一种GIS故障模拟及维护技能培训平台的制作方法

一种gis故障模拟及维护技能培训平台
技术领域
1.本发明涉及电气设备技术领域，具体涉及到gis设备基于金属封装和气体绝缘两大基本特性研发的故障模拟和维护培训平台的设计和应用研究。


背景技术：

2.气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear，简称gis)由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的sf6绝缘气体，故也称sf6全封闭组合电器。
3.gis常见的故障有sf6气体泄漏(密封不良)、sf6气体成分异常、内部放电、内部元件故障等。由于gis设备均封闭在金属外壳内部，并以sf6气体作为绝缘介质，在内部存在故障时难以直接通过视觉感官获取故障信息，因此一般通过sf6气体诊断、局部放电诊断、红外诊断等技术手段进行gis状态检测，以确定内部故障信息。由于缺少最直观的视觉感受，gis的故障诊断和分析以及处理往往较为抽象，并且gis设备的故障案例也不够丰富，因此运维人员容易缺少识别故障、开展故障处理的经验，导致在实际gis故障后的诊断、分析和处理中较为被动。
4.现有的gis故障模拟试验装置主要针对内部发热或局部放电等单一问题进行模拟，例如中国专利(cn201710278829.1)公开了gis设备内部接头过热故障模拟试验装置及方法，用于解决现有技术中需在停电的情况下，对gis设备内部是否发生接头过热故障进行评估，导致电力系统中使用该gis设备的部分也无法运行，降低了电力系统的运行效率，不利于电力系统的经济运行的技术问题。
5.在现有技术中，模拟的种类一般比较单一，且不具备对于gis气体泄漏和gis绝缘子等故障类型的模拟，也不能将多种故障类型组合在同一模拟设备中，同时进行单一或组合故障类型的模拟。


