CN213985589U - 环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统，其中，包括主体，主体内设有若干密封隔室以及集控单元，隔室内填充有环保气体，隔室内设有密度继电器以及内环境监控传感器，集控单元接收密度继电器与内环境监控传感器的信号，并判断两者的数值；本实用新型适合高海拔、低温、温差大、环保、精准度高。

Description

环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统

技术领域

本实用新型涉及环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统。

背景技术

中压开关设备大量使用于电气化铁路牵引和信号供电系统，是铁路运行不可或缺的产品，关系到铁路安全可靠运行。中压开关设备经历了80多年发展，经过敞开式、箱式、金属封闭式几个阶段，随着技术和工艺进步，设备功能和性能日趋完善，当下科技创新向更安全、可靠、小型化、环保、智能等方面不断展开。

为减少设备维护、提高运行可靠性，中压全密封环网柜和气体绝缘金属封闭式开关柜近年在铁路系统采用量在迅速上升,其中95%以上依靠SF6气体作为绝缘介质，如27.5kV牵引供电系统中就大量使用SF6气体绝缘金属封闭式开关柜（SF6充气柜）、高速铁路专用箱变也都采用12kV电压等级的SF6全密封开关柜（SF6环网柜）。SF6是一种优良的灭弧和绝缘气体，但在气体制备、运输、储存，开关柜充气、运行、回收等过程中不可避免地存在泄漏和排放问题。已有不少国家通过立法减少、限制甚至禁止使用SF6。寻找、研制、替代SF6、具备环境友好的新型气体已成为电力领域研究热点之一。

12kV等级的金属封闭开关设备将SF6替代工作，主要将原SF6灭弧或绝缘改为真空灭弧室灭弧，通过氮气、干燥空气、二氧化碳、压缩空气等作为绝缘介质；也有个别企业或者机构采用二氧化碳、二氧化碳+C3、C4或C5作为中压负荷开关柜的灭弧。C3、C4、C5尚处研究阶段，不仅环保性能存有一定争议，高昂的价格在中压开关设备使用尚不具备实用价值。而采用氮气、干燥空气作为绝缘介质成为“环保气体”绝缘开关设备成为12kV电压等级近年来研发和应用的主流，并已经在国家电网和南方电网批量运行。现在，我们所称为“环保气体绝缘开关设备”是指将“氮气、干燥空气、二氧化碳、压缩空气”作为主绝缘介质，采用真空灭弧室、全密封结构、以少量固体绝缘作支撑件、正常运行时充气隔室的气压为微正压，零表压下确保额定绝缘水平，即使因异常情况下发生漏气仍能持续运行，运行连续性不低于LSC2 的气体绝缘金属封闭开关设备。

环保气体绝缘开关设备与 SF6气体绝缘金属封闭开关设备、空气绝缘金属封闭开关设备相比，有绿色环保、环境适应性强、安全可靠、维护量小、体积小、节约占地、高模块化等优势。柜体尺寸中仅为12kV同等电流规格的SF6环网柜的15%，从发展趋势来看未来将逐步替代SF6气体绝缘环网柜，而且高原、高寒地区，干燥空气液化温度远低于SF6气体，无任何液化风险，更适合高原、高寒地区使用。

SF6全绝缘开关柜采用SF6密度表或密度继电器来检测气箱压力，其原理是：密封气箱容积固定不变时，在20℃时额定压力下，具有一定密度值，对于常规运行范围内温度环境，采用双金属片设计作为温度补偿，尽管密封气箱气体压力随着温度的变化而变化，只要密封气箱完好密度值就不会改变。此时若开关柜内外温度未达到平衡时，所测到的气体密度值就会发生较大误差。在高寒、高温差环境时，误报情况有所增加，特别是环保气体绝缘开关柜气箱采用0.02MPa微正压气体压力，远低于SF6全绝缘充气柜0.15MPa-0.045MPa的额定充气压力，误差和误报概率将更高；同时环保气体绝缘开关设备具备一定的异常情况下发生漏气持续运行能力，但在高海拔、低空气密度下长期运行绝缘性能将会下降风险，此处高海拔具体是指海拔高度3000m以上，因此需要一种能够更适合环保气体绝缘开关柜在高原地区运行的监控密封状态检测系统。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统。

