申请/专利权人：国网吉林省电力有限公司电力科学研究院;吉林省电力科学研究院有限公司;国家电网有限公司;国网吉林省电力有限公司经济技术研究院

申请日：2019-01-02

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN109633430B

主分类号：G01R31/327

分类号：G01R31/327;G01N21/3504;G01K7/02;G01J5/00;G01J5/80

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.05.10#实质审查的生效;2019.04.16#公开

摘要：一种真型GIS设备异常温升故障监测实验装置属于GIS过热故障监测实验装置技术领域，包括GIS换气阀门、GIS外壳、GIS隔离开关动触头、动触头屏蔽罩、红外测温仪、GIS隔离开关静触头、静触头屏蔽罩、K型热电偶、铜带、大电流发生器和SF6气瓶。本发明能在实验室模拟真型GIS的异常发热性故障，进而探究不同GIS热点温度与设备外壳的温度的对应关系，同时可以应用本装置研究在过热故障情况下，GIS设备内部的温度场分布情况，还可以通过实验研究SF6气体对红外的吸收情况，进而得到红外内部测温的校正方法。

主权项：1.一种真型GIS设备异常温升故障监测实验装置，其特征是：包括GIS换气阀门1、GIS外壳2、GIS隔离开关动触头3、动触头屏蔽罩4、红外测温仪5、GIS隔离开关静触头6、静触头屏蔽罩7、K型热电偶8、铜带9、大电流发生器10和SF6气瓶11，所述GIS外壳2为两端封口的圆筒形结构，GIS外壳2放置于塑胶地面上，GIS外壳2的中轴线与塑胶地面平行，GIS外壳2的内部沿中轴线方向固定安装有GIS气体绝缘金属封闭开关设备，GIS外壳2的一端通过铜带9接地，GIS外壳2的上部设置有GIS换气阀门1；所述GIS换气阀门1通过导气管与SF6气瓶11连接；所述GIS设备的一端与GIS隔离开关动触头3固定连接，GIS设备的另一端与GIS隔离开关静触头6固定连接；所述动触头屏蔽罩4套装在GIS隔离开关动触头3的外部并且动触头屏蔽罩4与GIS隔离开关动触头3之间留有间隙，动触头屏蔽罩4通过螺栓与GIS外壳2的一端圆面固定连接；所述静触头屏蔽罩7套装在GIS隔离开关静触头6的外部并且静触头屏蔽罩7与GIS隔离开关静触头6之间留有间隙，静触头屏蔽罩7通过螺栓与GIS外壳2的另一端圆面固定连接；所述红外测温仪5通过支架固定安装在GIS外壳2的内侧壁上；所述K型热电偶8通过铜箔纸分别粘贴在GIS隔离开关动触头3、GIS隔离开关静触头6以及GIS外壳2上，K型热电偶8与数显仪连接；所述大电流发生器10通过铜带9分别连接GIS隔离开关动触头和GIS隔离开关静触头，构成通流回路。

