基于微水、温度、环流的双导电杆GIS装置及控制方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于微水、温度、环流的双导电杆GIS装置及控制方法。

背景技术

随着高压及特高压直流输电技术发展，投入运行的直流工程日益增多，GIS—气体绝缘金属封闭开关设备，其在电力系统中具有重要的作用，它提供了高可靠性、安全性、紧凑的设计、节省空间、减少维护和运营成本以及环境友好等优势，这使得它成为现代电力系统中不可或缺的关键设备。

当所处地区潮湿，GIS壳体内部微水含量达到300ppm时，会对GIS设备运行产生影响，使GIS装置有短路的风险，降低设备使用寿命，甚至损坏；而GIS装置在寒冷地区，温度达到零下40℃以下，GIS装置内部的六氟化硫绝缘气体会液化，导致绝缘强度降低，可能会被击穿，进而使GIS装置损坏。当导体通过大电流时，对GIS装置的壳体会产生电磁感应，导致GIS壳体表面出现环流，电流在壳体上会产生损耗，会使GIS装置的外壳和内部零件发热，对GIS装置的运行产生干扰，导致实验数据不准确，甚至壳体环流所产生的高温会造成GIS装置故障。

为此，针对上述的技术问题，需要提供一种基于微水、温度、环流的双导电杆GIS装置及控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微水、温度、环流的双导电杆GIS装置及控制方法，以解决现有技术中由于GIS内部导体与外壳之间距离很小，当导体通过大电流时，对外壳会产生电磁感应，导致GIS壳体表面出现环流，进而使设备的外壳和内部零件发热，对设备运行产生干扰，导致实验数据不准确，甚至环流所产生的高温会损坏设备脆弱的部分，造成设备故障的技术问题。

本发明提供了一种基于微水、温度、环流的双导电杆GIS装置，包括壳体内部装置、检测装置组件、控制装置和驱动电路，其中，壳体内部装置包括：壳体；触头支撑，设置于壳体内部的一端，并与壳体内壁相连接；触头组件，设置于触头支撑的两侧，并与触头支撑相连接；电弧触头组件，设置于触头组件的内侧，并与触头组件相连接；中间触头，设置于触头组件的端部，并与触头组件相连接；固定组件，设置于中间触头的内侧，并与中间触头相连接；第一导电杆，设置于中间触头的内部，并与固定组件相连接；第二导电杆，设置于固定组件的内部，并与固定组件相连接；屏蔽层，设置于第一导电杆与第二导电杆之间，并与第一导电杆、固定组件、第二导电杆均相连接。

可选地，主静触头，设置于触头支撑的两侧，并与触头支撑相连接；主动触头，设置于主静触头的内侧，并与主静触头相连接。

可选地，静电弧触头，设置于触头组件的内侧，并与静触头支撑相连接；绝缘喷口，开设于触头组件的靠近静电弧触头的端部；动电弧触头，设置于绝缘喷口的内部，并与动电弧触头的一端与绝缘喷口的内壁相连接，动电弧触头的另一端与主动触头相连接。

