CN113406488A - 一种gis内部过热故障试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提高一种GIS内部过热故障试验装置，本发明通过硬质金属杆件作为加热丝正负极的引出线，可以与罐体上的螺孔直接螺合固定，螺合面密封效果好，提高试验精度，降低试验装置的装配精度。通过两个温度探测器，可分别探测加热丝表面温度和罐体内腔温度，能够准确控制加热丝温度和罐体内腔温度，避免热传导带来的温度差，进一步提高试验精度；通过延伸出的观察窗，远离高温区，可以降低观察窗的材质要求，节约试验装置的制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及GIS故障检测技术领域，具体来说是一种GIS内部过热故障试验装置及试验方法。
背景技术
GIS内部会存在一些不可避免的缺陷，如触头接触不良以及触头镀银不均、脱落、形成氧化层等。这些缺陷会使回路接触电阻增大，在工作电流的作用下，会产生不正常发热。当因高温产生的热量在局部聚集时，会导致局部温度迅速升高，一方面加速绝缘劣化；另一方面致使GIS内部绝缘气体在高温作用下与各种杂质发生反应，生成复杂的分解产物，降低绝缘气体的绝缘性能。在众多导致GIS故障的原因中，接触不良所占的比例最高，而接触不良直接导致的即是过热性故障。然而，GIS实体非常昂贵，直接用GIS来研究其内部过热故障不现实。所以行业内出现了GIS设备故障模拟实验装置。
如申请号为201710278829.1公开的一种GIS设备内部接头过热故障模拟试验装，该装置包括：GIS设备本体，GIS设备本体包括依次相连的故障模拟段和正常模拟段，故障模拟段对应的故障导体在通电流时过热，正常模拟段对应的正常导体通过接头与所述故障导体连接；故障导体的外表面、正常导体的外表面和GIS设备的壳体的外表面均设置有温度传感器。该实验设备根据故障导体的外表面的温度值、正常导体的外表面的温度值，以及壳体外表面的温度值，结合GIS设备本体的回路电阻值，获得GIS设备本体的故障模拟段的运行状态和正常模拟段的运行状态的对比结果，使得在GIS设备的实际应用当中，工作人员能够根据该对比结果，判断GIS设备是否出现内部接头过热的故障，在不停电的情况下对GIS设备内部是否发生接头过热故障进行评估，保证了使用该GIS设备的电力系统的安全运行，提高了电力系统的运行效率，有利于电力系统的经济运行。虽然该试验装置能够在一定程度上判断GIS的故障情况，但是，其未公开关于由于导线的的设置如何保证结构上的机密性，以及如果获取故障端气体分析。
因此，建立行之有效的GIS内部过热故障试验装置及检测方法来诊断GIS内部过热故障，并研究GIS内部绝缘气体在不同过热条件下气体分解产物组分种类、含量变化规律在电气设备评估和故障诊断中更加具有意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种低成本的GIS内部过热故障试验装置。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种GIS内部过热故障试验装置，包括罐体(1)、加热丝(2)、温度控制器、第一温度探测器(3)、第二温度探测器(4)；所述罐体(1)上开设有4个螺纹孔；在4个螺纹孔内分别螺合固定接电源正极的第一导体(12)、接电源负极的第二导体13、第一温度探测器(3)、第二温度探测器(4)；所述第一导体(12)、第二导体(13)均为硬质金属杆件；所述加热丝(2)位于罐体(1)内，第一导体(12)、第二导体(13)分别电性连接加热丝(2)的两端；所述第一温度探测器(3)探测加热丝(2)温度，并与温度控制器通信连接；所述温度控制器控制电源通断；第二温度探测器(4)探测罐体(1)内腔温度；