全文数据：一种真型GIS异常温升故障监测实验装置技术领域本发明属于GIS气体绝缘金属封闭开关设备过热故障监测实验装置技术领域，特别是涉及到一种真型GIS异常温升故障监测实验装置。背景技术电力系统中的GIS设备会因为加工工艺等问题出现设备内部接触不良等缺陷，在大电流的运行情况下发生异常温升故障。此类故障多发于GIS设备的隔离开关位置。目前的故障检测手段是用红外热像仪检测设备外壳温度，但外壳温度不能直接定量反映出内部热点的温度。现有的发明专利CN201310241408-《一种GIS设备触头温度监测试验装置》虽然能模拟和监测GIS设备内部故障温度，但其结构与真实的GIS差距很大，真实的GIS设备隔离开关处为水平放置，且内部存在屏蔽罩。现有的发明专利CN201310241408中的试验装置为竖直放置，内部结构缺少屏蔽罩等部件。根据传热学理论，气体自然热对流对气室内部和热点的温度有很大的影响，现有专利的结构设计会严重影响气体自然热对流情况，进而影响热点和气室内部温度值，与真实情况产生很大偏差。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。发明内容本发明所要解决的技术问题是：提供一种真型GIS异常温升故障监测实验装置用来解决现有技术中不能有效研究SF6气体对红外吸收情况和GIS设备温度场分布的技术问题。一种真型GIS异常温升故障监测实验装置，包括GIS换气阀门、GIS外壳、GIS隔离开关动触头、动触头屏蔽罩、红外测温仪、GIS隔离开关静触头、静触头屏蔽罩、K型热电偶、铜带、大电流发生器和SF6气瓶，所述GIS外壳为两端封口的圆筒形结构，GIS外壳放置于塑胶地面上，GIS外壳的中轴线与塑胶地面平行，GIS外壳的内部沿中轴线方向固定安装有GIS气体绝缘金属封闭开关设备，GIS外壳的一端通过铜带接地，GIS外壳的上部设置有GIS换气阀门；所述GIS换气阀门通过导气管与SF6气瓶连接；所述GIS设备的一端与GIS隔离开关动触头固定连接，GIS设备的另一端与GIS隔离开关静触头固定连接；所述动触头屏蔽罩套装在GIS隔离开关动触头的外部并且动触头屏蔽罩与GIS隔离开关动触头之间留有间隙，动触头屏蔽罩通过螺栓与GIS外壳的一端圆面固定连接；所述静触头屏蔽罩套装在GIS隔离开关静触头的外部并且静触头屏蔽罩与GIS隔离开关静触头之间留有间隙，静触头屏蔽罩通过螺栓与GIS外壳的另一端圆面固定连接；所述红外测温仪通过支架固定安装在GIS外壳的内侧壁上；所述K型热电偶通过铜箔纸分别粘贴在GIS隔离开关动触头、GIS隔离开关静触头以及GIS外壳上，K型热电偶与数显仪连接；所述大电流发生器通过铜带分别连接GIS隔离开关动触头和GIS隔离开关静触头，构成通流回路。所述GIS外壳上设置有观察窗，并且GIS外壳通过环氧树脂胶与观察窗密封连接。所述观察窗为砷化锌玻璃观察窗。所述GIS外壳上设置有检测内部SF6气体压力的气压表。所述支架为调节式支架。所述导气管为特氟龙导气管。所述大电流发生器的输出电流的范围为0A～5000A。通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：1、本发明能够监测GIS设备内部发生局部过热时热点的温度值和GIS设备外壳的温度值。2、本发明能模拟不同接触状态和不同回路电流下GIS设备的温升情况。3、本发明装置提出了用砷化锌玻璃窗代替传统GIS设备中的有机玻璃观察窗，既能透过观察窗观察内部结构又能透过红外光测量内部温度，一举两得。4、由于GIS设备内的SF6气体对红外线有吸收作用，会影响测量精度，本发明装置可以通过调节GIS气室内部SF6气体的压力，探究不同气压下SF6气体对红外线的吸收情况。5、本发明装置中可以通过k型热电偶测量得到GIS设备内部以及外壳的温度值，得到GIS发生局部过热性故障时的温度场分布情况。6、本发明装置的结构简单，成本低。7、本发明应用红外测温技术和热电偶测温技术构建了真型GIS过热故障监测实验装置，能在实验室模拟真型GIS的异常发热性故障，进而探究不同GIS热点温度与设备外壳的温度的对应关系，同时可以应用本装置研究在过热故障情况下，GIS设备内部的温度场分布情况，还可以通过实验研究SF6气体对红外的吸收情况，进而得到红外内部测温的校正方法。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：图1为本发明一种真型GIS异常温升故障监测实验装置的原理框图。图2为本发明一种真型GIS异常温升故障监测实验装置的结构示意图。