一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置的制作方法

本发明属于六氟化硫气体绝缘电气设备绝缘状态监测的技术领域，具体涉及一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置。

背景技术：

SF₆气体绝缘电气设备以SF₆气体作为绝缘介质，具有绝缘强度高、运行稳定、占地面积小和维护工作量小等优点，在电力系统中，尤其是大中城市电网建设和改造中得到愈来愈广泛的应用。但从近年来的运行情况看，其内部不可避免的缺陷仍会引起故障并随着运行时间的增长而不断扩大，一旦故障发生，SF₆气体绝缘电气设备由于其全封闭组合式结构使得故障定位和检修工作的执行非常困难，且与分离式结构设备相比，其事故的平均停电检修时间更长、停电范围更广，由此常常导致极大的经济损失。SF₆气体绝缘电气设备的故障模式主要有机械故障、过热性故障和放电性故障三种类型，以后两种为主，并且机械故障常以过热性故障和放电性故障的形式表现出来。SF₆气体绝缘电气设备的过热性故障通常是由于接触不良等原因而使得设备的热应力超过正常值，造成绝缘加速劣化，接触面过热性故障主要涉及SF₆气体绝缘电气设备中母线及连接体之间的接触面。过热性故障的初期一般表现为持续的局部温度过高，然而GISGas Insulated Switchgear，气体绝缘封闭组合电器是全封闭结构，无法通过传感器直接测得内部发生局部过热部位的热点温度，因此，只能通过在GIS上开窗，然后透过锗玻璃窗进行红外测温。得到的内部热点温度可以反映出GIS局部过热故障的严重程度，更有利于实现SF₆气体绝缘电气设备的状态在线监测和故障诊断。

现有的SF₆气体绝缘电气设备过热性故障的模拟装置，如专利号为CN201110431132.6的“六氟化硫气体绝缘电气设备接触面过热性故障的模拟装置”专利，公开的系统主要包括开关电源、固态继电器、过热性故障模拟元件、智能数显温度调节仪和气相色谱仪。该专利的主要缺点是：它与实际的GIS监测相差太大，实际的GIS的导体上不能装有温度传感器。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的SF₆气体绝缘电气设备过热性故障的模拟装置的不足，提供一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，能在实验室模拟SF₆气体绝缘电气设备内不同程度的局部过热性故障，并能够通过红外测温技术获得局部过热故障下热源的温度和内部的温度场，从而准确地评估GIS设备发生局部过热故障的严重程度，为进一步研制基于红外间接测温技术的SF₆电气设备局部过热性故障在线监测系统奠定基础。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，其特征在于：包括直流电源、固态继电器、过热性故障模拟元件、PID温度控制仪及红外测温仪，所述直流电源的输入端通过导线与220V/50Hz的市电连接，所述发热体一侧表面的中部设置发热体温度传感器，所述发热体温度传感器的两端通过带绝缘外皮的铜导线分别与两个温度传感器接线柱位于所述缸体内的端头连接，所述PID温度控制仪的输入端通过导线分别与两个温度传感器接线柱位于所述缸体外的端头连接，所述的PID温度控制仪的控制信号输出端通过导线与所述的固态继电器的控制端连接。

在上述的一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，所述过热性故障模拟元件包括缸体、发热体、发热体温度传感器、温度传感器接线柱、发热体接线柱、真空泵、真空泵球阀、进气球阀、铝合金屏蔽罩、螺栓、及盆式绝缘子；

在所述缸体的底端的中心处设置两个孔径为0.5～0.7cm的圆形通孔，并通过环氧树脂将两个发热体接线柱分别固定在这两个通孔内，所述两个发热体接线柱贯穿缸体的底部，一端位于缸体内，另一端凸出缸体的底部；

在所述缸体的侧壁抽气孔的上方设置两个孔径为0.5～0.7cm的圆形通孔，并分别通过环氧树脂将两个温度传感器接线柱分别固定在这两个通孔内，所述两个温度传感器接线柱贯穿缸体的侧壁，一端位于缸体内，另一端伸出缸体的侧壁；

