高压电缆充油终端的内置乙炔检测及保护装置及工作方法与流程

1.本发明涉及电力高电压电缆的检测和保护装置技术领域，尤其涉及一种高压电缆充油终端的内置乙炔检测及保护装置及工作方法。


背景技术：

2.高压电缆充油终端平常为全封闭密封带高压电大电流运行，如内部发生严重故障，其特征就是绝缘油受到高能量作用，裂解产生乙炔气体，但现有技术方案和检测仪器既不能带电检测也不能在停电状态下检测高压电缆充油终端内部出现的乙炔含量，更无从进行相应的保护措施，这与其它电力高压充油设备如：充油主变、充油互感器、电抗器、组合电容器等，能通过取样阀取出油进行检测的方式完全不同。高压电缆充油终端在发生严重过热或放电故障时，将会在故障点处异常快速升温，或放电能量的急剧释放，造成恶性循环，随着故障发展程度的增加，以上情况成倍增长，导致故障点周围绝缘油高能量裂解产生大量三键的乙炔气体，如不及时处理，将可能导致高压电缆充油终端烧毁，甚至爆炸，严重危及高压电缆充油终端周围工作人员的人身安全和电网安全运行。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种高压电缆充油终端的内置乙炔检测及保护装置及工作方法，其提供的装置是一种内置封装于高电压电缆充油终端内部的乙炔检测器及配套的其它内、外置设备，能检测出高压电缆充油终端在发生严重故障时，绝缘油裂解产生的乙炔气体，并根据故障产生乙炔气体的含量，进行相应的保护动作。
4.考虑到高压电缆充油终端在正常运行中温度不高，其内部绝缘油在长期的使用和正常的老化过程中，仅为低能量的老化分解，分解产物主要为氢气、一氧化碳、二氧化碳以及低能量分解的单、双键低分子烃类气体，但当高压电缆充油终端在发生严重过热或放电故障时，将会在故障点处异常快速升温，或放电能量的急剧释放，并恶性循环，随着故障发展程度的增加，以上情况成倍增长，导致故障点周围绝缘油高能量裂解产生三键的乙炔气体，电力高压充油设备内部发生严重故障的特征，就是绝缘油受到高能量裂解出现的乙炔气体，但由于高压电缆充油终端平常为全封闭密封带高压电大电流运行，现有检测仪器无法带电在线检测高压电缆充油终端内部出现的乙炔含量，更无从进行相应的保护措施，这与其它电力高压充油设备如：充油主变、充油互感器、电抗器、组合电容器，能通过取样阀取出油进行检测的方式根本不同，因此本发明有着重要意义。
5.本发明具体采用以下技术方案：一种高压电缆充油终端的内置乙炔检测及保护装置，其特征在于：封装于高电压电缆充油终端内部，包括：微型循环泵、循环绝缘油通道、夹套循环管、乙炔选择性渗透膜、乙炔检测仪和微型电磁阀；所述夹套循环管套设在循环绝缘油通道外部，并形成夹套夹层空间；
所述微型循环泵和微型电磁阀分别设置于循环绝缘油通道的两端；位于所述夹套循环管套内的循环绝缘油通道管壁上间隔开设有小孔，乙炔选择性渗透膜设置在循环绝缘油通道管壁外，并覆盖各小孔；所述乙炔检测仪带有多个检测探头，分别分部在乙炔选择性渗透膜的外围；所述微型循环泵、微型电磁阀和乙炔检测仪分别与位于高电压电缆充油终端外部的控制器构成无线连接。
6.进一步地，所述乙炔选择性渗透膜为乙炔选择性聚枫渗透膜；所述乙炔检测仪为半导体乙炔检测仪；所述微型循环泵、微型电磁阀和乙炔检测仪分别内置有双向射频器和无线充电电池，通过外置双向射频器经有线连接控制器。
7.进一步地，高电压电缆充油终端外部安装有无线充电器，用于对所述无线充电电池进行充电。
8.进一步地，该装置安装于电缆充油终端底部。
9.进一步地，所述控制器为单片机或plc。
10.进一步地，所述控制器连接有报警器，并经跳闸保护二次回路连接高压电缆来电侧断路器。
11.以及，根据以上优选高压电缆充油终端的内置乙炔检测及保护装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：通过控制器预设各模块的工作参量；步骤s2：依次开启乙炔检测仪、微型电磁阀和微型循环泵；步骤s3：绝缘油在微型循环泵的动力压力和微型电磁阀间歇关闭产生的压力，以及乙炔选择性渗透膜两侧浓度差的多重作用下，其内部所含乙炔气体趋向往低浓度的方向渗透，并由检测探头感应；步骤s4：当乙炔检测仪检测到高压电缆充油终端内部出现乙炔气体并达到报警设置值时，报警器报警；步骤s5：当乙炔检测仪检测到高压电缆充油终端内部出现大量乙炔气体并达到预设阈值时，控制器控制跳闸保护二次回路动作，断开高压电缆来电侧断路器。
12.进一步地，在步骤s1中，预设的工作参量包括：乙炔报警值严重恶性故障断路器跳闸保护值、微型电磁阀间歇开启关闭周期设置值。