可选地，固定活塞，设置于中间触头的内侧，并与中间触头相连接；绝缘垫块，设置于固定活塞的内部，并与固定活塞相连接。

可选地，检测装置组件，设置于壳体的内部，并与壳体的内壁相连接，进而检测壳体内的微水含量、温度和壳体环流数据。

可选地，控制装置，与检测装置组件相连接，进而使检测装置组件检测的微水含量、温度和壳体环流数据传输至控制装置。

可选地，驱动电路，与控制装置、壳体内部装置相连接，进而使控制装置控制驱动电路对壳体内部装置的微水含量、温度和壳体环流进行调节。

本发明还提供了一种应用于基于微水、温度、环流的双导电杆GIS装置的控制方法，该方法包括微水含量调节步骤、温度调节步骤和壳体环流调节步骤，其中，微水含量调节步骤包括：检测装置组件检测壳体内部湿度，当壳体内部存在微水时，检测装置组件将微水含量信号输入到控制装置，控制装置控制驱动电路导通，进而对壳体内部装置的微水含量进行调节，具体地：当微水含量处于正常范围的情况下，驱动电路为关断状态；当检测到壳体内存在微水的情况下，检测装置组件将微水含量信号通过传送给控制装置，当检测到微水含量超过预设上限值的情况下，控制装置控制驱动电路导通，进而使第二导电杆加热；当检测到微水含量低于预设下限值的情况下，控制装置控制驱动电路导通断开，进而实现壳体内部装置的微水含量处于正常值范围内。

可选地，该方法的温度调节步骤包括：检测装置组件检测壳体内部湿度，当壳体内部温度低于预设值时，检测装置组件将温度信号输入到控制装置，控制装置控制驱动电路导通，进而对壳体内部装置的温度进行调节，具体地：当温度处于正常范围的情况下，驱动电路为关断状态；当检测装置组件检测到温度低于温度预设值的情况下，检测装置组件将温度信号传送给控制装置，控制装置控制驱动电路导通，进而使第二导电杆持续加热；当检测到温度处于正常范围的情况下，控制装置控制驱动电路导通断开，进而实现壳体内部装置的温度处于正常值范围内，进而防止六氟化硫液化。

可选地，该方法的壳体环流调节步骤包括：检测装置组件检测壳体内部出现壳体环流，检测装置组件将壳体环流信号输入到控制装置，控制装置控制驱动电路导通，进而对壳体内部装置的壳体环流调节，具体地：当壳体环流处于正常范围的情况下，驱动电路为关断状态；当检测到壳体内存在壳体环流的情况下，检测装置组件将壳体环流信号传送给控制装置，当检测到壳体环流超过预设上限值的情况下，控制装置控制驱动电路导通，进而使第二导电杆通反向电流，进而将壳体环流抵消；当检测到壳体环流为零的情况下，控制装置控制驱动电路导通断开，进而实现壳体内部装置不存在壳体环流。

本发明通过在壳体内部装置中设置第一导电杆和第二导电杆，并且在第一导电杆与第二导电杆之间设置了屏蔽层，进而能够防止第一导电杆与第二导电杆同时运行相互影响；第一导电杆由电网供电运行，第二导电杆由绝缘垫块固定在壳体内部，并与第一导电杆并行排放且第二导电杆由三个对应的独立电源供电，当第一导电杆运行时，若检测到腔体内部出现微水含量达到300ppm、温度低于零下40℃、壳体出现环流，在第一导电杆不停电的情况下第二导电杆能够及时解决上述技术问题。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1为本发明的壳体内部装置的结构示意图；

图2为本发明的控制方法的电路连接示意图；

图3为本发明的微水调节步骤的电路连接示意图；

图4为本发明的温度调节步骤的电路连接示意图；

图5为本发明的壳体环流调节步骤的电路连接示意图。

附图标号说明：1、静触头支撑；1、静电弧触头；3、绝缘喷口；4、主静触头；5、动电弧触头；6、主动触头；7、中间触头；8、屏蔽层；9、固定活塞；10、绝缘垫块；11、第一导电杆；12、第二导电杆；13、壳体；14、微水控制第一IGBT开关元件；15、微水控制第二IGBT开关元件；16、微水控制第三IGBT开关元件；17、温度控制第一IGBT开关元件；18、温度控制第二IGBT开关元件；19、温度控制第三IGBT开关元件；20、壳体环流控制第一IGBT开关元件；21、壳体环流控制第二IGBT开关元件；22、壳体环流控制第三IGBT开关元件；23、微水可控直流电压源；24、温度可控直流电压源；25、壳体环流可控直流电压源；26、微水检测单元；27、微水蒸发控制单元；28、温度检测单元；29、温升控制单元；30、壳体环流检测单元；31、消除环流控制单元。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实施例提供了一种基于微水、温度、环流的双导电杆GIS装置，如图1所示，包括壳体内部装置、检测装置组件、控制装置和驱动电路，其中，壳体内部装置包括：壳体；触头支撑，设置于壳体内部的一端，并与壳体内壁相连接；触头组件，设置于触头支撑的两侧，并与触头支撑相连接；电弧触头组件，设置于触头组件的内侧，并与触头组件相连接；中间触头7，设置于触头组件的端部，并与触头组件相连接；固定组件，设置于中间触头7的内侧，并与中间触头7相连接；第一导电杆11，设置于中间触头7的内部，并与固定组件相连接；第二导电杆12，设置于固定组件的内部，并与固定组件相连接；屏蔽层8，设置于第一导电杆11与第二导电杆12之间，并与第一导电杆11、固定组件、第二导电杆12均相连接。

