一种防止高寒地区SF6断路器灭弧介质液化的智能温控系统

摘要

一种防止高寒地区SF6断路器灭弧介质液化的智能温控系统，涉及高压电气领域。本发明旨在有效提升SF6断路器灭弧室灭弧介质温度和操动机构工作环境温度，该系统由加热带单元、温度显示调节单元、温度采集传输单元、自具能电源单元组成，温度采集传输单元将灭弧室及断路器横梁箱温度数据以无线的形式传输至温度显示调节单元，同时温度显示调节单元将数据比对处理，驱动后续加热带电路对灭弧室和断路器横梁箱内温度进行调整，该系统形成了闭环控制，有效提升SF6断路器灭弧室灭弧介质温度和操动机构工作环境温度，提高断路器工作稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及电气领域，主要为一种防止高寒地区SF6断路器灭弧介质液化的智能温控系统。

技术背景

SF6 气体由于其优异的绝缘、灭弧性能及较高的耐电强度而被广泛应用于高电压设备中。我国幅员辽阔、南北地区温差大，在一些霜冻频繁的高寒地区，冬季部分地区最低温度可达-40℃，有些地区甚至可达-50℃，SF6气体的液化温度较高，限制了其在高寒地区的应用，如0.1 MPa和0.6 MPa时SF6气体的液化温度分别约为-64℃和-25℃,SF6出现液化现象，灭弧室内气体压力降低，这时SF6灭弧能力和绝缘水平明显下降，造成断路器的绝缘性能和开断能力下降，严重时导致断路器不能正常操作，影响电网安全运行。开展高寒地区SF6断路器灭弧介质液化问题的技术研究，可以减少由于温度降低引起SF6气体液化导致的断路器闭锁或是开断失败造成的大面积停电事故的概率，提高线路运行可靠性。

目前国内高寒地区主要采用外部伴热带加热结构为断路器加热，但是由于断路器的结构问题，采用的加热带安装位置距离灭弧室比较远，热利用率不高并且断路器内部无温度采集单元不能准确的监测灭弧室介质温度，灭弧室温度控制效果不佳，温差过大，没有精确的温控系统等问题，这也是传统加热结构不能很好解决高寒地区SF6断路器灭弧介质液化问题的主要原因，本设计尝试新的思路，设计全面的温控系统及有效的加热结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种防止高寒地区SF6断路器灭弧介质液化的智能温控系统；搭建有效的高寒地区SF6断路器灭弧室加热结构；设计具有可观可控功能的温度操控系统，通过对初始温度的设定，自动投切加热结构，有效防止断路器灭弧介质出现液化。

本发明的技术内容是：

在高压断路器的灭弧室顶部内壁、支柱绝缘子内腔顶部、断路器横梁箱均设计有加热带，灭弧室顶部加热带以片状紧贴于灭弧室顶部内壁，灭弧室顶盖外壁包裹隔热层，支柱绝缘子顶部加热带位于支柱绝缘子内腔顶部，操动机构外箱加热带包裹在断路器横梁箱外侧；灭弧室顶部加热带由自具能电源单元直接从高压母线取能，支柱绝缘子顶部与操动机构横梁加热带由近地端电源供电，支柱绝缘子顶部加热带供电线从支柱绝缘子内部经过与近地电源连接；加热带以硅橡胶为载体与断路器紧密贴合，提高其工作效率；

该智能温控系统主要由温度采集传输单元、温度显示调节单元、加热带单元和自具能电源单元组成。温度采集传输单元采集温度并将温度数据无线发送到温度显示调节单元进行温度显示。同时，温度显示调节单元对接收到的数据进行分析处理并与预设温度范围进行比较，然后根据实际情况驱动后续加热带单元对断路器气室内部温度进行调节，形成温度测控的闭环结构，提升温度系统的可靠性和稳定性。

温度采集传输单元由温度采集器、微处理器、无线发射器、电源组成。电源为温度传感器和微处理器供能，温度采集器采集断路器温度并输出温度数据到微处理器进行处理，然后经无线发射器发出，利用无线接收器收集温度数据至温度显示调节单元进行数据的显示和分析比较，然后进行后续电路驱动；温度显示调节单元主要的目的是更好地显示断路器气室内部的温度，并且对断路器气室内部温度进行有效调节，所以温度显示部分要求有良好的人机交互功能和视觉效果，遇到紧急情况可以发出明显的报警信号以便工作人员察觉。该单元设计有温度直观显示的显示屏，通过简单的按键调节即可对温度进行设定，操作简便。