13.进一步地，所述微型循环泵、微型电磁阀和乙炔检测仪分别内置有无线充电电池，当微型循环泵、微型电磁阀和乙炔检测仪电池电量下降到设置值时，由外置无线供电器进行无线充电。
14.进一步地，所述微型循环泵、微型电磁阀和乙炔检测仪的无线充电工作参量在步骤s1当中进行设置。
15.本发明及其优选方案针对电力高压电缆充油终端结构、运行方式和故障类型，以及如内部发生恶性严重故障，其特征就是绝缘油受到高能量作用裂解产生乙炔气体的特点，内置封装于高电压电缆充油终端内部的乙炔检测器及配套的其它内、外置设备，能带电在线检测出高压电缆充油终端在发生恶性严重故障时，绝缘油裂解产生的乙炔气体，并根据故障产生乙炔气体的含量，进行相应的保护动作。
16.同时，其为增加循环油油压而设计的间歇性电磁阀周期性关闭功能，能够利于绝
缘油内乙炔气体向选择性渗透膜渗透；其改变了现有技术无法对高压电缆充油终端在发生恶性严重恶性故障时，绝缘油裂解产生乙炔气体的检测，更无从进行相应保护措施的缺点，能有力保障电网的安全运行。
附图说明
17.下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：图1为本发明实施例乙炔检测模块设备示意图；图2为本发明实施例乙炔检测模块安装在密闭封装高压电缆充油终端内部运行工作示意图；图3为本发明实施例乙炔检测模块安装在密闭封装高压电缆充油终端内部运行工作局部放大示意图；图4为本发明实施例绝缘油中乙炔通过渗透膜渗透原理示意图；图5为本发明实施例高压断路器跳闸回路示意图；图6为本发明实施例高压断路器、高压导线、高压电缆、两侧高压电缆充油终端线路连接示意图；图7为本发明实施例高压电缆充油终端正常运行时，高压断路器动触头27、静触头26紧密接触的合闸状态示意图；图8为本发明实施例高压电缆充油终端发生严重恶性故障，出现大量乙炔，高压断路器跳闸保护动作，动触头27与静触头26呈分闸状况状态示意图；图9为本发明实施例高压电缆充油终端的内置乙炔检测及保护装置控制模块工作原理方框示意图。
18.图中，1
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微型循环泵；2
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夹套循环管；3
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夹套夹层空间；4
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乙炔选择性聚枫渗透膜；5
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半导体乙炔检测仪；6
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半导体乙炔检测仪探头；7
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夹套循环内管；8
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小孔；9
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微型电磁阀；10
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电源侧高压电缆充油终端；11
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高压电缆充油终端支撑绝缘子；12
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下密封压盖组；13
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绝缘包带；14
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应力控制锥；15
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高强瓷套；16
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绝缘油；17
