求1所述的一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，其特征是：所述伸缩节补偿间隙量整定方法包括：

根据估算得到的伸缩形变量乘以伸缩节对应补偿母线段的实际长度计算得到伸缩节补偿调整间隙，单位为毫米。

8.根据权利要求1所述的一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，其特征是：所述伸缩节补偿间隙量整定方法包括：

当伸缩节需补偿的母线段长度为9.5米，运行在全年环境温度范围为-25℃至35℃的户外环境中，则根据伸缩形变量估算得到的对应伸缩节补偿调整间隙，以伸缩节补偿调整间隙的1.0至1.2倍作为伸缩节预留补偿间隙的调整区间，预留补偿间隙上下限数值应分别向上取整，确定预留补偿间隙整定区间。

9.根据权利要求1所述的一种户外GIS母线用温度补偿型伸缩节核查调整方法，其特征是：所述核查调整方法应用于长拉杆式和力平衡式伸缩节时，分别估算GIS母线伸长形变量和缩短形变量，并在伸缩节法兰与两侧螺栓之间分别设置间隙；

所述核查调整方法应用于弹簧平衡式伸缩节时，取GIS母线伸长形变量和缩短形变量最大值作为估算的GIS母线伸缩形变量，并在弹簧筒与螺栓之间对应设置间隙。

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