技术实现要素：

6.本发明的目的提供一种gis故障模拟及维护技能培训平台，用以上述至少一个技术问题。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
8.本发明提供一种gis故障模拟及维护技能培训平台，所述平台设有高度可调的钢结构支撑组件，所述钢结构支撑组件上集成有四通模拟罐；所述四通模拟罐内集成有gis局部放电模型、gis气体泄漏模型、gis内部导体发热模型、gis气体异常模型、gis绝缘子故障模型中的一或多者，各模型通过单独或组合使用来实现gis故障模拟。
9.gis故障模拟及维护技能培训平台是基于金属封装、气体绝缘的gis基本特性，采用常见gis设备外壳使用的材料铝合金进行铸造的。
10.平台设计了钢结构支撑平台、高度调节单元、充气接口、压力指示器、压力释放阀等必要附件。钢结构支撑平台可使罐体能平稳支撑，满足在罐体内部加上电抗器线圈、充气
以及运输时应力变化等多种情况下的机械支撑强度。高度调节单元设置在钢结构支撑平台上，用于调节设备高度，满足使用时的对接需求，使设备中心对接后支撑平台能有力支撑。充气接口是对设备充排气的连接单元，按通用尺寸进行设计，带自封功能。压力指示器可现实罐体内部的sf6气体压力，方便使用人员知晓设备内部其他压力状态。压力释放阀是罐体内部发生高能放电时的气体压力释放通道，在极端条件下保护工作人员和设备的安全。所述平台上设有高度可调的钢结构支撑组件，所述钢结构支撑组件上集成有四通模拟罐。
11.平台的罐体分为两部分：电抗器模拟罐和四通模拟罐，在罐体内各气室间采用500kv电压等级的盆式绝缘子进行气室封闭和连接。电抗器模拟罐预留较大空间，兼顾在内部加装电抗器绕组形成交流耐压试验设备、加装试验模型开展试验研究等功能。四通罐作为过渡的对接单元使用，在罐体内部连接导体和盆式绝缘子，实现电抗器模拟罐内的模型或设备与加压设备、其他待试设备的连接和转向。
12.四通模拟罐内可集成gis局部放电模型、gis气体泄漏模型、gis内部导体发热模型、gis气体异常模型、gis绝缘子故障模型，各模型通过单独或组合使用来实现gis故障模拟，便于检修维护人员直观识别以上故障在各种故障测试手段中呈现出的故障形态。另外，在四通模拟罐的设计中还兼顾匹配了现有抽水蓄能电站的gis接口尺寸，可实现与不同型号的现有抽水蓄能电站gis进行对接，用于各厂gis设备交流耐压试验时与试验设备组装，实现该培训平台适宜多样化的使用场景。四通罐的尺寸按实际需要的开展维护工作的gis设备的法兰接口尺寸进行设计，既满足在实验室开展多型号盆式绝缘子的检修技能联系，也可在设备大修、故障处理时作为对接单元使用，提升设备的利用率。
13.对于gis局部放电故障的模拟，平台构建了4套局部放电故障模型，分别是尖端放电故障模型、悬浮放电故障模型、颗粒放电故障模型和气隙放电故障模型。可以借助gis罐式交流耐压试验设备进行升压，从而模拟gis局部放电的典型故障。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.便于检修维护人员直观识别以上故障在各种故障测试手段中呈现出的故障形态，开展以上绝缘故障识别、故障机理研究。
16.在四通罐体上配置一个或多个故障模型，结合电抗器、串联谐振设备、局部放电测试设备等开展故障的研究，可加强运维人员对各类故障的识别、判定和分析能力，有效提升运维人员技术技能水平。
附图说明
17.图1为本发明gis故障模拟及维护技能培训平台四通模拟罐与电抗器模拟罐结构图；
18.图2为本发明gis故障模拟尖端放电模型示意图；
19.图3为本发明gis故障模拟悬浮放电模型示意图；
20.图4为本发明gis故障模拟气隙放电模型示意图
21.图5为本发明gis故障模拟颗粒放电模型示意图；
22.图6为本发明gis故障模拟gis导体发热模型示意图；
具体实施方式
23.下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1，本发明提供一种gis故障模拟平台及gis维护技能培训平台，平台的罐体分为两部分：电抗器模拟罐和四通模拟罐。四通罐为电抗器模拟罐的延伸对接单元，连接导体和盆式绝缘子，实现电抗器模拟罐内的模型或设备与加压设备、其他待试设备的连接和转向。四通模拟罐的接口尺寸可按现有抽水蓄能电站接口尺寸，如广蓄b厂500kv gis、惠蓄500kv gis和清蓄gis设备的法兰接口尺寸进行设计，既满足在实验室开展多型号盆式绝缘子的检修技能联系，也可在这些厂设备大修、故障处理时作为对接单元使用，提升设备的利用率。电抗器模拟罐预留较大空间，兼顾在内部加装电抗器绕组形成交流耐压试验设备、加装试验模型开展试验研究等功能。
