CN114994527B - 一种全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置及方法 - Google Patents

一种全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置及方法。该装置包括三工位隔离/接地开关主轴1、三工位隔离/接地开关操作机构主轴2、角位移传感器3和传感器压板4；三工位隔离/接地开关主轴1位于气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内下部，通过动配合密封装置与三工位隔离/接地开关操作机构主轴2连接；三工位隔离/接地开关主轴1上安装有三相动触头，通过手动操作旋转三工位隔离/接地开关操作机构主轴2，使三工位隔离/接地开关触头位于合闸、隔离、接地三个位置。通过分析接地开关的关合能力，为研制满足接地关合的运行要求的全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备提供试验支撑。

Description

一种全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置及 方法
技术领域
本发明涉及领域，并且更具体地，涉及一种全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置及方法。
背景技术
目前，接地开关短路关合试验是验证气体绝缘金属封闭开关设备接地开关短路关合能力的型式试验项目。手动操作的接地开关安装在设备气箱中，通过检测人员现场操作试品进行接地开关短路关合试验。试验回路由试品电缆室侧进线，在接地开关汇流处短接，试品内充SF6绝缘气体，压力为额定气压。
开展接地关合试验的常规传动装置主要由机构支架、传动杆、传动轴及气动元件构成。手动接地开关的关合依靠操作手柄按规定方向运动一定角度，带动开关柜内部操动机构进行关合。采用该装置开展接地关合试验时，首先在空载情况下进行2次合闸操作，保证装置及试品等正常动作，再进行带载试验。带载操作时，在零时刻接通电源送电，从试品关合短路开始至切断电源短路结束为一次短路关合试验。考察试验电压和电流波形，以及试验后气箱内触头烧蚀情况，分析接地开关的关合能力。
常规的接地开关短路关合试验方法主要通过检查试验时的电压、电流波形及多次关合试验后气箱内部触头烧蚀情况判断接地开关关合能力，缺乏空载状态及短路关合过程中对接地开关机械特性变化的测量，未能建立触头烧蚀程度与合闸时间及预击穿能量的关联关系，在分析接地开关的关合能力时具有片面性。
发明内容
根据本发明，提供了一种全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置，以解决目前接地开关短路关合试验方法主要通过检查试验时的电压、电流波形及多次关合试验后气箱内部触头烧蚀情况判断接地开关关合能力，缺乏空载状态及短路关合过程中对接地开关机械特性变化的测量，未能建立触头烧蚀程度与合闸时间及预击穿能量的关联关系，在分析接地开关的关合能力时具有片面性的技术问题。
根据本发明的第一个方面，提供了一种全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置，所述装置包括三工位隔离/接地开关主轴、三工位隔离/接地开关操作机构主轴、角位移传感器和传感器压板；
所述三工位隔离/接地开关主轴位于气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内下部，通过动配合密封装置与三工位隔离/接地开关操作机构主轴连接；
所述三工位隔离/接地开关主轴上安装有三相动触头，旋转三工位隔离/接地开关操作机构主轴，使三工位隔离/接地开关触头位于合闸、隔离、接地三个位置。
可选地，所述角位移传感器安装固定于气箱外下部的传感器压板4上。
可选地，所述角位移传感器的转轴与所述三工位隔离/接地开关操作机构主轴连接，用于监测三工位隔离/接地开关的行程曲线。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备的接地开关试验方法，包括：
将全氟异丁腈/二氧化碳的混合气体按照预定比例充入气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内，确定气箱压力为额定压力p以及三工位隔离/接地开关的空载行程曲线；
施加直流试验电压，基于三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，确定三工位隔离/接地开关的加压行程曲线，并确定接地开关的预击穿时间，分析所述预击穿时间内的预击穿能量变化，在所述气箱压力为额定压力p下，开展三工位隔离/接地开关接地关合试验，分析接地开关的关合能力，在额定压力p下，进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，确定耐压试验结果。
可选地，将全氟异丁腈/二氧化碳的混合气体按照预定比例充入气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内，确定三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，包括：
将全氟异丁腈/二氧化碳的混合气体按照预定比例充入气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内，并确保所述气箱的压力为额定压力p；
采集断口信号以及角位移传感器的输出信号，所述端口信号为在气箱内下部的三工位隔离/接地开关的一相高压端与地线之间施加断口信号线而产生的信号；
将所述断口信号以及所述输出信号连接至示波器输入端，确定三工位隔离/接地开关的空载行程曲线。