在上述的一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，所述缸体的材料为不锈钢，所述的缸体的形状为内径为55～65cm、厚度为1.0～1.5cm、高度为70～85cm的底端封闭的圆柱形，在所述缸体的一侧壁的下部设置一孔径为0.6～1.2cm的抽气孔，所述真空泵通过所述真空泵球阀和特氟龙导气管与缸体的抽气孔连通，在所述缸体的另一侧壁的上部设置一孔径为1.5～2cm的进气孔。

在上述的一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，所述进气球阀的一端通过特氟龙导气管与缸体的进气孔连通，所述进气球阀的另一端通过塑料导管与SF₆气瓶连通，在所述缸体的抽气孔和进气孔之间的侧壁上，设置一孔径为1.5～2cm的通孔作为真空压力表孔，在真空压力表孔上设置真空压力表，真空压力表通过真空压力表球阀与真空压力表孔连通。

在上述的一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，所述两个发热体接线柱位于所述缸体内的端头，分别通过硬质铜线分别与所述发热体的两极连接，所述发热体通过固接在所述缸体内壁上的绝缘支柱固定，并定位于所述缸体的轴向中心的中部；所述两个发热体接线柱位于缸体外的端头，通过导线分别与所述直流电源的负极和所述固态继电器的输出端连接。

在上述的一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，所述发热体材质为或铝或电解铜，所述发热体的形状为直径为1.5～5cm、厚度为6～16cm的圆柱体。

在上述的一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，在所述的缸体的侧壁位于进气孔下方设置一个锗玻璃观察窗，所述锗玻璃观察窗通过O型密封圈和螺栓进行密封，所述锗玻璃厚度设置为2.5cm。

在上述的一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，在所述缸体的上端开口处，固接一直径为50～60cm、厚度为0.8～1.5cm的不锈钢材质的法兰，所述法兰通过O型密封圈和螺栓与直径50～60cm、厚度为1.2～1.5cm的不锈钢材质的封口连接，在所述的缸体的底端沿圆柱面的外侧均匀地固接3～4个长度为8～10cm的支撑脚。

因此，本发明具有如下优点：1、本发明能通过锗玻璃观察窗测得SF₆气体绝缘电气设备中发生局部过热性故障时内部的温度场，弥补了现有的SF₆气体绝缘电气设备过热性故障的模拟装置不能精确监测GIS设备内部的温度场这一缺陷，提高了对SF₆气体绝缘电气设备故障判断的准确性。2、实际SF₆气体绝缘电气设备局部过热故障的故障点通常出现在罩着屏蔽罩内部的触指上，本发明设置了盆式绝缘子和铝合金屏蔽罩能更真实地模拟实际SF₆气体绝缘电气设备中局部过热性故障，尽可能的还原实际局部过热故障中发热点附近温度辐射和传递环境，模拟的准确度高，从而使红外测温仪测量出的温度更接近实际温度。3、本发明中的发热体材质选用铝或电解铜，能真实的模拟SF₆气体绝缘电气设备材质，发热体的形状为圆柱形，发热体的温度为100～600℃，能真实的模拟SF₆气体绝缘电气设备中局部过热性故障的常见情况，从而进一步提高模拟的准确性和精确度。4、本发明设置有锗玻璃观察窗与红外测温仪，实现了对GIS内部温度场的在线监测，能准确测量设备中出现的不同的过热性故障状态时不同位置的温度值，保证模拟的准确性。5、本发明中设置有发热体温度传感器，能够准确模拟发生局部过热故障时发热体的温度值，便于校验红外测温仪测得的内部温度场是否准确。6、本发明装置的结构简单，成本低。

附图说明

图1为本发明装置的原理框图。

图2为本发明装置的过热性故障模拟元件以及红外测温仪的结构示意图。

图3为本发明装置的过热性故障模拟元件以及红外测温仪的俯视图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

实施例1：如图1所示，一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，包括直流电源1、固态继电器2、过热性故障模拟元件3、PID温度控制仪4及红外测温仪5，所述的直流电源1的输入端通过导线与220V/50Hz的市电连接。过热性故障模拟元件3内包括发热体9及设置在发热体9上的发热体温度传感器10。所述红外测温仪5外设置4道锗玻璃观察窗16。所述直流电源1的输出端的电压为12V，最大电流为10A，所述直流电源1的输出端的正极通过导线与所述固态继电器2输出端的正极连接。