本实用新型所解决其技术问题所采用的技术方案是：一种环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统，其中，包括主体，主体内设有若干密封隔室以及集控单元，隔室内填充有环保气体，隔室内设有密度继电器以及内环境监控传感器，集控单元接收密度继电器与内环境监控传感器的信号，并判断两者的数值。

通过密度继电器与内环境监控传感器的设置，实现双重数据确认的效果，防止在使用过程中，由于密度继电器发生损坏从而导致发生误报情况。此处相对于现有技术中采用SF6为填充气体，本发明中采用的是环保气体，此处环保气体包括氮气、干燥空气、二氧化碳以及压缩空气，采用环保气体的设置具有绿色环保、环境适应性强、安全可靠、维护量小、体积小、节约占地、高模块化等优势。

其中，内环境监控传感器包括压力传感器以及温湿度传感器。

由于

，故可以通过检测压力传感器的压力数值以及内部的绝对温度，从而计算出ρ的数值，通过与密度继电器的数值比较，从而实现检测的准确性的判断。

其中，压力传感器与温湿度传感器位于密度继电器的接口位置。

通过此种结构设置，进一步提高整体的检测精准度。

其中，密度继电器为机械式。

其中，压力传感器与温湿度传感器均为电子式。

通过机械式与电子式的配合，形成了机械与电子的配合，从而保证了两者的精准度检测。

其中，主体上设有面板，压力传感器与温湿度传感器部分位于面板上。

采用面板的设置，更为直观，可以通过直接观察到数值。

其中，隔室内还设有微水传感器。

通过微水传感器的设置，检测隔室内的气体水分含量，提高整体的稳定性。

其中，还包括补气装置，隔室上设有与补气装置连通的泄压通道。

通过补气装置的设置，如果发生漏气或者其他状况，可以通过补气装置，进行隔室内部的气体注入，从而保证隔室内的气体密度达到预设值。

其中，补气装置包括电磁阀。

采用电磁阀的设置，使得集控单元实现控制效果，便于补气装置的工作效果。

其中，还包括外环境监控传感器，外环境监控传感器位于主体外侧。

外环境监控传感器位于开关柜所在的变电站或者开闭所内。如变电站或者开闭所装设有动环监控系统，可以从动环监控系统中读取所采集的压力和温湿度数据，实现整体的数据化、智能化操作。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1的内部结构示意图；

图3是本实用新型实施例1中的电气原理图。

具体实施方式

实施例1：

参照附图1-3所示，一种环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统。

其包括主体1以及外环境监控传感器2，外环境监控传感器2位于主体1外侧。此处外环境监控传感器2位于开关柜所在的变电站或者开闭所内。如变电站或者开闭所装设有动环监控系统，可以从动环监控系统中读取所采集的压力和温湿度数据，实现整体的数据化、智能化操作。此处外环境监控传感器2可以通过压力表与温度表读取数据。

主体1内设有若干个密封隔室3以及集控单元4，隔室3为绝缘密封设置，且其内部填充有环保气体，此处环保气体包括氮气、干燥空气、二氧化碳以及压缩空气，采用环保气体的设置具有绿色环保、环境适应性强、安全可靠、维护量小、体积小、节约占地、高模块化等优势。

隔室3内设有密度继电器5、内环境监控传感器、补气装置6以及微水传感器，密度继电器5用于检测内部气体的密度，从而判断是否发生漏气等故障。此处密度继电器5为机械式密度继电器5。

内环境监控传感器包括压力传感器7以及温湿度传感器8，此处压力传感器7与温湿度传感器8均为电子式的，压力传感器7检测隔室3内的气体压强，温湿度传感器8检测隔室3内的绝对温度。然后通过集控单元4计算出隔室3内的气体密度，并且与密度继电器5检测出的气体密度进行比较。此处压力传感器7与温湿度传感器8均位于密度继电器5的附近，具体位于密度继电器5的接口位置。通过机械式与电子式配合，计算出两个隔室3内的气体密度，通过集控单元4判断两者的数值是否相同或者在一个可允许的误差内，此处误差的参数可以根据实际需求进行限定。通过机械式与电子式的配合，形成了机械与电子的配合，从而保证了两者的精准度检测。

