CN114733584A - 一种针对高压开关操动机构的极端气候模拟实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种针对高压开关操动机构的极端气候模拟实验装置及方法，包括用于为实验件提供密闭恒定的极端气候模拟环境实验箱体；以及安装在实验箱体内部实验台，用于带动实验件旋转，模拟现实工作环境中各个方向吹来的风；在实验箱体外布置小型电机，来驱动实验台旋转；以及温度控制单元和湿度控制单元，温度控制单元采用电热丝加热器或制冷机组，加热或制冷功率均可调节，安装在与实验箱体连接的风管中，气体温度通过加热或制冷功率调节，湿度控制单元获得不同湿度的气体流向湿度控制单元；本发明可解决数值模拟可能带来的误差较大问题；同时具备风速控制能力，能够改变风向，清晰显现温度分布。

Description

一种针对高压开关操动机构的极端气候模拟实验装置及方法

技术领域

本发明属于高压开关技术领域，具体涉及一种针对高压开关操动机构的极端气候模拟实验装置及方法。

背景技术

高压开关作为电力系统中的最重要的控制和保护设备，肩负着在电网运行中将电力线路投入运行或切出的任务，其运行状态对电网的可靠性运行具有重大影响。高压开关主要由断路器本体和操动机构两部分组成，操动机构作为独立于断路器本体以外的机械操动装置，通过它对断路器进行操作。根据电力部门的统计，高压开关的故障中，操动机构故障约占60％。

操动机构箱体内部结构紧密，不易散热通风，一旦湿气进入柜体，难以排除。尤其是昼夜温差巨大的西北地区，夜晚温度可低至-40℃，容易将空气水汽凝结为水珠，造成零件生锈；某些零件的密封圈、润滑等，在低温下容易失效；潮湿，同样容易引起电路绝缘性能下降，造成危险。

为适应极端气候条件，拟采用在操动机构箱内部安装小型加热器等方式改善操动机构工作环境，国内外目前对于该领域的研究较少，且通常为数值模拟，为提高研究成果的可靠性，迫切需要一种合适的实验装置及方法进行模拟工况下的实验。

风速、风向对高压开关操动机构箱的保温效果影响巨大，然而现有的环境试验箱(中国专利CN202021199294.2，名称：一种环境试验箱)，不具备风速控制能力，也无法改变风向。为了研发合适的操动机构箱体结构与加热方式，需要对其的温度场进行分析研究，然而传统的温度传感器点测量方式无法清晰显现温度分布。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种针对高压开关操动机构的极端气候模拟实验装置及方法，可解决数值模拟可能带来的误差较大问题；同时具备风速控制能力，能够改变风向，清晰显现温度分布。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种针对高压开关操动机构的极端气候模拟实验装置，包括：

实验箱体，用于为实验件提供密闭恒定的极端气候模拟环境；

实验台，安装在实验箱体内部，用于放置实验件，能进行水平360°旋转，用于带动实验件旋转，模拟现实工作环境中各个方向吹来的风；在实验箱体外布置小型电机，来驱动实验台旋转；

温度控制单元，采用电热丝加热器或制冷机组，加热或制冷功率均可调节，安装在与实验箱体连接的风管中；气体温度通过加热或制冷功率调节；第一风机产生的气体经过电热丝加热器与制冷机组所在的风管，经加热或降温变为高温或低温气体，流向实验箱体。

湿度控制单元，包括电热蒸汽加湿器，电热蒸汽加湿器通过管道与第二风机、实验箱体连接，第二风机产生的气体经过电热蒸汽加湿器，获得不同湿度的气体，经第二旋拧阀、第二气体流量计流向实验箱体。

所述的极端气候模拟实验装置还包括与实验箱体连通的第一供气单元，用于提供高温或低温气体；在第一风机与实验箱体间还设有第一旋拧阀，第一气体流量计，通过第一气体流量计观测经过的气体流量，通过第一旋拧阀调节气体流量大小；第一供气单元与实验箱体通过安装在实验箱体上的第一密封法兰连通。

所述的极端气候模拟实验装置还包括与实验箱体连通的第二供气单元，用于提供不同湿度的气体，在第二风机与实验箱体间还设有第二旋拧阀，第二气体流量计，通过第二气体流量计观测经过的气体流量，通过第二旋拧阀调节气体流量大小。

第一风机、第二风机和第一旋拧阀、第二旋拧阀，第一气体流量计、第二气体流量计配合使用，形成风速控制单元，对实验箱体内的风速进行精细调节。

所述的实验箱体还连接有温湿度计、气压表、热线风速仪，用于测量实验箱内的温度、湿度、风速、气压，根据测得的温度、湿度、风速以及实验要求对实验箱体内的工况参数进行调节，温湿度计、气压表、热线风速仪的测试线通过测试引线孔接出。