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导电杆；18
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出线连接头；19
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乙炔检测模块；20
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外部双向射频器；21
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无线供电模块；22
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乙炔气体；23
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高压电缆来电侧断路器；24
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负荷侧高压电缆充油终端；25
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高压电缆；26
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断路器静触头；27
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断路器动触头。
具体实施方式
19.为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：如图1
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图9所示，在本实施例提供的整体方案中，包括：高压电缆充油终端、乙炔检测模块19、无线传输模块、无线供电模块21、相关的保护系统，以及控制模块等。
20.其中，高压电缆充油终端是现有电网普遍采用的结构，包括：高压电缆25、绝缘包带13、应力控制锥14、绝缘油16、出线杆（导电杆17）、出线连接头18、绝缘外套（高强瓷套15）、高压电缆充油终端支撑绝缘子11、下密封压盖组12等，高电压电缆充油终端作为高电压电缆的一个重要组成部分，主要起着保护和支撑高电压电缆连接、过渡和转换的作用。
21.作为本实施例设计的主要部分，乙炔检测模块包括：微型循环泵1、夹套循环管2、夹套夹层空间3、乙炔选择性聚枫渗透膜4（或其它适合乙炔选择性的渗透膜）、半导体乙炔
检测仪5（或其它适合能内置电缆充油终端封闭运行的乙炔检测器）、半导体乙炔检测仪探头6、夹套循环管出口的微型电磁阀9等。
22.乙炔检测模块19安装于电缆充油终端底部，乙炔检测模块中的夹套循环管管内为循环绝缘油通道作为夹套循环内管7，循环管壁与夹套之间均匀间隔开有小孔8，乙炔选择性聚枫渗透膜安装在循环管壁与夹套层之间，并覆盖于小孔上，以利于流经循环管内的油中乙炔向夹套层空间渗透，乙炔选择性聚枫渗透膜只能选择性的透过乙炔气体22，而对其它物质，包括绝缘油等保持隔绝，半导体乙炔检测仪安装在夹套层内的上部，其若干微型探头伸向夹套空间内靠近乙炔选择性聚枫渗透膜的附近处，以便于对渗透进夹层空间内的乙炔进行有效检测，乙炔通过乙炔选择性聚枫渗透膜的渗透驱动，主要为循环泵提供循环绝缘油压力，以及乙炔选择性聚枫渗透膜两侧乙炔浓度差的渗透。半导体乙炔检测仪、微型循环泵、微型电磁阀均分别内置有双向射频器和无线充电电池，半导体乙炔检测仪、微型循环泵和微型电磁阀通过各自内置的双向射频器，既能够接收外部控制模块通过外置双向射频器发出的控制指令，也能够将检测数据和运用状况参数通过各自内置的双向射频器发送至外部双向射频器20。
23.微型循环泵的出口安装于夹套循环管进口，夹套循环管的出口安装有微型电磁阀，微型电磁阀在运行中由控制模块设置无线控制，进行间隔关闭和开启，起到周期间歇将循环管内绝缘油压力短时憋压增高的作用，以利于绝缘油内乙炔向渗透膜渗透，微型循环泵为适应高压电缆充油终端内较高粘度绝缘油（如硅油等）而专门设计。
24.本实施例所有内置于高压电缆充油终端内部的金属部件均采取屏蔽措施，以防止产生悬浮电位。