如图2所示，所述过热性故障模拟元件3由缸体8、发热体9、发热体温度传感器10、温度传感器接线柱11、发热体接线柱12、真空泵14、真空泵球阀13、进气球阀17、真空压力表22、屏蔽罩18及盆式绝缘子20构成。在所述缸体8的底端的中心处设置两个孔径为0.5cm的圆形通孔，并通过环氧树脂将两个发热体接线柱12分别固定在这两个通孔内，所述两个发热体接线柱12贯穿缸体8的底部，一端位于缸体8内，另一端凸出缸体8的底部。在所述缸体8的侧壁抽气孔的上方设置两个孔径为0.5cm的圆形通孔，并分别通过环氧树脂将两个温度传感器接线柱11分别固定在这两个通孔内，所述两个温度传感器接线柱11贯穿缸体8的侧壁，一端位于缸体8内，另一端凸出缸体8的侧壁。所述发热体9一侧表面的中部设置发热体温度传感器10，所述发热体温度传感器10的两端通过绝缘铜导线分别与两个温度传感器接线柱11位于所述缸体8内的端头连接。

所述两个发热体接线柱12位于所述缸体8内的端头，分别通过硬质铜线分别与所述发热体9的两极连接，所述发热体9通过固接在所述缸体8内壁上的绝缘支柱固定，并定位于所述缸体8的轴向中心的中部；所述两个发热体接线柱12位于缸体8外的端头，通过导线分别与所述直流电源1的负极和所述固态继电器2的输出端连接。

所述发热体9材质为或铝或电解铜，所述发热体9的形状为直径为1.5cm、厚度为6cm的圆柱体。

在所述的缸体8的侧壁位于进气孔下方设置一个锗玻璃观察窗16，所述锗玻璃观察窗16通过O型密封圈7和螺栓进行密封，所述锗玻璃厚度设置为2.5cm。

在所述缸体8的上端开口处，固接一直径为50cm、厚度为0.8cm的不锈钢材质的法兰，所述法兰通过O型密封圈7和螺栓与直径50cm、厚度为1.2cm的不锈钢材质的封口6连接，在所述的缸体8的底端沿圆柱面的外侧均匀地固接3个长度为8cm的支撑脚15，支撑和保护缸体8、方便操作和监测。

结合图1、图2所示，所述固态继电器2输出端的负极通过导线与所述过热性故障模拟元件3的发热体接线柱12的正极连接，所述的直流电源1的输出端的负极通过导线与所述过热性故障模拟元件3的发热体接线柱12的负极连接。所述PID温度控制仪4的输入端通过导线分别与两个温度传感器接线柱11位于所述缸体8外的端头连接，所述的PID温度控制仪4的控制信号输出端通过导线与所述的固态继电器2的控制端连接。

结合图2、图3所示，所述缸体8的材料为不锈钢，所述的缸体8的形状为内径为55cm、厚度为1.0cm、高度为70cm的底端封闭的圆柱形，在所述缸体8的一侧壁的下部设置一孔径为0.6cm的抽气孔，所述真空泵14通过所述真空泵球阀13和特氟龙导气管与缸体8的抽气孔连通，在所述缸体8的另一侧壁的上部设置一孔径为1.5cm的进气孔。所述进气球阀17的一端通过特氟龙导气管与缸体8的进气孔连通，所述进气球阀17的另一端通过塑料导管与SF₆气瓶连通。

如图3所示，在所述缸体8的抽气孔和进气孔之间的侧壁上，设置一孔径为1.5cm的通孔作为真空压力表孔，在真空压力表孔上设置真空压力表22，真空压力表22通过真空压力表球阀21与真空压力表孔连通。

