專利名稱：單臺電容器防爆壓力光電保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電容器制造技術(shù)領(lǐng)域，是一種電力電容器保護(hù)裝置，適用于電力系統(tǒng)電容器成套無功補償裝置。
保護(hù)單臺電容器外殼防爆的主要方式是每臺電容器外加一支噴逐式熔斷器或僅設(shè)有電容器內(nèi)熔絲，或兩者均設(shè)有。但多年統(tǒng)計證明，電容器事故率仍然較高，其中箱殼變形膨脹及爆裂事故每年發(fā)生多起。僅就東北地區(qū)連續(xù)九年統(tǒng)計平均值表明，這類故障占整個電容器損壞數(shù)的35.39%，給電力系統(tǒng)造成很大損失。造成這種后果的主要原因在于保護(hù)單臺電容器防止外殼變形爆裂的主要手段-噴逐式熔斷器及內(nèi)熔絲沒有起到保護(hù)作用。其主要原因是熔絲存在以下技術(shù)缺陷(1)國產(chǎn)熔斷器的安秒特性分散性較大，特別是在小電流范圍內(nèi);廠家之間的差異較大，個別的高達(dá)±169.5%。如此高的分散性，給保護(hù)配合帶來很大困難。
(2)廠家提供的安秒特性曲線不準(zhǔn)。這主要是由于制造廠在選用材料，加工工藝等方面粗糙行事所致。更主要的原因是機(jī)械部頒布的部標(biāo)準(zhǔn)JB-3840-85中并未明確規(guī)定特性的分散性范圍，所規(guī)定的安秒特性曲線試驗方法中，關(guān)于“每個試驗點試驗熔絲數(shù)應(yīng)不少于三根”的提法，實際上是無法保證其曲線的準(zhǔn)確性。
(3)根據(jù)保護(hù)配合的要求，熔斷器在小電流范圍內(nèi)應(yīng)有相當(dāng)陡的安秒特性。JB-3840-85中關(guān)于基本熔斷特性的規(guī)定(見4.10條)即反應(yīng)這一點。顯然，陡的安秒特性可能導(dǎo)致大的分散性。試驗表明，即使在工藝上作嚴(yán)格控制后，某些產(chǎn)品的安秒特性分散性(一定熔斷電流下，其熔斷時間的分散性)可限制在±60%左右。
(4)熔斷器的保護(hù)原則是熔斷器的安秒特性曲線要與電容器外殼爆裂特性曲線(即電容器過負(fù)荷破壞曲線)配合好，才能可靠起到保護(hù)作用，但至今國產(chǎn)電容器尚未有一條通用的外殼爆裂特性曲線可被應(yīng)用。只能以熔斷器熔斷電流范圍粗略地與外殼爆裂特性來配合。而熔斷器動作特性本身差異較大，這不僅是指各廠家之間，即使是同一廠家的不同規(guī)格之間，亦存在較大的差異，有的可相差1倍以上(指同一動作電流倍數(shù)下的動作時間平均值)。
(5)電容器內(nèi)部元件可能出現(xiàn)少數(shù)元件擊穿，根本未達(dá)到熔斷器動作電流值，但內(nèi)部局部放電導(dǎo)致油持續(xù)氣化，而可能使外殼爆裂。遇到這種內(nèi)部故障情況，外熔斷器將不起保護(hù)作用。
(6)現(xiàn)有廠家產(chǎn)品的滅弧管易受潮起層，使滅弧性能失效。又經(jīng)常發(fā)生安裝位置不正確，使熔斷絲尾線受外管摩擦受阻不能正常彈出，影響開斷性能。
帶內(nèi)熔絲的單臺電容器，內(nèi)熔絲僅能保護(hù)內(nèi)部串并聯(lián)元件的故障，而不能保護(hù)內(nèi)部兩極間貫穿性短路引起的外殼爆裂。
因此，無論是內(nèi)熔絲，還是單臺噴逐式外熔斷器均難以十分可靠地保護(hù)比其自身價值貴150倍左右的并聯(lián)電容器，尤其對于如334千法的大容量電容器更是不可靠。