25.考虑到乙炔检测模块需要密闭安装的特性，为实现数据通信，本实施例专门设计有无线传输模块，无线传输模块包括有安装在内置半导体乙炔检测仪内的双向微型射频器、安装在微型循环泵内的内置双向微型射频器和安装在微型电磁阀上的内置双向微型射频器，以及高压电缆充油终端外部安装的外置双向射频器，内置各相应微型双向射频器既能将半导体乙炔检测仪检测数据、微型循环泵，以及微型电磁阀的实时运行状况无线发射至外置的射频器中，又能接收来至控制模块通过外置双向射频器发出的控制指令信号进行工作，同样外置的双向射频器既能将控制模块发来的控制指令信号无线发射给内置的各双向射频器，也能无线接收内置各双向射频器发来数据和信号，并通过光纤传送至控制模块，各射频器之间传输数据、信号的工作频率应严格遵守无线通讯协议频段要求。
26.同理，本实施例采用无线供电模块对主要模块进行供电，无线供电模块能对半导体乙炔检测仪、微型循环泵、微型电磁阀各自内置的微型高聚能锂电池（或其它微型高效蓄电池）进行无线充电，其充电工作由控制模块按预先设置编程的电量范围进行控制充电。
27.为更好实现本发明目的，还配备有相关的保护系统，相关的保护系统包括有：报警器、跳闸保护二次回路、高压电缆来电侧断路器等，当半导体乙炔检测仪检测到高压电缆充油终端内部出现乙炔并达到报警设置值时，报警器报警，提醒工作人员尽快采取措施，当半导体乙炔检测仪检测到高压电缆充油终端内部出现大量乙炔并达到控制模块预先设置编程软件程序设置值时，自动控制跳闸保护二次回路动作，断开高压电缆来电侧断路器（使其断路器静触头26和断路器动触头27分离），将发生严重（恶性）故障的高压电缆从电网中隔离，以防事故的进一步扩大，有力保障电网安全运行。
28.其中图5为高压断路器跳闸回路示意图， km、
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km为直流正负电源；tj为保护装置跳闸出口接点；hj为重合闸装置合闸出口接点；lp1为保护装置跳闸出口压板；lp2为重合闸出口压板；dl为断路器辅助接点，接入跳闸回路的为常开接点，接入合闸回路的为常闭接点；tq为跳闸线圈；hq为合闸线圈。
29.本实施例控制模块可以采用单片机或工业plc，通过控制模块可以预先设置编程有：高压电缆充油终端的内置乙炔报警值，严重恶性故障断路器跳闸保护值，微型电磁阀间歇开启、关闭周期，半导体乙炔检测仪、微型循环泵、微型电磁阀的控制运行程序，以及自动无线充电电量控制等。
30.半导体乙炔检测仪电性连接于自身内置的微型双向射频器，微型循环泵电性连接于自身内置的微型双向射频器、微型电磁阀电性连接于自身内置的微型双向射频器，以上各内置双向射频器均无线连接于外置的双向射频器，外置双向射频器通过光纤双向电性连接于控制模块，控制模块的输出端还另外电性连接于报警器、断路器跳闸保护二次回路等。
31.基于以上设计的高压电缆充油终端的内置乙炔检测及保护装置方案，本实施例还提供具体的检测及保护方法如下：1）控制模块预先设置编程有：高压电缆充油终端10、24的内置乙炔报警值，严重恶性故障断路器跳闸保护值，微型电磁阀9间歇开启、关闭周期设置值，半导体乙炔检测仪5、微型循环泵1、微型电磁阀9的控制运行程序，以及自动无线充电器21充电电量控制策略等；2）开启高压电缆充油终端包括（电源侧高压电缆充油终端10和负荷侧高压电缆充油终端24）、的内置乙炔检测及保护装置；3）依次开启半导体乙炔检测仪6、微型电磁阀9、微型循环泵1；4）电缆充油终端10、24内流过夹套循环管2的绝缘油16，在微型循环泵1的动力压力和微型电磁阀9间歇关闭产生的压力，以及乙炔选择性聚枫渗透膜4两侧浓度差的多重作用下，其内部所含乙炔气体22将更加趋向往低浓度的方向渗透，并由半导体检测器探头6感应；5）当半导体乙炔检测仪5检测到高压电缆充油终端10、24内部出现乙炔气体22并达到报警设置值时，报警器报警，提醒工作人员尽快采取措施；6）当半导体乙炔检测仪5检测到高压电缆充油终端10、24内部出现大量乙炔气体22并达到控制模块预先设置编程软件程序设置值时，自动控制跳闸保护二次回路动作，断开高压电缆来电侧断路器23，将发生严重（恶性）故障的高压电缆从电网中隔离，以防事故的进一步扩大；7）当半导体乙炔检测仪5、微型电磁阀9、微型循环泵1电池电量下降到设置值时，自动由外置无线供电器21进行无线充电。
32.本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的高压电缆充油终端的内置乙炔检测及保护装置及工作方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。