所述的实验箱体内设有监测单元，监测单元包括红外热像仪、铂100热电阻传感器、AM485湿度传感器，用于对实验箱体内的实验件进行测量；红外热像仪用于拍摄实验件温度分布，红外热像仪位于实验箱体的透明视窗上；铂100热电阻传感器、AM485湿度传感器，仪器量程满足实验要求，且受低温影响小，探头尺寸小，铂100热电阻传感器、AM485湿度传感器的测试线均经测试引线孔接出，通过数据采集系统和计算机连接。

所述的实验箱体的气体经止回阀，消音器排除箱外，排气管道与实验箱体通过安装在实验箱体上的第二密封法兰连通。

利用一种针对高压开关操动机构的极端气候模拟实验装置的方法，其具体步骤如下：

步骤一：根据高压开关箱内操动机构结构特点，布置温湿度测点；布置完成后，将线路接出，并做好密封；

步骤二：将监测单元中铂100热电阻传感器、AM485湿度传感器进行编号，经数据采集系统传递至计算机，计算机会对所采集的数据进行分析、监控；

步骤三：将实验件放至实验台上，测量线经测试引线孔接出，并密封；将测量线与数据采集系统、计算机接好，打开数据采集系统，观察采集数据是否正常，关好实验箱体箱门；

步骤四：检查实验箱体是否密封，并调试至正常工作状态；根据实验工况的风速、温度、湿度，计算得到对应的第一供气单元需提供的气体温度、气体流量，第二供气单元需提供的水蒸气流量；

步骤五：启动第一风机，通过第一供气单元配置高温或低温气体，通过第一旋拧阀与第一气体流量计调节至相应流量；启动第二风机，通过第二供气单元配置湿度气体，通过第二旋拧阀与第二气体流量计调节至相应流量；根据实验箱体的温湿度计，调节电热丝加热器、制冷机组功率，以及水蒸气流量，以达到目标工况，极端环境温度、湿度、风速的模拟完成；

步骤六：打开数据采集系统，观察操动机构箱体内各点及两通风口处的温度、湿度变化；初始每间隔30分钟采集一次数据，待相邻间隔采集的数据变化小于5％时，视为在该工况条件下实验达到稳定状态；结果数据采集5组，每组间隔1分钟采集；

步骤七：启动小型电机带动实验台转动设定角度，重复步骤六；

步骤八：实验结束后，先升高至80℃保持半小时，再降温至常温，开启实验箱体箱门，拆除线路，取出实验件。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的极端环境模拟实验装置设有温度控制单元和湿度控制单元，能够真实模拟高压开关操动机构的工作环境，并能够通过实验箱体上的温湿度计对温度、湿度进行精确控制，这对研究高压开关操动机构在各种复杂的极端气候条件下的可靠性具有重要意义。

(2)本发明提供的极端环境模拟实验装置还设有风速控制单元，可以对实验箱体内的气流风速进行精确调控，还可以通过进风口处的热线风速仪对实验箱体内的风速进行监测。

(3)本发明提供的极端环境模拟实验装置还设有实验台和小型电机，可以对实验件进行水平360°旋转，模拟真实工况下来自各个方向吹来的风。

(4)本发明提供的极端环境模拟实验装置还设有监测单元，点、场测量结合，使用温度传感器测量到的数据，修正红外热像仪测量获得的温度场，进一步提高测试结果的可靠性。

(5)本发明提供的极端环境模拟实验装置及方法模拟的高压开关操动机构工况参数可以连续调节，能够实现昼夜气候变化等的模拟，更贴近真实工况。

(6)本发明提供的极端环境模拟实验装置及方法为高压开关操动机构的质量可靠性实验提供了综合实验平台，进一步可用于高压开关操动机构箱体的结构设计研究，为设计新型高压开关操动机构箱体提供技术积累和参考。

附图说明

图1为本发明实施例极端气候模拟实验装置的结构图。

图2为本发明实施例极端环境模拟实验方法的流程图。

图3为本发明实施例极端环境模拟的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述。

参照图1，一种针对高压开关操动机构的极端环境模拟实验装置，包括：

实验箱体1，用于为实验件提供密闭恒定的极端气候模拟环境；实验台15，安装在实验箱体1内，用于放置实验件，能进行水平360°旋转，用于带动实验件旋转，模拟现实工作环境中各个方向吹来的风；在实验箱体1外布置小型电机16，来驱动实验台15旋转；