实施例2：如图1所示，一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，包括直流电源1、固态继电器2、过热性故障模拟元件3、PID温度控制仪4及红外测温仪5，所述的直流电源1的输入端通过导线与220V/50Hz的市电连接。过热性故障模拟元件3内包括发热体9及设置在发热体9上的发热体温度传感器10。所述红外测温仪5外设置4道锗玻璃观察窗16。所述直流电源1的输出端的电压为12V，最大电流为10A，所述直流电源1的输出端的正极通过导线与所述固态继电器2输出端的正极连接。

如图2所示，所述过热性故障模拟元件3由缸体8、发热体9、发热体温度传感器10、温度传感器接线柱11、发热体接线柱12、真空泵14、真空泵球阀13、进气球阀17、真空压力表22、屏蔽罩18及盆式绝缘子20构成。在所述缸体8的底端的中心处设置两个孔径为0.5～0.7cm的圆形通孔，并通过环氧树脂将两个发热体接线柱12分别固定在这两个通孔内，所述两个发热体接线柱12贯穿缸体8的底部，一端位于缸体8内，另一端凸出缸体8的底部。在所述缸体8的侧壁抽气孔的上方设置两个孔径为0.6cm的圆形通孔，并分别通过环氧树脂将两个温度传感器接线柱11分别固定在这两个通孔内，所述两个温度传感器接线柱11贯穿缸体8的侧壁，一端位于缸体8内，另一端凸出缸体8的侧壁。所述发热体9一侧表面的中部设置发热体温度传感器10，所述发热体温度传感器10的两端通过绝缘铜导线分别与两个温度传感器接线柱11位于所述缸体8内的端头连接。

所述两个发热体接线柱12位于所述缸体8内的端头，分别通过硬质铜线分别与所述发热体9的两极连接，所述发热体9通过固接在所述缸体8内壁上的绝缘支柱固定，并定位于所述缸体8的轴向中心的中部；所述两个发热体接线柱12位于缸体8外的端头，通过导线分别与所述直流电源1的负极和所述固态继电器2的输出端连接。

所述发热体9材质为或铝或电解铜，所述发热体9的形状为直径为3cm、厚度为8cm的圆柱体。

在所述的缸体8的侧壁位于进气孔下方设置一个锗玻璃观察窗16，所述锗玻璃观察窗16通过O型密封圈7和螺栓进行密封，所述锗玻璃厚度设置为2.5cm。

在所述缸体8的上端开口处，固接一直径为55cm、厚度为1.3cm的不锈钢材质的法兰，所述法兰通过O型密封圈7和螺栓与直径55cm、厚度为1.3cm的不锈钢材质的封口6连接，在所述的缸体8的底端沿圆柱面的外侧均匀地固接3个长度为9cm的支撑脚15，支撑和保护缸体8、方便操作和监测。

结合图1、图2所示，所述固态继电器2输出端的负极通过导线与所述过热性故障模拟元件3的发热体接线柱12的正极连接，所述的直流电源1的输出端的负极通过导线与所述过热性故障模拟元件3的发热体接线柱12的负极连接。所述PID温度控制仪4的输入端通过导线分别与两个温度传感器接线柱11位于所述缸体8外的端头连接，所述的PID温度控制仪4的控制信号输出端通过导线与所述的固态继电器2的控制端连接。

结合图2、图3所示，所述缸体8的材料为不锈钢，所述的缸体8的形状为内径为60cm、厚度为1.2cm、高度为80cm的底端封闭的圆柱形，在所述缸体8的一侧壁的下部设置一孔径为1cm的抽气孔，所述真空泵14通过所述真空泵球阀13和特氟龙导气管与缸体8的抽气孔连通，在所述缸体8的另一侧壁的上部设置一孔径为1.7cm的进气孔。所述进气球阀17的一端通过特氟龙导气管与缸体8的进气孔连通，所述进气球阀17的另一端通过塑料导管与SF₆气瓶连通。

如图3所示，在所述缸体8的抽气孔和进气孔之间的侧壁上，设置一孔径为1.7cm的通孔作为真空压力表孔，在真空压力表孔上设置真空压力表22，真空压力表22通过真空压力表球阀21与真空压力表孔连通。