可选地，施加直流试验电压，基于三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，确定三工位隔离/接地开关的加压行程曲线，包括：
通过在所述气箱外下部的一相高压进线套管与地线之间施加直流试验电压；
将所述三工位隔离/接地开关从隔离位置转换为接地位置，基于三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，确定三工位隔离/接地开关的加压行程曲线。
可选地，确定接地开关的预击穿时间，分析所述预击穿时间内的预击穿能量变化，包括：
根据电流起始时刻和合闸时间，确定接地开关的预击穿时间；
分析所述预击穿时间内的预击穿能量变化。
可选地，在预击穿时间，所述气箱压力为额定压力p下，开展三工位隔离/接地开关接地关合试验，分析接地开关的关合能力，包括：
在预击穿时间，所述气箱压力为额定压力p下，对气体绝缘金属封闭开关设备施加短路关合试验电压和电流，开展三工位隔离/接地开关若干次接地关合试验，分别获取若干个预击穿能量；
对比所述若干个预击穿能量，并在试验后开启气箱检查触头烧蚀程度，分析接地开关的关合能力。
可选地，在额定压力p下，进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，确定耐压试验结果，包括：
在额定压力p下，将所述三工位隔离/接地开关确定为隔离位置；
对气体绝缘金属封闭开关设备进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，确定耐压试验结果。
从而由于预击穿特性和触头烧蚀特性反映关合能力，通过全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置，可以监测空载状态和短路接地关合过程中接地开关预击穿特性，获得预击穿时间，计算预击穿能量。还可以进一步应用在短路电流关合试验回路上，获得接地开关关合过程的触头烧蚀特性，结合预击穿能力完整有效地评价接地开关的关合能力，为研制满足接地关合的运行要求的全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备提供试验支撑，提升设备的技术性能和环保效益。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1A为本实施方式所述的全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地开关试验装置的示意图；
图1B为本实施方式所述的全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地开关试验装置的正面局部放大示意图；
图1C为本实施方式所述的全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地开关试验装置的正斜面局部放大示意图；
图1B中标号：1、三工位隔离/接地开关主轴， 2、三工位隔离/接地开关操作机构主轴，图1C中标号: 3、角位移传感器， 4、传感器压板；
图2为本实施方式所述的一种基于全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备的接地开关试验方法的流程示意图；
图3为本实施方式所述的全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地开关行程曲线的示意图；
图4为本实施方式所述的全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地开关预击穿时间的示意图；
图5为本实施方式所述的全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地开关关合试验波形示意图；
图6为本实施方式所述的全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地开关关合试验前后触头形貌的示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
根据本发明的第一个方面，提供了一种全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置，参考图1A、1B以及1C所示，所述装置包括三工位隔离/接地开关主轴1、三工位隔离/接地开关操作机构主轴2、角位移传感器3和传感器压板4；
所述三工位隔离/接地开关主轴1位于气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内下部，通过动配合密封装置与三工位隔离/接地开关操作机构主轴2连接；
所述三工位隔离/接地开关主轴1上安装有三相动触头，旋转三工位隔离/接地开关操作机构主轴2，使三工位隔离/接地开关触头位于合闸、隔离、接地三个位置。
可选地，所述角位移传感器3安装固定于气箱外下部的传感器压板4上。
可选地，所述角位移传感器3的转轴与所述三工位隔离/接地开关操作机构主轴2连接，用于监测三工位隔离/接地开关的行程曲线。
从而，通过全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置，可以监测空载状态和短路接地关合过程中接地开关预击穿特性，获得预击穿时间，计算预击穿能量。
根据本发明的第一个方面，提供了一种基于全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备的接地开关试验方法200，参考图2所示，该方法200包括：
S201: 将全氟异丁腈/二氧化碳的混合气体按照预定比例充入气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内，确定气箱压力为额定压力p以及三工位隔离/接地开关的空载行程曲线；