所述罐体(1)包括气体进口；所述气体进口通过管道连接气瓶；所述管道还通有第一旁管和第二旁管；按照进气方向，所述第一旁管位于第二旁管上游；所述第一旁管通过第一阀门(5)与真空泵的进口连通；所述第二旁管通过减压阀(9)与气相色谱仪的进气口连通；在所述第一旁管和第二旁管之间的管路上，还安装有第二阀门(6)和三通阀(7)；所述三通阀(7)的其中一通固定有真空表；
所述罐体(1)上还设置有观察窗(14)，所述观察窗(14)为自罐体壁向外延伸出一观察通道；所述观察通道的端部设有透明区域。
本发明通过硬质金属杆件作为加热丝正负极的引出线，可以与罐体上的螺孔直接螺合固定，螺合面密封效果好，提高试验精度，降低试验装置的装配精度。通过两个温度探测器，可分别探测加热丝表面温度和罐体内腔温度，能够准确控制加热丝温度和罐体内腔温度，避免热传导带来的温度差，进一步提高试验精度；通过延伸出的观察窗，远离高温区，可以降低观察窗的材质要求，节约试验装置的制作成本。
进一步的，所述第一导体(12)和第二导体(13)均为金属螺杆；第一导体(12)和第二导体(13)位于罐体(1)内的一端分别与加热丝(2)的两端电性连接。
进一步的，所述罐体(1)上开设有两个操作窗口，两个操作窗口分别密封固定有端盖(11)，所述端盖(11)为绝缘体；其中一个端盖(11)开设有3个螺纹孔，第一导体(12)和第二导体(13)分别固定在两个端盖(11)上。
进一步的，所述端盖(11)采用环氧树脂材质制得；所述第一导体(12)、第二导体(13)、第一温度探测器(3)、第二温度探测器(4)分别与对应的螺孔过盈配合。
进一步的，所述两个操作窗口相对设置。
进一步的，所述罐体(1)上还开设有多个观察窗(14)，多个所述观察窗位于罐体(1)的不同侧。
进一步的，所述第一温度计为热电偶，与加热丝(2)接触。
与上述装置对应的，本发明还提供一种GIS内部过热故障试验方法，包括以下步骤：
步骤1、将第一导体(12)、第二导体(13)连接到电路上，并与加热丝(2)电性连接；将罐体(1)、气相色谱仪、真空泵组装完毕；
步骤2、实验之前，关闭气瓶上的阀门关闭，依次打开真空泵，打开第一阀门(5)、第二阀门(6)，达到要求真空度后，依次关闭第二阀门(6)、第一阀门(5)、真空泵；
步骤3、抽真空完毕后，首先打开盛装实验气体的钢瓶的阀门，听到气体流动的声音后，打开第二阀门(6)，直到气压表示数为实验所需的气压值后关闭第二阀门(6)；
步骤4、打开电源，加热丝(2)通电对气体加热，待加热丝(2)表面温度达到设定温度时，温度控制器控制加热丝(2)维持设定维度，待罐体(1)内腔温度达到实验温度时，断开电源，加热丝(2)停止加热；
步骤5、待罐体(1)内气体温度冷却至100℃以下开始气体检测，具体为：打开减压阀(9)，利用罐体(1)内腔与气相色谱仪的压力差，使得实验后的气体进入气象色谱仪进行检测。
本发明的优点在于：
本发明通过硬质金属杆件作为加热丝正负极的引出线，可以与罐体上的螺孔直接螺合固定，螺合面密封效果好，提高试验精度，降低试验装置的装配精度。通过两个温度探测器，可分别探测加热丝表面温度和罐体内腔温度，能够准确控制加热丝温度和罐体内腔温度，避免热传导带来的温度差，进一步提高试验精度；通过延伸出的观察窗，远离高温区，可以降低观察窗的材质要求，节约试验装置的制作成本。
直接采用螺杆作为加热丝的引出线，制备简便，成本低廉，可直接与螺孔螺合。
尤其是采用环氧树脂作为绝缘端盖，具有一定变形量，螺杆与螺孔过盈配合，密封效果好，无需额外密封结构。
附图说明
图1为本发明实施例中GIS内部过热故障试验装置的原理图；
图2为本发明实施例中GIS内部过热故障试验装置的立体图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，本实施例公开一种GIS内部过热故障试验装置，包括罐体1、加热丝2、温度控制器、第一温度探测器3、第二温度探测器4。