温度控制单元，采用电热丝加热器或制冷机组23，加热或制冷功率均可调节，安装在与实验箱体1连接的风管中，对实验箱体1内的实验件不直接辐射，以减小实验误差；气体温度通过加热或制冷功率调节，第一风机21产生的气体经过电热丝加热器与制冷机组23所在的风管，经加热或降温变为高温或低温气体，流向实验箱体1；

所述的极端环境模拟实验装置还包括与实验箱体1连通的第一供气单元，用于提供高温或低温气体；在第一风机21与实验箱体1间还设有第一旋拧阀31，第一气体流量计33，通过第一气体流量计33观测经过的气体流量，通过第一旋拧阀调节31气体流量大小；为了保证极端气候模拟时实验箱体的密封状态，第一供气单元与实验箱体1通过安装在实验箱体1上的第一密封法兰51连通；

湿度控制单元，包括电热蒸汽加湿器24，通过管道与第二风机22、实验箱体1连接，第二风机22产生的气体经过电热蒸汽加湿器24，获得不同湿度的气体，经第二旋拧阀32、第二气体流量计34流向实验箱体1。

所述的极端环境模拟实验装置还包括与实验箱体1连通的第二供气单元，用于提供不同湿度的气体；在第二风机22与实验箱体1间还设有第二旋拧阀32，第二气体流量计34，通过第二气体流量计34观测经过的气体流量，通过第二旋拧阀32调节气体流量大小。

第一风机21、第二风机22和第一旋拧阀31、第二旋拧阀32，第一气体流量计33、第二气体流量计34配合使用，形成风速控制单元，可以对实验箱体1内的风速进行精细调节；

所述实验箱体1还连接有温湿度计13、气压表14、热线风速仪46，用于测量实验箱内的温度、湿度、风速、气压，根据测得的温度、湿度、风速以及实验要求对实验箱体1内的工况参数进行调节；为保证实验箱体1的密封状态，温湿度计13、气压表14、热线风速仪46的测试线通过测试引线孔12接出；

所述的极端环境模拟实验装置还包括监测单元，监测单元包括红外热像仪45、铂100热电阻传感器41、AM485湿度传感器42，用于对实验箱内的实验件进行测量；红外热像仪45用于拍摄实验件温度分布，位于所述实验箱体1的透明视窗11上；所述监测单元采用铂100热电阻传感器41、AM485湿度传感器42，仪器量程满足实验要求，且受低温影响小，探头尺寸小，可更好地贴近实验件的测温表面，提高精确度；为保证实验箱体的密封，铂100热电阻传感器41、AM485湿度传感器42的测试线均经测试引线孔12接出，通过数据采集系统43和计算机44连接。

实验箱体1的气体经止回阀35，消音器36排除箱外，为保证实验箱体1的密封性能，排气管道与实验箱体1通过安装在实验箱体1上的第二密封法兰52连通。

参照图2、图3，利用所述的一种针对高压开关操动机构的极端环境模拟实验装置的方法，具体实验步骤如下：

步骤一：根据高压开关箱内操动机构结构特点，合理布置温湿度测点；布置完成后，将线路接出，并做好密封以避免影响实验结果；

步骤二：将监测单元中铂100热电阻传感器41、AM485湿度传感器42进行编号，经数据采集系统43传递至计算机44，计算机会对所采集的数据进行分析、监控；

步骤三：将实验件放至实验台15上，测量线经测试引线孔12接出，并使用棉花及专用耐高低温硅胶塞头将测试引线孔12密封；将测量线与数据采集系统43、计算机44接好，打开数据采集系统43，观察采集数据是否正常，关好实验箱体1箱门；

步骤四：检查实验箱体1是否密封，并调试至正常工作状态；根据实验工况的风速、温度、湿度，计算得到对应的第一供气单元需提供的气体温度、气体流量，第二供气单元需提供的水蒸气流量；

步骤五：启动第一风机21，通过第一供气单元配置高温或低温气体，通过第一旋拧阀31与第一气体流量计33调节至合适流量；启动第二风机22，通过第二供气单元配置湿度气体，通过第二旋拧阀32与第二气体流量计34调节至合适流量；根据实验箱体1的温湿度计，调节电热丝加热器、制冷机组23功率，以及水蒸气流量，以达到目标工况；极端环境温度、湿度、风速的模拟完成；

步骤六：打开数据采集系统，观察操动机构箱体内各点及两通风口处的温度、湿度变化；初始每间隔30分钟采集一次数据，待相邻间隔采集的数据变化小于5％时，视为在该工况条件下实验达到稳定状态；结果数据采集5组，每组间隔1分钟采集；