本实施例通过在壳体内部装置中设置第一导电杆11和第二导电杆12，并且在第一导电杆11与第二导电杆12之间设置了屏蔽层8，进而能够防止第一导电杆11与第二导电杆12同时运行相互影响；第一导电杆11由电网供电运行，第二导电杆12由绝缘垫块10固定在壳体内部，并与第一导电杆11并行排放且第二导电杆12由三个对应的独立电源供电，这使当第一导电杆11运行时，若检测到壳体内部出现微水含量达到300ppm、温度低于零下40℃、壳体出现环流，在第一导电杆11不停电的情况下第二导电杆12能够及时解决上述三个技术问题。

示例性地，本实施例中基于微水、温度、环流的双导电杆GIS装置还包括：传感器、下位机、通讯单元和上位机。其中，湿度传感器采用型号为SHT31-DIS-P湿度传感器；温度传感器采用型号为SITRANS TS500温度传感器；电流传感器采用型号为CHB-20LSP2霍尔电流传感器；下位机包括信号处理模块和数模转换模块。其中，数字信号处理模块采用最高工作频率为150MHz的TMS320C28335芯片；数模转换模块采用6通道同时采样的16位ADS8364数模转换芯片，ADS8364的工作电压为+5V，最大时钟频率为5MHz；通讯单元采用RS485串行通讯总线；上位机采用VC++程序开发环境和MS SQL Server关系型数据库，并且SHT31-DIS-P湿度传感器安装GIS装置壳体内部，用来检测壳体13内部的微水含量；SITRANS TS500温度传感器安装GIS装置壳体13内部，用来检测GIS装置内部温度；CHB-20LSP2霍尔电流传感器安装在GIS装置壳体表面，用来检测GIS壳体13表面环流；三个传感器信号输出端经过信号处理电路后，分别与ADS8364芯片连接，ADS8364芯片输出端连接到DSP28335芯片的输入端，DSP28335芯片通过RS485串行通讯总线与计算机相连。

示例性地，检测装置组件包括三个检测装置分别与对应的控制装置和驱动电路电连接，进而构成三个电路，分别为微水控制电路、温度控制电路和壳体环流控制电路，三个电路之间以并联的方式连接，这样设置，当检测到壳体内部出现上述微水含量达到300ppm、温度低于零下40℃、壳体出现环流的技术问题时，第二导电杆12能够同时处理上述三个问题，使处理故障的效率更高。

在一种可能的实施例中，如图1所示，主静触头4，设置于触头支撑的两侧，并与触头支撑相连接；主动触头6，设置于主静触头4的内侧，并与主静触头4相连接。

示例性地，本实施例的GIS装置内部设置了主静触头4和主动触头6，使主动触头6和主静触头4之间的连接与分离更加容易，通过控制主动触头6的运动即可实现主动触头6与主静触头4的接触与分离，进而实现GIS装置的断开和接通操作。

在一种可能的实施例中，如图1所示，静电弧触头2，设置于触头组件的内侧，并与静触头支撑1相连接；；绝缘喷口3，开设于触头组件的靠近静电弧触头2的端部；动电弧触头5，设置于绝缘喷口3的内部，并与动电弧触头5的一端与绝缘喷口3的内壁相连接，动电弧触头5的另一端与主动触头6相连接。