罐体1由不锈钢加工而成，强度满足实验压力需求。本实施例的罐体1为圆柱体，但不限圆柱体。在圆柱体的侧壁上开口连接管道，管道一般为金属管道，与罐体1焊接固定即可。管道还通有第一旁管和第二旁管；按照进气方向，第一旁管位于第二旁管上游；第一旁管通过第一阀门5与真空泵的进口连通；第二旁管通过减压阀9与气相色谱仪的进气口连通；在第一旁管和第二旁管之间的管路上，还安装有第二阀门6和三通阀7；第二阀门6位于三通阀7的上游。三通阀7的其中一通固定有真空表8。第一阀门5和第二阀门6可以为手动阀，也可以为电磁阀。
罐体1的两端的开口为操作窗口，用以装配内部零部件。两个操作窗口分别密封固定有端盖11，端盖11为绝缘体；其中一个端盖11开设有3个螺纹孔，另一个端盖11开始有1个螺纹孔，第一导体12和第二导体13分别固定在两个端盖11上，第一温度探测器3和第二温度探测器4固定在另外两个螺纹孔。本实施例中，第一导体12和第二导体13均为金属螺杆，与端盖11上的螺纹孔过盈配合；第一导体12和第二导体13位于罐体1内的一端分别与加热丝2的两端电性连接位于端盖11外的一端分别连接到电源的正极和负极。通过两根螺杆作为导体，既能与端盖11固定，简化密封结构，又能支撑加热丝2位于罐体1内腔中部。
如图2所示，本实施例中，在罐体1的两端焊接有法兰盘，端盖11与法兰盘螺栓固定。在端盖11和法兰之间还可加入密封圈，提高密封效果。
本实施例中，第一温度探测器3探测加热丝2温度，一般采用热电偶，在热电偶的引线端架构有与端盖11螺纹孔过盈配合的外螺纹。第一温度探测器3与温度控制器通信连接；温度控制器一般采用PID温度控制器，根据热电偶探测到加热丝2表面温度来控制电源通断。电源通断具体是在电路上安装有交流接触器，PID温度控制器控制交流接触器的启闭，实现电源通断。
第二温度探测器4为高温数显温度计，主要作用是探测罐体1内部绝缘气体的温度。由于热传递的存在，加热丝2表面的温度并不是罐体1内部绝缘气体的温度，因此需要高温数显温度计来实时探测罐体1内气体的温度。探头长度为5cm直径为5mm，在引线端加工有与端盖11上螺纹孔过盈配合的外螺纹，显示温度范围为-999℃到9999℃。
本实施例中，罐体1上还开设有多个观察窗14，以3个观察窗为例，在罐体1侧壁上不同位置开孔，在开孔处焊接金属筒141，金属筒141端部密封固定封盖142，封盖142中间区域为透明体。多个观察窗14位于罐体1的不同侧，可以方便多角度观察实验过程。本实施例中，金属筒141端部焊接有法兰，封盖142与法兰通过螺栓固定，可加入密封圈提高密封效果。通过金属筒141的设置，可使观察通道边长，避免高温对封盖142的影响，降低封盖142耐高温要求。
本实施例中的气相色谱仪采用LX-3100A便携式SF6氦离子综合检测仪，采用2个检测器(PDD1和PDD2)分别检测无机物和有机物，采用5个切换阀的开通与关断将样品气送入6个色谱柱进行分离，其中色谱柱1、2、3分离无机物，色谱柱4和5分离H2S、COS、C3F8、SOF2、SO2F2，色谱柱6分离SO2、CS2，最终达到无机物送入检测器PDD1，有机物送入检测器PDD2的效果，该色谱仪可对H2、O2、N2、CH4、CF4、CO、CO2、C2F6、C3F8、SO2F2、SOF2、SO2、H2S、COS、CS2、NF3、NO2、H2O、等18种分解产物分析、检测。
上述实验装置的使用方法包括以下步骤：
步骤1、将第一导体12、第二导体13连接到电路上，并与加热丝2电性连接；将罐体1、气相色谱仪、真空泵组装完毕；
步骤2、实验之前，关闭气瓶上的阀门关闭，依次打开真空泵，打开第一阀门5、第二阀门6，达到要求真空度后，依次关闭第二阀门6、第一阀门5、真空泵；
步骤3、抽真空完毕后，首先打开盛装实验气体的钢瓶的阀门，听到气体流动的声音后，打开第二阀门6，直到气压表示数为实验所需的气压值后关闭第二阀门6；
步骤4、打开电源，加热丝2通电对气体加热，待加热丝2表面温度达到设定温度时，温度控制器控制加热丝2维持设定维度，待罐体1内腔温度达到实验温度时，断开电源，加热丝2停止加热；