步骤七：启动小型电机16带动实验台15转动合适角度，重复步骤六；

步骤八：实验结束后，为避免操动机构内部凝露，先升高至80℃保持半小时，再降温至常温，开启实验箱箱门，拆除线路，取出实验件，高压开关操动机构的极端气候模拟实验完成。

Claims (8)

1.一种针对高压开关操动机构的极端气候模拟实验装置，其特征在于，包括：

实验箱体，用于为实验件提供密闭恒定的极端气候模拟环境；

实验台，安装在实验箱体内部，用于放置实验件，能进行水平360°旋转，用于带动实验件旋转，模拟现实工作环境中各个方向吹来的风；在实验箱体外布置小型电机，来驱动实验台旋转；

温度控制单元，采用电热丝加热器或制冷机组，加热或制冷功率均可调节，安装在与实验箱体连接的风管中；气体温度通过加热或制冷功率调节；第一风机产生的气体经过电热丝加热器与制冷机组所在的风管，经加热或降温变为高温或低温气体，流向实验箱体；

湿度控制单元，包括电热蒸汽加湿器，电热蒸汽加湿器通过管道与第二风机、实验箱体连接，第二风机产生的气体经过电热蒸汽加湿器，获得不同湿度的气体，经第二旋拧阀、第二气体流量计流向实验箱体。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括与实验箱体连通的第一供气单元，用于提供高温或低温气体；在第一风机与实验箱体间还设有第一旋拧阀，第一气体流量计，通过第一气体流量计观测经过的气体流量，通过第一旋拧阀调节气体流量大小；第一供气单元与实验箱体通过安装在实验箱体上的第一密封法兰连通。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括与实验箱体连通的第二供气单元，用于提供不同湿度的气体，在第二风机与实验箱体间还设有第二旋拧阀，第二气体流量计，通过第二气体流量计观测经过的气体流量，通过第二旋拧阀调节气体流量大小。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于：第一风机、第二风机和第一旋拧阀、第二旋拧阀，第一气体流量计、第二气体流量计配合使用，形成风速控制单元，对实验箱体内的风速进行精细调节。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的实验箱体还连接有温湿度计、气压表、热线风速仪，用于测量实验箱内的温度、湿度、风速、气压，根据测得的温度、湿度、风速以及实验要求对实验箱体内的工况参数进行调节，温湿度计、气压表、热线风速仪的测试线通过测试引线孔接出。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的实验箱体内设有监测单元，监测单元包括红外热像仪、铂100热电阻传感器、AM485湿度传感器，用于对实验箱体内的实验件进行测量；红外热像仪用于拍摄实验件温度分布，红外热像仪位于实验箱体的透明视窗上；铂100热电阻传感器、AM485湿度传感器，仪器量程满足实验要求，铂100热电阻传感器、AM485湿度传感器的测试线均经测试引线孔接出，通过数据采集系统和计算机连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的实验箱体的气体经止回阀，消音器排除箱外，排气管道与实验箱体通过安装在实验箱体上的第二密封法兰连通。

8.利用权利要求1-8任意所述的一种针对高压开关操动机构的极端气候模拟实验装置的方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：根据高压开关箱内操动机构结构特点，布置温湿度测点；布置完成后，将线路接出，并做好密封；

步骤二：将监测单元中铂100热电阻传感器、AM485湿度传感器进行编号，经数据采集系统传递至计算机，计算机会对所采集的数据进行分析、监控；

步骤三：将实验件放至实验台上，测量线经测试引线孔接出，并密封；将测量线与数据采集系统、计算机接好，打开数据采集系统，观察采集数据是否正常，关好实验箱体箱门；

步骤四：检查实验箱体是否密封，并调试至正常工作状态；根据实验工况的风速、温度、湿度，计算得到对应的第一供气单元需提供的气体温度、气体流量，第二供气单元需提供的水蒸气流量；

步骤五：启动第一风机，通过第一供气单元配置高温或低温气体，通过第一旋拧阀与第一气体流量计调节至相应流量；启动第二风机，通过第二供气单元配置湿度气体，通过第二旋拧阀与第二气体流量计调节至相应流量；根据实验箱体的温湿度计，调节电热丝加热器、制冷机组功率，以及水蒸气流量，以达到目标工况，极端环境温度、湿度、风速的模拟完成；

步骤六：打开数据采集系统，观察操动机构箱体内各点及两通风口处的温度、湿度变化；初始每间隔30分钟采集一次数据，待相邻间隔采集的数据变化小于5％时，视为在该工况条件下实验达到稳定状态；结果数据采集5组，每组间隔1分钟采集；

步骤七：启动小型电机带动实验台转动设定角度，重复步骤六；

步骤八：实验结束后，先升高至80℃保持半小时，再降温至常温，开启实验箱体箱门，拆除线路，取出实验件。

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