图3为本发明一种真型GIS异常温升故障监测实验装置的侧视结构示意图。图4为本发明一种真型GIS异常温升故障监测实验装置中SF6气压为0.2MPa时热点实际温度与红外监测温度对比图。图中1-GIS换气阀门、2-GIS外壳、3-GIS隔离开关动触头、4-动触头屏蔽罩、5-红外测温仪、6-GIS隔离开关静触头、7-静触头屏蔽罩、8-K型热电偶、9-铜带、10-大电流发生器、11-SF6气瓶、12-观察窗、13-气压表。具体实施方式如图所示，一种真型GIS异常温升故障监测实验装置，包括GIS换气阀门1、GIS外壳2、GIS隔离开关动触头3、动触头屏蔽罩4、红外测温仪5、GIS隔离开关静触头6、静触头屏蔽罩7、K型热电偶8、铜带9、大电流发生器10和SF6气瓶11。所述的GIS外壳2为圆筒形结构，圆柱面与平整的塑胶地面接触摆放，GIS外壳2的左侧通过铜带9接地；所述的GIS换气阀门1固定在GIS外壳2的正上方，GIS换气阀门1通过特氟龙导气管连接SF6气瓶11；所述的气压表13用于显示所述GIS外壳2内部的SF6气体压力。所述的GIS隔离开关动触头3放置在GIS设备的正中间靠左侧，通过所述环氧树脂胶固定在GIS设备外壳上，左端通过铜带9连接在大电流发生器10上；所述的GIS隔离开关静触头6放置在GIS设备的正中间靠右侧，通过所述环氧树脂胶固定在GIS设备外壳上，右端通过铜带9连接在大电流发生器10上；所述的动触头屏蔽罩4通过螺栓固定在GIS外壳2的左侧圆面内壁上，不接触地包裹着所述GIS隔离开关动触头3；所述的静触头屏蔽罩7通过螺栓固定在GIS外壳2的右侧圆面内壁上，不接触地包裹着所述GIS隔离开关静触头6；所述的观察窗12为砷化锌玻璃材质，观察窗12通过环氧树脂胶固定在所述GIS外壳2的上方；所述的红外测温仪5通过螺栓固定在所述GIS外壳2上，通过可调整的支架调整红外测温仪5的位置；所述的K型热电偶8通过铜箔纸粘贴在GIS隔离开关动触头3、GIS隔离开关静触头6以及GIS外壳2上。所述的大电流发生器10通过铜带9分别连接GIS隔离开关动触头3和GIS隔离开关静触头6，构成通流回路。所述的SF6气瓶11通过特氟龙导气管连接GIS换气阀门1。所述GIS外壳2材料为铝合金，由中间圆筒部分和两侧封口盖板构成。中间圆筒区域为的内径为560mm，外径为580mm，长度为2.5m的空心圆柱体和左右各一个内径为560mm，外径为600mm，厚度为20mm的空心圆柱体共同浇铸而成。两侧封口盖板为形状为，直径为680mm，厚度为20mm的圆柱体。中间圆筒部分和两侧封口盖板由12个螺栓连接。在距离左侧封口盖板120mm处的GIS外壳2正上方，设置GIS换气阀门1，用于向GIS外壳2内部注入SF6气体。在GIS外壳2中间的正上方，设置气压表13，用于显示内部气压值。在距离右侧封口盖板240mm处的GIS外壳2正上方，设置所述砷化锌玻璃观察窗12，通过环氧树脂胶密封。在GIS外壳2右侧通过螺栓将红外测温仪5固定在GIS外壳2的上方，通过观察窗12测量内部的温度场。所述的GIS隔离开关静触头6材质为铜镀银，镀银层厚度为0.5mm，放置在GIS设备的正中间靠右侧，凹槽深度为120mm，内径110mm，外径140mm。通过所述环氧树脂胶固定在GIS设备外壳上，右端通过铜带9连接在大电流发生器10上。所述的GIS隔离开关动触头3为空心圆柱体结构，放置在GIS设备的正中间靠左侧。材质为铜镀银，镀银层厚度为0mm～0.5mm，整体长度为2m，半径为110mm。中间空心区域长度为1.8m，内径为35mm，通过所述环氧树脂胶固定在GIS设备外壳上，中间右端通过铜带9连接在大电流发生器10上；所述的动触头屏蔽罩4为铝合金材质，厚度为3mm，长度为1.2m。通过两个螺栓固定在GIS外壳2的左侧，不接触地包裹着所述GIS隔离开关动触头3；所述的静触头屏蔽罩7为铝合金材质，厚度为3mm，长度为0.35m。通过两个螺栓固定在GIS外壳2的右侧，不接触地包裹着所述GIS隔离开关动触头3；所述的K型热电偶8通过铜箔纸粘贴在所述GIS隔离开关动触头3和所述GIS隔离开关静触头6的连接处附近，在所述GIS隔离开关动触头3和所述GIS隔离开关静触头6上各一个，用于监测连接处温度。在所述GIS隔离开关动触头3和所述GIS隔离开关静触头6的连接处的截面对应的GIS外壳2的正上方和正下方各通过铜箔纸粘贴一个所述K型热电偶8，用于监测所述GIS外壳2温度；所述的GIS换气阀门1固定在GIS外壳2正上方，通过特氟龙导气管连接SF6气瓶11，向所述GIS外壳2内部充入SF6气体，冲入SF6气体的压力为0.1MPa～0.6MPa之间，由所述气压表13显示。