步骤5、待罐体1内气体温度冷却至100℃以下开始气体检测，具体为：打开减压阀9，利用罐体1内腔与气相色谱仪的压力差，使得实验后的气体进入气象色谱仪进行检测。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种GIS内部过热故障试验装置，其特征在于，包括罐体(1)、加热丝(2)、温度控制器、第一温度探测器(3)、第二温度探测器(4)；所述罐体(1)上开设有4个螺纹孔；在4个螺纹孔内分别螺合固定接电源正极的第一导体(12)、接电源负极的第二导体13、第一温度探测器(3)、第二温度探测器(4)；所述第一导体(12)、第二导体(13)均为硬质金属杆件；所述加热丝(2)位于罐体(1)内，第一导体(12)、第二导体(13)分别电性连接加热丝(2)的两端；所述第一温度探测器(3)探测加热丝(2)温度，并与温度控制器通信连接；所述温度控制器控制电源通断；第二温度探测器(4)探测罐体(1)内腔温度；
所述罐体(1)包括气体进口；所述气体进口通过管道连接气瓶；所述管道还通有第一旁管和第二旁管；按照进气方向，所述第一旁管位于第二旁管上游；所述第一旁管通过第一阀门(5)与真空泵的进口连通；所述第二旁管通过减压阀(9)与气相色谱仪的进气口连通；在所述第一旁管和第二旁管之间的管路上，还安装有第二阀门(6)和三通阀(7)；所述三通阀(7)的其中一通固定有真空表；
所述罐体(1)上还设置有观察窗(14)，所述观察窗(14)为自罐体壁向外延伸出一观察通道；所述观察通道的端部设有透明区域。
2.根据权利要求1所述的一种GIS内部过热故障试验装置，其特征在于，所述第一导体(12)和第二导体(13)均为金属螺杆；第一导体(12)和第二导体(13)位于罐体(1)内的一端分别与加热丝(2)的两端电性连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种GIS内部过热故障试验装置，其特征在于，所述罐体(1)上开设有两个操作窗口，两个操作窗口分别密封固定有端盖(11)，所述端盖(11)为绝缘体；其中一个端盖(11)开设有3个螺纹孔，第一导体(12)和第二导体(13)分别固定在两个端盖(11)上。
4.根据权利要求3所述的一种GIS内部过热故障试验装置，其特征在于，所述端盖(11)采用环氧树脂材质制得；所述第一导体(12)、第二导体(13)、第一温度探测器(3)、第二温度探测器(4)分别与对应的螺孔过盈配合。
5.根据权利要求3所述的一种GIS内部过热故障试验装置，其特征在于，所述两个操作窗口相对设置。
6.根据权利要求1或2所述的一种GIS内部过热故障试验装置，其特征在于，所述罐体(1)上还开设有多个观察窗(14)，多个所述观察窗位于罐体(1)的不同侧。
7.根据权利要求1或2所述的一种GIS内部过热故障试验装置，其特征在于，所述第一温度计为热电偶，与加热丝(2)接触。
8.一种GIS内部过热故障试验方法，应用于权利要求1至7任一所述的GIS内部过热故障试验装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将第一导体(12)、第二导体(13)连接到电路上，并与加热丝(2)电性连接；将罐体(1)、气相色谱仪、真空泵组装完毕；
步骤2、实验之前，关闭气瓶上的阀门关闭，依次打开真空泵，打开第一阀门(5)、第二阀门(6)，达到要求真空度后，依次关闭第二阀门(6)、第一阀门(5)、真空泵；
步骤3、抽真空完毕后，首先打开盛装实验气体的钢瓶的阀门，听到气体流动的声音后，打开第二阀门(6)，直到气压表示数为实验所需的气压值后关闭第二阀门(6)；
步骤4、打开电源，加热丝(2)通电对气体加热，待加热丝(2)表面温度达到设定温度时，温度控制器控制加热丝(2)维持设定维度，待罐体(1)内腔温度达到实验温度时，断开电源，加热丝(2)停止加热；
步骤5、待罐体(1)内气体温度冷却至100℃以下开始气体检测，具体为：打开减压阀(9)，利用罐体(1)内腔与气相色谱仪的压力差，使得实验后的气体进入气象色谱仪进行检测。
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