25.罐体外壳采用材料铝合金进行铸造，罐体内部采用500kv电压等级的盆式绝缘子进行气室密封和连接；除了罐体外，平台还设计了钢结构支撑平台、高度调节单元、充气接口、压力指示器、压力释放阀等必要附件。罐体下方有支撑罐体的钢结构支撑平台，可使罐体能平稳支撑，满足在罐体内部加上电抗器线圈、充气以及运输时应力变化等多种情况下的机械支撑强度。在钢结构支撑平台上附有高度调节单元，调节钢结构支撑平台的高度，满足使用时的对接需求，使设备中心对接后支撑平台能有力支撑。设置压力释放阀作为罐体内部发生高能放电时的气体压力释放通道，在极端条件下保护工作人员和设备的安全。
26.在该平台上设计的4套局部放电故障模型内置在四通模拟罐中，分别是尖端放电故障模型、悬浮放电故障模型、颗粒放电故障模型和气隙放电故障模型，4套局部放电模型的主要结构如图2、图3、图4和图5所示。对上述四种放电模型进行抽真空并充入绝缘气体后，在电抗器模拟罐进行升压试验，用特高频局部放电检测仪在盆式绝缘子处检测罐体的局部放电信号或用超声波局部放电检测仪在金属管体表面检测局部放电信号，从而得到放电图谱。
27.四种放电模型的具体构建方式为：
28.根据图2所示，本发明中的尖端放电故障模型是在两个金属平板之间安装一环氧树脂透明绝缘圆柱筒，并在两个极板靠近绝缘筒侧设置一尖端电极和一平板电极。电极之间保持一合适的距离，该距离可以根据局部放电起晕电压进行设置，电压越高，尖端电极与平板电极之间的距离就越长。在绝缘圆柱筒上开2～3个小孔方便在充排气时sf6气体可以顺利进入而不产生压差。尖端一侧的极板可靠连接到四通模拟罐的导体侧，平板电极连接到四通模拟罐的外壳侧，并使用金属螺栓进行可靠连接。如此就产生了一个尖端放电模型，并得到其放电图谱。
29.根据图3所示，本发明中的悬浮放电故障模型是在两个金属平板之间安装一环氧树脂透明绝缘圆柱筒，并在两个极板靠近绝缘筒侧设置两个电极柱，在电极柱之间增加一悬浮电极。悬浮电极采用环氧树脂进行浇筑，浇筑时在中间位置设置一个金属柱，经过打磨使两端的绝缘距离能激发出放电信号即可。悬浮电极的起晕电压越高，则需要的环氧材料就越厚。在绝缘圆柱筒上开2～3个小孔方便在充排气时sf6气体可以顺利进入而不产生压
差。尖端一侧的极板可靠连接到四通模拟罐的导体侧，平板电极连接到四通模拟罐的外壳侧，并使用金属螺栓进行可靠连接。如此就产生了一个悬浮放电模型，并得到其放电图谱。
30.根据图4所示，本发明中的气隙放电故障模型是在两个金属平板之间安装一环氧树脂透明绝缘圆柱筒，并在两个极板靠近绝缘筒侧设置两个电极柱，在电极柱之间增加一扁平气隙电极。气隙电极采用环氧树脂进行浇筑，浇筑时在中间位置设置一个空气气泡，经过打磨使两端的绝缘距离能激发出放电信号即可。气隙电极的起晕电压越高，则需要的环氧材料就越厚。在绝缘圆柱筒上开2～3个小孔方便在充排气时sf6气体可以顺利进入而不产生压差。尖端一侧的极板可靠连接到四通模拟罐的导体侧，平板电极连接到四通模拟罐的外壳侧，并使用金属螺栓进行可靠连接。如此就产生了一个气隙放电模型，并得到其放电图谱。
31.根据图5所示，本发明中的颗粒放电故障模型是在两个金属平板之间安装一环氧树脂透明绝缘圆柱筒，并在两个极板靠近绝缘筒侧设置两个平板电极，并在两个平板电极中间防止少量金属颗粒。电极之间保持一合适的距离，该距离可以根据局部放电起晕电压进行设置，电压越高，两个平板电极之间的距离就越长。在绝缘圆柱筒上开2～3个小孔方便在充排气时sf6气体可以顺利进入而不产生压差。尖端一侧的极板可靠连接到四通模拟罐的导体侧，平板电极连接到四通模拟罐的外壳侧，并使用金属螺栓进行可靠连接。如此就产生了一个气隙放电模型，并得到其放电图谱。
32.根据图6所示，本发明中的gis导体发热模拟模型是在gis导体发热模拟模型是在四通罐体内的任一导体杆中间安装一个加热器，从而模拟gis导体发热时gis外壳与导体之间的温差梯度，便于运维人员建立gis发热故障诊断分析的概念，提高温差梯度的认识，并对gis发热红外诊断技能培训提供有力支撑。在该模型中，加热器的引线通过第一和第二的盆式绝缘子中心导体引出，形成加热通电回路，表面测温电阻则通过第三盆式绝缘子中心和导体外壳引出，形成测温回路。
33.本发明中的gis气体泄漏模拟模型的设置是将一法兰的密封圈分别割裂1/6、1/5、1/4、1/3，再按正常的工艺流程进行盆式绝缘子安装、抽真空和充入sf6气体。待气体压力稳定后，采用局部包扎法进行包扎检漏，检测sf6气体的泄漏率。在罐体表面设置有充气接口对设备进行充排气，按通用尺寸进行设计，带自封功能。设置压力指示器显示罐体内部sf6气体的压力，方便使用人员知晓设备内部其他压力状态。