本發(fā)明的目的是提供一種單臺帶內(nèi)熔絲的電容器壓力光電保護(hù)裝置，能及時檢測單臺電容器內(nèi)部壓力變化。當(dāng)壓力上升到危險值時，只給出警報信號;當(dāng)壓力繼續(xù)上升到外殼爆裂點前，能迅速有效地將電容器從電網(wǎng)中切斷，使電容器停電，終止內(nèi)部壓力上升。從而達(dá)到既能及時發(fā)現(xiàn)電容器內(nèi)部故障，又能避免電容器突然爆裂事故的出現(xiàn)。
本發(fā)明主要由三部分組成壓力光傳感裝置，地面控制匯控箱，光纖光纜傳輸系統(tǒng)。壓力光傳感裝置對電容器內(nèi)的壓力較敏感當(dāng)電容器內(nèi)部壓力發(fā)生變化時，通過遮擋光纖光纜傳輸系統(tǒng)內(nèi)的光，把壓力變化信息傳輸至匯控箱。匯控箱根據(jù)不同信號，決定是報警還是斷電。


圖1為本發(fā)明示意圖。圖中1電容器，2壓力光傳感裝置，3光纜，4光電保護(hù)控制匯控箱，5電容器框架，6高電壓支持絕緣子。
圖2、圖3為本發(fā)明壓力光傳感裝置結(jié)構(gòu)圖。圖中11為玻紋管，12為壓板，13為光線擋板，14支桿，15彈簧，16限位套管，17光纖固定架，18外罩。
圖4為本發(fā)明控制匯控箱4的元件電路5為本發(fā)明控制匯控箱4繼電器控制及信號回路圖。
選擇電力電容器外殼對內(nèi)部壓力變化較敏感的部位，一般在側(cè)面或上面，把支桿14固定在其上。壓板12套在支桿14上使其能自由活動。再把彈簧15放在支桿14上，上部用限位套管16限位。波紋管11放在壓板12下面，支桿14間。波紋管11一端封死，另一端密封在電容器外殼上，并與其內(nèi)部相通。光線擋板13固定在壓板14上，也在支板14之間。光纜3用外罩18上的光纖固定架17固定。當(dāng)光纖擋板13隨壓板12上移，可以遮擋住光纜3光的傳輸。如圖2所示。
光纜3經(jīng)外罩18引出，至控制匯控箱4中的硅光電三極管?？刂茀R控箱4中，有控制電路和光源?？刂齐娐酚蓛蓚€硅光電三極管、四個晶體三極管、繼電器、電阻等組成。其接法如圖4所示。
在電容器1處于正常帶電運行時，裝在控制匯控箱4內(nèi)的長壽命光源持續(xù)發(fā)光，如圖4，光線經(jīng)光纜3中的AA及BB光導(dǎo)纖維束，傳至壓力光傳感裝置2。由光纜3中的BB及DD光導(dǎo)纖維束接收。此光線傳回控制匯控箱4，分別由兩個硅光電三極管接收。經(jīng)光電開關(guān)電路使繼電器J1及J2激勵處于啟動狀態(tài)，它們的常閉接點處于打開狀態(tài)。此時，主控制室內(nèi)不發(fā)生警報和跳閘信號。
當(dāng)某臺電容器由于某種原因內(nèi)部放電，使絕緣油氣化內(nèi)壓上升，致使波紋管11膨脹，壓板12帶動光線擋板13上升。光線擋板13上升到予先調(diào)定的高度時，光纜3中的光導(dǎo)纖維束AA與BB間的光傳輸通道切斷。此時，控制匯控電路中的警報回路硅光電三極管關(guān)斷，繼電器J1失勵磁，J1常閉接點返回閉合，J1-1勵磁，接通警報回路，主控制室內(nèi)的警報發(fā)出音響。同時該臺電容器內(nèi)壓上升警報閃光燈閃亮。告之運行人員識別該臺電容器編號。運行人員根據(jù)停電機(jī)會進(jìn)行檢查或予以更換。警報閃光燈由繼電器J1-1的一對常開接點控制。
當(dāng)某臺電容器由于某種原因內(nèi)部急速電弧放電致使絕緣油快速氣化，內(nèi)壓突然升高到較危險氣壓時，波紋管11加速膨脹。光線擋板13隨壓板12迅速上升予先確定的高度(比發(fā)出警報時上升得高)，將光纜3中的光導(dǎo)纖維束CC與DD的光傳輸通道切斷。此時，控制匯控電路的跳閘回路的硅光電三極管關(guān)斷，繼電器J2失勵磁，J2常閉接點返回閉合，J2-1勵磁，接通跳閘回路。這時，該組電容器的回路斷路速斷跳閘。同時主控室內(nèi)發(fā)出跳閘信號。電容器停止從電網(wǎng)受電，內(nèi)部停止放電，油壓停止上升，避免出現(xiàn)爆裂事故。運行人員應(yīng)將該電容器更換后再投入電網(wǎng)運行。