进一步，主体1上设有面板11，压力传感器7与温湿度传感器8部分位于面板11上。此处具体是指压力传感器7与温湿度传感器8的数值显示在面板11上，可以通过直接观察到数值。

通过微水传感器的设置，检测隔室3内的气体水分含量，提高整体的稳定性。通过微水传感器的设置，使得检测的精准度提高。

隔室3上设有与补气装置6连通的泄压通道，补气装置6包括电磁阀61，通过集控单元4控制电磁阀61，从而实现补气的效果，此处补气装置6具体向隔室3内填充干燥空气或氮气。通过补气装置6的设置，如果发生漏气或者其他状况，可以通过补气装置6，进行隔室3内部的气体注入，从而保证隔室3内的气体密度达到预设值。

集控单元4与密度继电器5、压力传感器7、温湿度传感器8、微水传感器以及补气装置6均为连通设置，此处可以通过有线或无线连通，从而实现控制效果。

进一步，本发明可以在高海拔环境下使用，此处高海拔具体是指海拔高度3000m以上。

其具体的工作原理为，密度继电器5发告警信号→集控单元4→读取隔室3压力、温度传感器→自动计算气体密度值＆气体密度继电器5的密度值→比对并判断是否误报。

判断密度继电器5报告准确→打开电磁阀61自动补气→内部压力正常→集控单元4向主控值班室发信→停电检修查找漏气点。

判断密度继电器5报告误报→打开电磁阀61自动补气→适时读取隔室3的压力值、温度值以及密度继电器5的密度值→比对数据如吻合→判断隔室3内的传感器异常→集控单元4向主控值班室发信→更换隔室3的异常传感器。

判断密度继电器5报告误报→打开电磁阀61自动补气→适时读取隔室3的压力值、温度值以及密度继电器5的密度值→当气体密度上升不大、压力值增大、温度不变→判断隔室3的气体密度继电器5异常误报→集控单元4向主控值班室发信→更换进线柜1异常气体密度继电器5。

其具体补气装置6的补气数值，按20℃室温隔室3低压力闭锁时及隔室3压力0.01Mpa时自动补气一次设计自动补气装置6压力与容积。

V为气箱体积约为0.228 m³气压为0.02 Mpa时

（0.1013+0.02）X 10^6 X 0.228 =

X 8.314 X 293.15

干燥空气质量m = 329 ɡ

同理当气压为0.01 Mpa时 干燥空气质量m = 302 ɡ

由上知补气装置6内应冲入不小于27克干燥空气，预设补气装置6压力值为10个大气压，补气装置6体积为0.0456m³。

此处

具体的推导过程为，

P——气体压强 V——气体体积

n——气体摩尔数 R——气体阿伏伽德罗常数

T——绝对温度 m——气体质量

M——气体摩尔质量 ρ——气体密度

公式引用

通过密度继电器5与内环境监控传感器的设置，实现双重数据确认的效果，防止在使用过程中，由于密度继电器5发生损坏从而导致发生误报情况。故可以通过检测压力传感器7的压力数值以及内部的绝对温度，从而计算出ρ的数值，通过与密度继电器5的数值比较，从而实现检测的准确性的判断。

Claims (6)

1.一种环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统，其特征在于：包括主体，主体内设有若干密封隔室、集控单元、面板以及补气装置，隔室内填充有环保气体，隔室内设有密度继电器以及内环境监控传感器，集控单元接收密度继电器与内环境监控传感器的信号，并判断两者的数值；内环境监控传感器包括压力传感器以及温湿度传感器，压力传感器与温湿度传感器部分位于面板上；隔室上设有与补气装置连通的泄压通道，补气装置包括电磁阀，集控单元控制电磁阀工作。

2.如权利要求1所述的环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统，其特征在于：压力传感器与温湿度传感器位于密度继电器的接口位置。

3.如权利要求1或2所述的环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统，其特征在于：密度继电器为机械式。

4.如权利要求1或2所述的环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统，其特征在于：压力传感器与温湿度传感器均为电子式。

5.如权利要求1所述的环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统，其特征在于：隔室内还设有微水传感器。

6.如权利要求1所述的环保气体充气开关柜高海拔环境运行密封状态检测系统，其特征在于：还包括外环境监控传感器，外环境监控传感器位于主体外侧。

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