所述的大电流发生器10通过铜带9分别连接所述GIS隔离开关动触头3和所述GIS隔离开关静触头6，构成通流回路，接地端通过铜线接地。所述大电流发生器10上设置有显示屏，输出电流的范围为0A～5000A。下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。实施例1：所述的大电流发生器10的输入端通过导线与220V50Hz的市电连接，其输出电流为3000A，大电流发生器10的输出端的正极通过铜带9与所述GIS隔离开关动触头3连接，大电流发生器10的输出端的负极通过铜带9与所述GIS隔离开关静触头6连接，为所述GIS隔离开关动触头3和所述GIS隔离开关静触头6的接触位置提供大电流，模拟局部过热性故障。所述GIS隔离开关动触头3的材质为铜镀银，通过环氧树脂胶固定在所述GIS外壳2上，镀银层厚度设置为0.5mm。所述GIS隔离开关静触头6的材质为铜镀银，镀银层厚度为0.5mm，通过环氧树脂胶固定在所述GIS外壳2上。所述动触头屏蔽罩4和所述静触头屏蔽罩7的材质为铝合金，分别通过螺栓固定在所述GIS外壳2上。所述GIS外壳2的材质为铝合金，通过所述铜带9接地，距离左侧封口盖板120mm处的所述GIS外壳2正上方，设置所述GIS换气阀门1，所述GIS换气阀门1通过特氟龙导气管连接所述SF6气瓶11，向GIS外壳2内部注入0.5MPa的SF6气体。在所述GIS外壳2中间的正上方，设置所述气压表13，用于显示内部气压值。在距离右侧封口盖板240mm处的GIS外壳2正上方，设置所述砷化锌玻璃观察窗12，通过环氧树脂胶密封。在所述GIS外壳2右侧通过螺栓将所述红外测温仪5固定在观察窗12的上方，测量内部的温度场。所述的K型热电偶8通过铜箔纸粘贴在所述GIS隔离开关动触头3和所述GIS隔离开关静触头6的连接处附近，在所述GIS隔离开关动触头3和所述GIS隔离开关静触头6上各一个，用于监测连接处温度。在所述GIS隔离开关动触头3和所述GIS隔离开关静触头6的连接处的截面对应的GIS外壳2的正上方和正下方各通过铜箔纸粘贴一个所述K型热电偶8，K型热电偶8连接数显仪用于监测所述GIS外壳2温度。实施例2：所述的大电流发生器10的输入端通过导线与220V50Hz的市电连接，其输出电流为3500A，大电流发生器10的输出端的正极通过铜带9与所述GIS隔离开关动触头3连接，大电流发生器10的输出端的负极通过铜带9与所述GIS隔离开关静触头6连接。所述GIS隔离开关动触头3的材质为铜镀银，通过环氧树脂胶固定在所述GIS外壳2上，镀银层厚度设置为0.3mm。所述GIS外壳2的材质为铝合金，通过所述铜带9接地，距离左侧封口盖板120mm处的所述GIS外壳2正上方，设置所述GIS换气阀门1，所述GIS换气阀门1通过特氟龙导气管连接所述SF6气瓶11，向GIS外壳2内部注入0.35MPa的SF6气体。在所述GIS外壳2中间的正上方，设置所述气压表13，用于显示内部气压值。在距离右侧封口盖板240mm处的GIS外壳2正上方，设置所述砷化锌玻璃观察窗12，通过环氧树脂胶密封。在所述GIS外壳2右侧通过螺栓将所述红外测温仪5固定在观察窗12的上方，测量内部的温度场。实施例3：所述的大电流发生器10的输入端通过导线与220V50Hz的市电连接，其输出电流为1500A，大电流发生器10的输出端的正极通过铜带9与所述GIS隔离开关动触头3连接，大电流发生器10的输出端的负极通过铜带9与所述GIS隔离开关静触头6连接。所述GIS隔离开关动触头3的材质为铜镀银，通过环氧树脂胶固定在所述GIS外壳2上，镀银层厚度设置为0.1mm。所述GIS外壳2的材质为铝合金，通过所述铜带9接地，距离左侧封口盖板120mm处的所述GIS外壳2正上方，设置所述GIS换气阀门1，所述GIS换气阀门1通过特氟龙导气管连接所述SF6气瓶11，向GIS外壳2内部注入0.2MPa的SF6气体。在所述GIS外壳2中间的正上方，设置所述气压表13，用于显示内部气压值。在距离右侧封口盖板240mm处的GIS外壳2正上方，设置所述砷化锌玻璃观察窗12，通过环氧树脂胶密封。在所述GIS外壳2右侧通过螺栓将所述红外测温仪5固定在观察窗12的上方，测量内部的温度场。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