S202: 施加直流试验电压，基于三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，确定三工位隔离/接地开关的加压行程曲线，并确定接地开关的预击穿时间，分析所述预击穿时间内的预击穿能量变化，在所述气箱压力为额定压力p下，开展三工位隔离/接地开关接地关合试验，分析接地开关的关合能力，在额定压力p下，进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，确定耐压试验结果。
具体地，（1）在气体绝缘金属封闭开关设备气箱内充全氟异丁腈不同体积占比x的全氟异丁腈/二氧化碳混合气体，气箱压力为设备要求的额定压力p。在气箱外下部的三工位隔离/接地开关操作机构主轴2上安装角位移传感器3。在气箱内下部的三工位隔离/接地开关的一相高压端与地线之间施加断口信号线。角位移传感器3的输出信号与断口信号连接至示波器输入端，以监测三工位隔离/接地开关的（空载）行程曲线。
（2）在设备气箱外下部的一相高压进线套管与地线之间施加电压值U的直流试验电压，其中U不超过设备额定电压U0的倍。操作三工位隔离/接地开关从隔离位置改变为接地位置，获得三工位隔离/接地开关的（加压）行程曲线，根据电流起始（电压跌落）时刻和行程曲线刚合点确定预击穿时间。
（3）在气箱额定压力p下，按GB1985-2014中6.101有关规定，按E2级接地开关要求，对设备施加短路关合试验电压和电流，开展三工位隔离/接地开关5次接地关合试验。对比预击穿能量，并在试验后开启气箱检查触头烧蚀程度，分析接地开关的关合能力。
（4）在额定压力p下，三工位隔离/接地开关处于隔离位置，按照GB/T16927.1-2011的规定，对设备进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，验证耐压值满足绝缘设计要求。
以下举例进一步描述：
（1）气体绝缘金属封闭开关设备气箱内充全氟异丁腈体积占比x=8%、10%、12%的全氟异丁腈/二氧化碳混合气体，气箱压力为设备额定压力p=0.14MPa。
（2）气箱内全氟异丁腈体积占比x为10%时的三工位隔离/接地开关的行程曲线如图3所示。此时操作机构合闸操作速度为6.5m/s，合闸时间为22.41ms，机构开始动作与电流起始（电压跌落）时间间隔为22.12ms，计算得接地开关的预击穿时间为22.41−22.12=0.29ms=290μs。气箱内充C4F7N体积占比为8%、10%和12%的全氟异丁腈/二氧化碳混合气体时，接地开关的预击穿时间如图4所示。预击穿时间为160~330μs，随全氟异丁腈的体积比增加而减小并趋于饱和。随全氟异丁腈体积占比增加接地开关的预击穿能量减小。
（3）在气箱额定压力p=0.14MPa下，全氟异丁腈体积占比x=8%、10%、12%，按GB1985-2014中6.101有关规定，按E2级接地开关要求，对设备施加短路关合试验电压和电流，开展三工位隔离/接地开关5次接地关合试验。全氟异丁腈体积占比为10%时的试验电压、试验电流和行程曲线如图5所示，关合电压为10.9kV，试验电流峰值为23.9kA。根据电流对时间积分，计算不同全氟异丁腈体积占比下接地开关的预击穿能量，参考表1所示。不同全氟异丁腈体积占比下试验后接地开关的静触头烧蚀情况如图6所示。随全氟异丁腈体积比增加，预击穿能量下降，接地关合产生的电弧对触头烧蚀程度减轻。
表1全氟异丁腈（C4F7N）绝缘金属封闭开关设备接地开关预击穿能量
Figure 448055DEST_PATH_IMAGE001
（4）在额定压力p=0.14MPa下，三工位隔离/接地开关处于隔离位置，按照GB/T16927.1-2011的规定，对设备进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，结果参考表2所示，验证了设备耐压值满足绝缘设计要求。
表2全氟异丁腈（C4F7N）绝缘金属封闭开关设备耐压试验结果
Figure 99617DEST_PATH_IMAGE002
从而，适用于额定电压12kV中压设备，采用测量三工位隔离/接地开关的行程曲线获得预击穿时间进而计算预击穿能量，通过在短路电流关合试验回路上开展三工位隔离/接地开关关合试验获得触头烧蚀特性，分析接地开关的关合能力，为研制SF6替代全氟异丁腈/二氧化碳混合气体开关设备提供试验支撑。
可选地，将全氟异丁腈/二氧化碳的混合气体按照预定比例充入气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内，确定三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，包括：
将全氟异丁腈/二氧化碳的混合气体按照预定比例充入气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内，并确保所述气箱的压力为额定压力p；
采集断口信号以及角位移传感器的输出信号，所述端口信号为在气箱内下部的三工位隔离/接地开关的一相高压端与地线之间施加断口信号线而产生的信号；
将所述断口信号以及所述输出信号连接至示波器输入端，确定三工位隔离/接地开关的空载行程曲线。
可选地，施加直流试验电压，基于三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，确定三工位隔离/接地开关的加压行程曲线，包括：
通过在所述气箱外下部的一相高压进线套管与地线之间施加直流试验电压；
将所述三工位隔离/接地开关从隔离位置转换为接地位置，基于三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，确定三工位隔离/接地开关的加压行程曲线。
可选地，确定接地开关的预击穿时间，分析所述预击穿时间内的预击穿能量变化，包括：
根据电流起始时刻和合闸时间，确定接地开关的预击穿时间；
分析所述预击穿时间内的预击穿能量变化。
可选地，在预击穿时间，所述气箱压力为额定压力p下，开展三工位隔离/接地开关接地关合试验，分析接地开关的关合能力，包括：