通過調(diào)節(jié)支桿14上的螺絲，松緊彈簧15，從而確定光線擋板13上升的高度。此高度決定電容器內(nèi)油壓是警報還是跳閘，也就是說內(nèi)部油壓是一般上升還是迅速上升致危險點。
用本發(fā)明的電容器必須帶有內(nèi)熔絲元件保護(hù)，使內(nèi)部元件發(fā)生故障時，尤其內(nèi)熔絲切除保護(hù)，從而減少本發(fā)明的警報信號動作次數(shù)。
本發(fā)明的波紋管11直接與電容器內(nèi)部相通，內(nèi)部壓力變化時，引起波紋管11變形。通過壓板12及光線擋板13，把光纜中的光通道切斷。光通道切斷信號傳輸給控制匯控電路，并顯示給運行人員，告之電容器內(nèi)部油壓上升到一定值或從電網(wǎng)中切斷電源。因此，本發(fā)明能準(zhǔn)確顯示電容器油壓升高和防止電容器爆裂。
本發(fā)明具有如下特點1、保護(hù)反應(yīng)準(zhǔn)確。本發(fā)明的波紋管11直接與電容器內(nèi)部相通，只要其內(nèi)部壓力發(fā)生變化，就要引起波紋管產(chǎn)生形變，通過壓力光傳輸系統(tǒng)，把壓力變化信號傳至控制匯控電路。在控制匯控電路給出警報信號或切斷電源。
2、保護(hù)反應(yīng)速度快。促使電容器爆裂可由兩種原因引起。
(1)由多項試驗工作證明，電容器內(nèi)部元件故障是逐漸發(fā)展的，當(dāng)超過50%左右后，故障發(fā)展加快，直到全部擊穿。從電容器外殼爆裂試驗得出內(nèi)部元件全部擊穿到外殼爆裂，需要一定的積聚能量時間。同時，既使元件尚未發(fā)展到全部擊穿，但長時間內(nèi)部放電促使絕緣油氣化，箱內(nèi)壓力增致一定程度也有可能出現(xiàn)外殼爆裂。總之，這類故障出現(xiàn)到外殼爆裂所需時間在幾秒至幾百秒后發(fā)生。
(2)電容器內(nèi)部兩極間(引出線之間)直接電弧擊穿閃弧，引起絕緣油氣化，使內(nèi)部壓力突然上升，致使外殼變形到爆裂。從有關(guān)試驗示波圖看出，此過程也至少在1.6-4.67秒以后，其中1.6秒為局部裂開，開始噴氣噴油，4.67秒為外殼全部裂開芯子飛出。美國西屋公司電容器爆裂試驗錄象片上也證明這一點。
因此，從故障開始到外殼爆裂至少要經(jīng)1.6秒時間。
本發(fā)明的動作時間由以下組成(1)波紋管升高，遮斷光纜中的光的時間可通過調(diào)節(jié)彈簧15的彈力確定，可定為0.1秒。
(2)光導(dǎo)纖維束DD無光射出，使繼電器J2返回，這段時間是晶體管光電開關(guān)的動作反應(yīng)時間，約6微秒。
(3)繼電器J2返回，其常閉接點返回，接通電路跳閘回路，發(fā)出跳閘指令，經(jīng)速斷保護(hù)動作時間0.01秒，再加斷路跳閘時間時間)0.08秒，共需0.09秒。
因此，本發(fā)明從故障發(fā)生到斷路器跳閘，共需0.19秒，遠(yuǎn)小于電容器爆裂時間1.6秒。
3、保護(hù)的可靠性。采用了光導(dǎo)纖維，使信號傳輸不受電磁干擾。本發(fā)明既能可靠地將光傳遞于高壓絕緣臺與地面零電位之間，又能隔離高壓絕緣臺與地之間的電傳導(dǎo)。
4、保護(hù)的靈敏性。由于采用了對壓力變化較敏感的波紋管11，使得在電容器內(nèi)部壓力一有變化，波紋管11將產(chǎn)生形變。另外由于兩斷保護(hù)方式，能夠及時給出電容器壓力升高信號或切斷電源，達(dá)到防止其爆裂目的。