权利要求：1.一种真型GIS异常温升故障监测实验装置，其特征是：包括GIS换气阀门1、GIS外壳2、GIS隔离开关动触头3、动触头屏蔽罩4、红外测温仪5、GIS隔离开关静触头6、静触头屏蔽罩7、K型热电偶8、铜带9、大电流发生器10和SF6气瓶11，所述GIS外壳2为两端封口的圆筒形结构，GIS外壳2放置于塑胶地面上，GIS外壳2的中轴线与塑胶地面平行，GIS外壳2的内部沿中轴线方向固定安装有GIS气体绝缘金属封闭开关设备，GIS外壳2的一端通过铜带9接地，GIS外壳2的上部设置有GIS换气阀门1；所述GIS换气阀门1通过导气管与SF6气瓶11连接；所述GIS设备的一端与GIS隔离开关动触头3固定连接，GIS设备的另一端与GIS隔离开关静触头6固定连接；所述动触头屏蔽罩4套装在GIS隔离开关动触头3的外部并且动触头屏蔽罩4与GIS隔离开关动触头3之间留有间隙，动触头屏蔽罩4通过螺栓与GIS外壳2的一端圆面固定连接；所述静触头屏蔽罩7套装在GIS隔离开关静触头6的外部并且静触头屏蔽罩7与GIS隔离开关静触头6之间留有间隙，静触头屏蔽罩7通过螺栓与GIS外壳2的另一端圆面固定连接；所述红外测温仪5通过支架固定安装在GIS外壳2的内侧壁上；所述K型热电偶8通过铜箔纸分别粘贴在GIS隔离开关动触头3、GIS隔离开关静触头6以及GIS外壳2上，K型热电偶8与数显仪连接；所述大电流发生器10通过铜带9分别连接GIS隔离开关动触头和GIS隔离开关静触头，构成通流回路。2.根据权利要求1所述的一种真型GIS异常温升故障监测实验装置，其特征是：所述GIS外壳2上设置有观察窗12，并且GIS外壳2通过环氧树脂胶与观察窗12密封连接。3.根据权利要求2所述的一种真型GIS异常温升故障监测实验装置，其特征是：所述观察窗12为砷化锌玻璃观察窗。4.根据权利要求1所述的一种真型GIS异常温升故障监测实验装置，其特征是：所述GIS外壳2上设置有检测内部SF6气体压力的气压表13。5.根据权利要求1所述的一种真型GIS异常温升故障监测实验装置，其特征是：所述支架为调节式支架。6.根据权利要求1所述的一种真型GIS异常温升故障监测实验装置，其特征是：所述导气管为特氟龙导气管。7.根据权利要求1所述的一种真型GIS异常温升故障监测实验装置，其特征是：所述大电流发生器10的输出电流的范围为0A～5000A。

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