34.本发明中的gis气体成分异常模拟模型是在该平台上配置一含有不同sf6气体、水分、co、so2等成分气体的样气瓶，在进行研究时，将样气通过罐体表面的充气接口充入平台内部，安排运维人员对罐体内的气体开展成分测试，并对成分测试结果进行分析、判定故障类型等。
35.在本发明中的gis绝缘子故障模拟模型是在四通罐体上配置一个或多个故障盆式绝缘子，这些盆式绝缘子分别存在脏污、裂纹、内部气泡故障。将该盆式绝缘子安装在平台上后，结合电抗器、串联谐振设备、局部放电测试设备等开展盆式绝缘子故障的研究。
36.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种gis故障模拟及维护技能培训平台，其特征在于，所述平台上设有高度可调的钢结构支撑组件，所述钢结构支撑组件上集成有四通模拟罐；所述四通模拟罐内集成有gis局部放电模型、gis气体泄漏模型、gis内部导体发热模型、gis气体异常模型、gis绝缘子故障模型中的一或多者，各模型通过单独或组合使用来实现gis故障模拟。2.根据权利要求1所述的gis故障模拟及维护技能培训平台，其特征在于，所述钢结构支撑组件上还集成有电抗器模拟罐，所述电抗器模拟罐配置有四通模拟罐作为连接单元用于适配现有抽水蓄能电站的gis设备的法兰接口，以实现电抗器模拟罐与其他待试设备之间的连接和转向。3.根据权利要求1所述的gis故障模拟及维护技能培训平台，其特征在于，gis内部导体发热模型的构建方式为：在四通模拟罐体内的任一导体杆中间安装一个加热器从而模拟gis导体发热时gis外壳与导体之间的温差梯度，构建gis导体发热模拟模型；并将加热器的引线通过第一和第二盆式绝缘子中心导体引出，形成加热通电回路，表面测温电阻则通过第三盆式绝缘子中心和导体外壳引出，形成测温回路。4.根据权利要求3所述的gis故障模拟及维护技能培训平台，其特征在于，gis绝缘子故障模拟模型的构建方式为：在四通罐体上配置一个或多个分别存在脏污、裂纹或内部气泡故障类型的故障盆式绝缘子，结合电抗器、串联谐振设备、局部放电测试设备模拟盆式绝缘子故障。5.根据权利要求3所述的gis故障模拟及维护技能培训平台，其特征在于，gis气体泄漏故障模拟模型的构建方式为：将一法兰的密封圈分别割裂1/6、1/5、1/4、1/3后再按正常的工艺流程进行盆式绝缘子安装、抽真空后充入sf6气体，待气体压力稳定后，采用局部包扎法进行包扎检漏，检测sf6气体的泄漏率；并且在罐体表面设置充气接口进行充排气，设置压力指示器显示罐体内部sf6气体的压力，设置压力释放阀作为罐体内部发生高能放电时的气体压力释放通道。6.根据权利要求3所述的gis故障模拟及维护技能培训平台，其特征在于，gis气体成分异常模型的构建方式为：配置含有不同sf6气体、水分、co、so2等成分气体的样气瓶，在进行研究时，通过罐体表面的充气接口将样气充入罐体内部，通过对罐内气体的成分进行分析，实现气体成分异常故障的判定和应急处理练习。7.根据权利要求3所述的gis故障模拟及维护技能培训平台，其特征在于，四通模拟罐内置用于gis局部放电故障机理、检测、故障分析的4套gis局部放电故障模型，并对局部放电的四种典型模型展开升压测试，搜集四种典型局部放电图谱；所述四套gis局部放电故障模型包括：尖端放电故障模型、悬浮放电故障模型、气隙放电故障模型、颗粒放电故障模型。8.根据权利要求7所述的gis故障模拟及维护技能培训平台，其特征在于，获取gis局部放电故障模型放电图谱的步骤，进一步包括：对四通模拟罐内的四套gis局部放电故障模型抽真空后充入sf6绝缘气体；在电抗器模拟罐侧配置谐振升压试验设备开展升压试验；用特高频局部放电检测仪在盆式绝缘子处检测罐体的局部放电信号或用超声波局部放电检测仪在金属罐体表面检测局部放电信号；获取相应局部放电模型的局部放电图谱。

技术总结
本发明公开一种基于GIS设备金属封装和气体绝缘两大基本特性研发的故障模拟和维护培训平台,涉及电气设备技术领域，解决了现有技术中对GIS设备内部故障案例不够丰富，运维人员缺少识别故障、开展处理故障经验的问题。该GIS设备可模拟GIS局部放电、GIS气体泄漏、GIS内部导体发热、GIS气体异常、GIS绝缘子故障等单一或组合故障类型，应用于模拟GIS故障及培训GIS维护技能。训GIS维护技能。训GIS维护技能。


技术研发人员：孔吉宏 吕毅松 聂靓靓 蒋军 黄明浩 齐鹏超 李观保 雒文琦 李耀甫 钟保文 胖永新 罗茜
受保护的技术使用者：南方电网储能股份有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/10/7