圖6～圖13為本發(fā)明的具體實施例。圖6～圖9為本發(fā)明應(yīng)用在工程中的設(shè)計圖，其中圖6為平面圖，圖7，圖8為斷面圖，圖9為接線布置圖。圖10～圖13為本發(fā)明的設(shè)計圖，圖中標(biāo)出了元件的型號，各部分的規(guī)格尺寸。
壓力光傳感裝置放置在電容器頂蓋上，外殼接線端子旁。在電容器外殼加工中，在頂蓋部位加開一個孔洞，以裝紋波管11，同時要裝上兩個支桿。與外殼用螺栓連接，并加焊密封，密封質(zhì)量要十分可靠，要加壓檢查。波紋管采用不繡鋼的。波紋管11，光線擋板13，支桿14，光纖固定架、外罩18的制造和安裝尺寸誤差在±1mm以內(nèi)。
每條光纜由四束玻璃光導(dǎo)纖維束組成，每束玻璃光導(dǎo)纖維束內(nèi)有很多細(xì)玻璃光導(dǎo)纖維，合股組成直徑為2mm。每束外包硅橡膠塑料護(hù)套，壁厚約為0.2mm。光纜外包交聯(lián)聚乙烯絕緣護(hù)套。處于高壓絕緣臺上的光纜設(shè)一個多束光纜熱縮型終端頭。每束玻璃光導(dǎo)纖維兩端用光膠固封，且經(jīng)拋光達(dá)到光學(xué)光潔度，其透射率不小于60%。
權(quán)利要求
1.單臺電容器的保護(hù)有外噴逐式熔斷器、內(nèi)熔絲，本發(fā)明的特征在于在帶有內(nèi)熔絲電容器上安裝壓力光傳感裝置，光纖光纜傳輸系統(tǒng)，和控制匯控箱，壓力光傳感裝置與電容器相通，取出壓力變化信號，經(jīng)光纖光纜傳輸系統(tǒng)，達(dá)到控制匯控箱內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器壓力光電保護(hù)裝置，其特征在于壓力光傳感器中的波紋管與電容器內(nèi)部相通，在電容器內(nèi)壓力升高時，波紋管變形膨脹，使得壓板上的光線檔板移動，移動到確定位置時，遮擋住光纜中光導(dǎo)纖維束AA與BB間和CC與DD間光的傳輸，并通過光纜反應(yīng)到控制匯控箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容器壓力光電保護(hù)裝置，其特征在于控制匯控箱內(nèi)有報警電路和跳閘回路，在光線檔板遮擋住光纜中的光導(dǎo)纖維束AA與BB時，警報電路中的硅光電三極管使繼電器J1常閉接點閉合，發(fā)出警報信號，當(dāng)光線擋板遮擋住光纜中的光導(dǎo)纖維束CC與DD時，跳閘回路中的硅光電三極管使跳閘回路中的繼電器J2常閉接點閉合，電路跳閘，關(guān)斷電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容器壓力光電保護(hù)裝置，其特征在于壓板限位在支桿上，使其在支桿上來回移動，支桿固定在電容器外殼上，移動的位置靠支桿上的彈簧決定。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力電容器制造技術(shù)領(lǐng)域，適用于單臺電力電容的保護(hù)。在電容器上安裝壓力光傳感裝置，以獲得電容器內(nèi)壓力變化信號。經(jīng)光纜傳輸至控制匯控箱中?？刂茀R控箱內(nèi)有報警信號電路，跳閘回路等。此中電路根據(jù)信號的性質(zhì)決定發(fā)出警報或跳閘切斷電源。警報信號電路和跳閘電路由硅光電三極管，晶體三極管，繼電器，電阻組成。本發(fā)明對壓力變化反應(yīng)快速、靈敏、準(zhǔn)確可靠，既能給出電容器內(nèi)壓力變化信號，又能有效防止電容器外殼爆裂。
文檔編號G01L7/06GK1042265SQ8910840
公開日1990年5月16日 申請日期1989年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月4日
發(fā)明者王善鈞, 席仁一 申請人:王善鈞, 席仁一