实施例3：如图1所示，一种基于红外测温技术的GIS局部过热故障模拟装置，包括直流电源1、固态继电器2、过热性故障模拟元件3、PID温度控制仪4及红外测温仪5，所述的直流电源1的输入端通过导线与220V/50Hz的市电连接。过热性故障模拟元件3内包括发热体9及设置在发热体9上的发热体温度传感器10。所述红外测温仪5外设置4道锗玻璃观察窗16。所述直流电源1的输出端的电压为12V，最大电流为10A，所述直流电源1的输出端的正极通过导线与所述固态继电器2输出端的正极连接。

如图2所示，所述过热性故障模拟元件3由缸体8、发热体9、发热体温度传感器10、温度传感器接线柱11、发热体接线柱12、真空泵14、真空泵球阀13、进气球阀17、真空压力表22、屏蔽罩18及盆式绝缘子20构成。在所述缸体8的底端的中心处设置两个孔径为0.7cm的圆形通孔，并通过环氧树脂将两个发热体接线柱12分别固定在这两个通孔内，所述两个发热体接线柱12贯穿缸体8的底部，一端位于缸体8内，另一端凸出缸体8的底部。在所述缸体8的侧壁抽气孔的上方设置两个孔径为0.7cm的圆形通孔，并分别通过环氧树脂将两个温度传感器接线柱11分别固定在这两个通孔内，所述两个温度传感器接线柱11贯穿缸体8的侧壁，一端位于缸体8内，另一端凸出缸体8的侧壁。所述发热体9一侧表面的中部设置发热体温度传感器10，所述发热体温度传感器10的两端通过绝缘铜导线分别与两个温度传感器接线柱11位于所述缸体8内的端头连接。

所述两个发热体接线柱12位于所述缸体8内的端头，分别通过硬质铜线分别与所述发热体9的两极连接，所述发热体9通过固接在所述缸体8内壁上的绝缘支柱固定，并定位于所述缸体8的轴向中心的中部；所述两个发热体接线柱12位于缸体8外的端头，通过导线分别与所述直流电源1的负极和所述固态继电器2的输出端连接。

所述发热体9材质为或铝或电解铜，所述发热体9的形状为直径为5cm、厚度为16cm的圆柱体。

在所述的缸体8的侧壁位于进气孔下方设置一个锗玻璃观察窗16，所述锗玻璃观察窗16通过O型密封圈7和螺栓进行密封，所述锗玻璃厚度设置为2.5cm。

在所述缸体8的上端开口处，固接一直径为60cm、厚度为1.5cm的不锈钢材质的法兰，所述法兰通过O型密封圈7和螺栓与直径60cm、厚度为1.5cm的不锈钢材质的封口6连接，在所述的缸体8的底端沿圆柱面的外侧均匀地固接4个长度为10cm的支撑脚15，支撑和保护缸体8、方便操作和监测。

结合图1、图2所示，所述固态继电器2输出端的负极通过导线与所述过热性故障模拟元件3的发热体接线柱12的正极连接，所述的直流电源1的输出端的负极通过导线与所述过热性故障模拟元件3的发热体接线柱12的负极连接。所述PID温度控制仪4的输入端通过导线分别与两个温度传感器接线柱11位于所述缸体8外的端头连接，所述的PID温度控制仪4的控制信号输出端通过导线与所述的固态继电器2的控制端连接。

结合图2、图3所示，所述缸体8的材料为不锈钢，所述的缸体8的形状为内径为65cm、厚度为1.5cm、高度为85cm的底端封闭的圆柱形，在所述缸体8的一侧壁的下部设置一孔径为1.2cm的抽气孔，所述真空泵14通过所述真空泵球阀13和特氟龙导气管与缸体8的抽气孔连通，在所述缸体8的另一侧壁的上部设置一孔径为2cm的进气孔。所述进气球阀17的一端通过特氟龙导气管与缸体8的进气孔连通，所述进气球阀17的另一端通过塑料导管与SF₆气瓶连通。

如图3所示，在所述缸体8的抽气孔和进气孔之间的侧壁上，设置一孔径为2cm的通孔作为真空压力表孔，在真空压力表孔上设置真空压力表22，真空压力表22通过真空压力表球阀21与真空压力表孔连通。

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。