示例性地，本实施例通过设置静电弧触头2和动电弧触头5的组合，使得本实施例中的GIS装置能够控制电弧的形成、延长或灭除，绝缘喷口3能够喷射高速气流以扑灭电弧和冷却电弧，保护GIS装置内部的电弧触头、动电弧触头5以及其他内部组件，进而共同确保GIS装置能够可靠的工作。

在一种可能的实施例中，如图1所示，固定活塞9，设置于中间触头7的内侧，并与中间触头7相连接；绝缘垫块10，设置于固定活塞9的内部，并与固定活塞9相连接。

示例性地，本实施例通过设置固定活塞9，提高了GIS装置的密封性能；并且通过设置绝缘垫块10，能够将第二导电杆12固定在壳体13内部；且固定活塞9与绝缘垫块10能够固定屏蔽层8于第一导电杆11和第二导电杆12之间，防止第一导电杆11和第二导电杆12相互影响。

在一种可能的实施例中，如图1所示，检测装置组件，设置于壳体的内部，并与壳体的内壁相连接，进而检测壳体13内的微水含量、温度和壳体环流数据。

示例性地，本实施例通过在壳体内部设置检测装置组件，能够更清楚、更准确的检测壳体13内部微水含量、温度和壳体环流的情况，进而能够更及时地解决这些问题，具体的检测方式属于现有技术，此处不再赘述。

在一种可能的实施例中，如图1所示，控制装置，与检测装置组件相连接，进而使检测装置组件检测的微水含量、温度和壳体环流数据传输至控制装置。

示例性地，本实施例通过设置控制装置直接与检测装置组件相连接，使得当检测装置检测到壳体13内部微水含量达到300ppm、温度低于零下40℃、壳体出现环流的情况下，控制装置能够通过控制驱动电路和壳体内部装置及时处理上述三个故障问题。

在一种可能的实施例中，如图1所示，驱动电路，与控制装置、壳体内部装置相连接，进而使控制装置控制驱动电路对壳体内部装置的微水含量、温度和壳体环流进行调节。

示例性地，本实施例通过设置驱动电路、与控制装置、壳体内部装置相连接，使得当出现壳体13内部微水含量达到300ppm、温度低于零下40℃、壳体13出现环流时，由控制装置控制的驱动电路能够迅速驱动壳体内部装置采取相应的措施，以及时解决所出现的问题。

本实施例中还提供了一种应用于基于微水、温度、环流的双导电杆GIS装置的控制方法，如图2和图3所示，该方法包括微水含量调节步骤、温度调节步骤和壳体环流调节步骤，其中，微水含量调节步骤包括：检测装置组件检测壳体13内部湿度，当壳体13内部存在微水时，检测装置组件将微水含量信号输入到控制装置，控制装置控制驱动电路导通，进而对壳体内部装置的微水含量进行调节，具体地：当微水含量处于正常范围的情况下，驱动电路为关断状态；当检测到壳体内存在微水的情况下，检测装置组件将微水含量信号通过传送给控制装置，当检测到微水含量超过预设上限值的情况下，控制装置控制驱动电路导通，进而使第二导电杆12加热；当检测到微水含量低于预设下限值的情况下，控制装置控制驱动电路导通断开，进而实现壳体内部装置的微水含量处于正常值范围内。

示例性地，如图3所示，微水检测单元26检测壳体13内部湿度，微水检测单元26在本实施例中为SHT31-DIS-P湿度传感器，对壳体13内部湿度进行检测，当壳体13内部存在微水时，传感器将信号输入到计算机。正常时所有IGBT开关元件均为关断状态，当检测到壳体13内存在微水时，传感器将湿度数值通过通讯单元传送给计算机，当检测到微水含量达到300ppm时，微水蒸发控制单元27控制微水控制第一IGBT开关元件14、微水控制第二IGBT开关元件15、微水控制第三IGBT开关元件16导通，微水可控直流电压源23供电并使第二导电杆12加热；当检测到微水含量低于5ppm后马上断开微水控制第一IGBT开关元件14、微水控制第二IGBT开关元件15、微水控制第三IGBT开关元件16，微水消除。