在预击穿时间，所述气箱压力为额定压力p下，对气体绝缘金属封闭开关设备施加短路关合试验电压和电流，开展三工位隔离/接地开关若干次接地关合试验，分别获取若干个预击穿能量；
对比所述若干个预击穿能量，并在试验后开启气箱检查触头烧蚀程度，分析接地开关的关合能力。
可选地，在额定压力p下，进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，确定耐压试验结果，包括：
在额定压力p下，将所述三工位隔离/接地开关确定为隔离位置；
对气体绝缘金属封闭开关设备进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，确定耐压试验结果。
从而，由于预击穿特性和触头烧蚀特性反映关合能力，获得接地开关关合过程的触头烧蚀特性，结合预击穿能力完整有效地评价接地开关的关合能力，为研制满足接地关合的运行要求的全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备提供试验支撑，提升设备的技术性能和环保效益。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种基于全氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备的接地关合试验方法，其特征在于，包括：
基于氟异丁腈绝缘金属封闭开关设备接地关合试验装置实现所述接地关合试验方法；
所述装置包括三工位隔离/接地开关主轴（1）、三工位隔离/接地开关操作机构主轴（2）、角位移传感器（3）和传感器压板（4）；
所述三工位隔离/接地开关主轴（1）位于气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内下部，通过动配合密封装置与三工位隔离/接地开关操作机构主轴（2）连接；
所述三工位隔离/接地开关主轴（1）上安装有三相动触头，旋转三工位隔离/接地开关操作机构主轴（2），使三工位隔离/接地开关触头位于合闸、隔离、接地三个位置；
所述角位移传感器（3）安装固定于气箱外下部的传感器压板（4）上；
所述角位移传感器（3）的转轴与所述三工位隔离/接地开关操作机构主轴（2）连接，用于监测三工位隔离/接地开关的行程曲线；
将全氟异丁腈/二氧化碳的混合气体按照预定比例充入气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内，确定气箱压力为额定压力p以及三工位隔离/接地开关的空载行程曲线；
施加直流试验电压，基于三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，确定三工位隔离/接地开关的加压行程曲线，并确定接地开关的预击穿时间，分析所述预击穿时间内的预击穿能量变化，在所述气箱压力为额定压力p下，开展三工位隔离/接地开关接地关合试验，分析接地开关的关合能力；在额定压力p下，进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，确定耐压试验结果；
其中，在预击穿时间，所述气箱压力为额定压力p下，开展三工位隔离/接地开关接地关合试验，分析接地开关的关合能力，包括：
在预击穿时间，所述气箱压力为额定压力p下，对气体绝缘金属封闭开关设备施加短路关合试验电压和电流，开展三工位隔离/接地开关若干次接地关合试验，分别获取若干个预击穿能量；
对比所述若干个预击穿能量，并在试验后开启气箱检查触头烧蚀程度，分析接地开关的关合能力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将全氟异丁腈/二氧化碳的混合气体按照预定比例充入气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内，确定三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，包括：
将全氟异丁腈/二氧化碳的混合气体按照预定比例充入气体绝缘金属封闭开关设备的气箱内，并确保所述气箱的压力为额定压力p；
采集断口信号以及角位移传感器的输出信号，所述断口信号为在气箱内下部的三工位隔离/接地开关的一相高压端与地线之间施加断口信号线而产生的信号；
将所述断口信号以及所述输出信号连接至示波器输入端，确定三工位隔离/接地开关的空载行程曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，施加直流试验电压，基于三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，确定三工位隔离/接地开关的加压行程曲线，包括：
通过在所述气箱外下部的一相高压进线套管与地线之间施加直流试验电压；
将所述三工位隔离/接地开关从隔离位置转换为接地位置，基于三工位隔离/接地开关的空载行程曲线，确定三工位隔离/接地开关的加压行程曲线。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定接地开关的预击穿时间，分析所述预击穿时间内的预击穿能量变化，包括：
根据电流起始时刻和合闸时间，确定接地开关的预击穿时间；
分析所述预击穿时间内的预击穿能量变化。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在额定压力p下，进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，确定耐压试验结果，包括：
在额定压力p下，将所述三工位隔离/接地开关确定为隔离位置；
对气体绝缘金属封闭开关设备进行工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，确定耐压试验结果。
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