该系统是在上述技术的基础上实现的，通过温度显示调节单元设置初始最低温度和最高温度，数字温度采集器采集断路器不同位置温度，然后利用无线传输技术将温度信息传输给温度显示调节单元，该单元利用显示屏将温度实时数据进行直观显示，温度显示调节单元核心芯片将收到的温度信息与预设的温度最小值和最大值进行比较，当测取温度低于最低值时，温控显示调节单元导通加热带电源使加热带工作，改变灭弧室温度，当温度升至预设值最大值时，温度显示调节单元切断加热带电源停止加热，当温度降低至最低值再启动加热带电源，如此反复进行，形成闭环控制实现断路器温度的实时调节，保证SF₆断路器灭弧介质不出现液化现象、保证操动机构润滑油不冻结，保障了断路器安全运行。

本发明有益效果是在利用温控调节的闭环控制及合理的加热带设置有效解决高寒地区SF₆断路器灭弧介质液化问题，断路器顶部设计了自具能电源单元，简化现场高位供电方式，提高断路器工作环境整洁，加强安全运行，加热带的设置有效解决灭弧介质液化和操动机构润滑油冻结的问题。断路器温度采集器采用数字温度传感器，高精度，提高了系统的温控精确性，温度采集器采集到的温度信息以无线的形式发送给温度显示调节单元，提高了系统抗干扰性，保证数据传输的准确性，温度显示调节单元以高精度芯片为核心，通过简单按键调节实现温度的初始值设定，将传输回来的温度信息与设定值初始值比较，然后核心芯片控制后续加热带电路进行灭弧室及操动机构工作温度进行调节。

附图说明

图1是断路器智能温控系统结构示意图；

图2温度采集无线传输流程图；

图中：

1 断路器灭弧室；2 支柱绝缘子；3 灭弧室顶部加热带；

4支柱绝缘子顶部加热带；5横梁箱外部加热带；

6温度显示调节单元；7温度采集传输单元；8自具能电源模块；

9 取能线圈；10 高压母线；11 操作柜；

12 断路器底座支柱；13断路器横梁箱；14隔热套；

15 温度采集器；16 微处理器；17 无线发射器；18电源。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实例。

温控系统正常工作时，首先经温度显示调节单元（6）进行断路器灭弧室（1）及断路器横梁箱（13）的目标温度最低值和最高值设定，例如最低温度设为0℃，最高温度设为20℃。同时温度采集传输单元（7）开始工作，温度采集器（15）实时检测断路器灭弧室（1）顶部、支柱绝缘子（2）内部、断路器横梁箱（13）内部的温度，温度采集器（15）将温度数据传输给微处理器（16）进行数据处理，然后经无线发射器（17）同步传输给位于操作柜中（11）的温度显示调节单元（6），然后温度显示调节单元（6）对收到的温度数据同预先设定的最小值和最大值进行实时比对，当传输的温度低于0℃时，温度显示调节单元（6）使能灭弧室顶部加热带（3）与支柱绝缘子顶部加热带（7）的供电电源继电器，导通电源电路，此时灭弧室顶部加热带（3），支柱绝缘子顶部加热带（4）同时对断路器灭弧室（1）加热，加热带通过热传递的方式将热量扩散至断路器灭弧室（1）内部，从而改变灭弧介质的温度，当温度采集传输单元（7）传输回来的温度高于20℃时，温度显示调节单元（6）切断灭弧室顶部加热带（3）和支柱绝缘子顶部加热带（7）电源，停止加热。

同理，当断路器横梁箱（13）内温度采集传输单元（7）传回的温度低于设定的最低值时，温度显示调节单元（6）使能断路器横梁箱（13）外加热带继电器，导通电源，对断路器横梁箱（13）进行加热，当内部温度达到设置温度最大值时，温度显示调节单元（6）切断加热带电源，停止加热，令操动机构润滑油在寒冷环境下不出现冻结现象，保障断路器的可靠动作。

通过上述操作，温控系统形成闭合控制回路加强系统稳定，合理的加热带位置、温度的实时检测反馈，提高了加热带工作效率，保证灭弧室和操动机构工作环境的适宜温度。