在一种可能的实施例中，如图2和图4所示，该方法的温度调节步骤包括：检测装置组件检测壳体13内部湿度，当壳体内部温度低于预设值时，检测装置组件将温度信号输入到控制装置，控制装置控制驱动电路导通，进而对壳体内部装置的温度进行调节，具体地：当温度处于正常范围的情况下，驱动电路为关断状态；当检测装置组件检测到温度低于温度预设值的情况下，检测装置组件将温度信号传送给控制装置，控制装置控制驱动电路导通，进而使第二导电杆12持续加热；当检测到温度处于正常范围的情况下，控制装置控制驱动电路导通断开，进而实现壳体内部装置的温度处于正常值范围内，进而防止六氟化硫液化。

示例性地，如图4所示，温度检测单元28检测壳体13内部温度，温度检测单元28在本实施例中为SITRANS TS500温度传感器，对壳体13内部温度进行检测，当检测到壳体13内部温度低于0℃时，传感器将信号输入到计算机。正常时所有IGBT开关元件为关断状态，当检测到壳体13内温度低于0℃时，传感器将温度数值通过通讯单元传送给计算机，当温度低于-40℃时，温升控制单元29控制温度控制第一IGBT开关元件17、温度控制第二IGBT开关元件18、温度控制第三IGBT开关元件19导通，此时温度可控直流电压源24供电并使第二导电杆12加热；当检测到壳体13内部温度升高到0℃后马上断开温度控制第一IGBT开关元件17、温度控制第二IGBT开关元件18、温度控制第三IGBT开关元件19；由此可防止六氟化硫出现液化现象。

在一种可能的实施例中，如图2和图5所示，该方法的壳体环流调节步骤包括：检测装置组件检测壳体13内部出现壳体环流，检测装置组件将壳体环流信号输入到控制装置，控制装置控制驱动电路导通，进而对壳体内部装置的壳体环流调节，具体地：当壳体环流处于正常范围的情况下，驱动电路为关断状态；当检测到壳体13内存在壳体环流的情况下，检测装置组件将壳体环流信号传送给控制装置，当检测到壳体环流超过预设上限值的情况下，控制装置控制驱动电路导通，进而使第二导电杆12通反向电流，进而将壳体环流抵消；当检测到壳体环流为零的情况下，控制装置控制驱动电路导通断开，进而实现壳体内部装置不存在壳体环流。

示例性地，如图5所示，壳体环流检测单元30检测壳体13表面电流信号，壳体环流检测单元30在本实施例中为CHB-20LSP2霍尔电流传感器，对壳体13表面电流信号进行检测，当检测单元检测到GIS壳体13上存在电流时，传感器将电流的幅值与方向输入到计算机。正常时所有IGBT开关元件为关断状态，当检测到壳体13表面出现电流时，将电流数值通过通讯单元传送给计算机，消除环流控制单元31控制壳体环流控制第一IGBT开关元件20、壳体环流控制第二IGBT开关元件21、壳体环流控制第三IGBT开关元件22导通，此时壳体环流可控直流电压源25供电，通过在第二导电杆12上加反向电流将壳体13表面的环流抵消掉；当检测到壳体13表面电流为0时，立即将壳体环流控制第一IGBT开关元件20、壳体环流控制第二IGBT开关元件21、壳体环流控制第三IGBT开关元件22断开，由此可消除壳体表面环流的影响。

示例性地，当检测装置检测到设备运行没有任何故障问题，GIS装置壳体内部的第二导电杆12的微水可控直流电压源23、温度可控直流电压源24、壳体环流可控直流电压源25均不供电，所有IGBT开关元件均不导通，第一导电杆11由电网供电，保证GIS装置的正常工作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。