用于抑制内部金属颗粒起举的GIS开关改进方法及GIS开关与流程

用于抑制内部金属颗粒起举的gis开关改进方法及gis开关
技术领域
1.本发明涉及高电压绝缘技术领域，尤其涉及一种用于抑制内部金属颗粒起举的gis开关改进方法及gis开关。


背景技术：

2.gis是由断路器、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结构组成，这些部件全部被封闭在充有一定压力的sf6绝缘气体的接地金属筒体外壳中。由于结构紧凑、占地面积小、可靠性高等诸多优点，被广泛应用。
3.gis在参与电网运行期间，其绝缘故障率随电网电压等级的提高显著增高，主要表现在gis开关内金属颗粒在直流场、交流场中运动，导致影响gis安全可靠运行。为了减轻金属颗粒的影响，一般是在gis筒体内表面上涂覆有机绝缘层、以抑制金属颗粒从筒体内表面起举。但是，有机绝缘层在设备长期运行中会老化降解、甚至会剥离，从而污染设备内部、引起绝缘下降，同样会影响到电网安全。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种用于抑制内部金属颗粒起举的gis开关改进方法及gis开关，用以减轻来自gis开关内金属颗粒对电网安全的影响程度，抑制gis中金属颗粒起举的效果长期有效，可提升gis运行的安全可靠性。
5.本发明实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于抑制内部金属颗粒起举的gis开关改进方法，包括：将gis开关的筒体置放在密闭的氟化室中；向所述氟化室中充入含氟混合气体；设置氟化处理条件，所述氟化处理条件包括氟气的体积百分比、氟化处理温度值、氟化处理压力值和氟化处理时长；基于所述氟化处理条件对所述筒体的表面进行氟化处理，得到表面具有氟化层的gis开关筒体；利用所述表面具有氟化层的gis开关筒体组装所述gis开关。
6.较优地，所述含氟混合气体的成分包括氟气和氮气。
7.较优地，所述的含氟混合气体中所述氟气的体积百分比为5-50%。
8.较优地，所述氟化处理温度值的范围为150℃至400℃，所述氟化处理压力值的范围为0.2 bar至2bar，所述氟化处理时长的范围为10h至100h。
9.较优地，所述表面具有氟化层的gis开关筒体的氟化层厚度不小于0.1μm。
10.较优地，所述gis开关的筒体的材质为铝合金，所述表面具有氟化层的gis开关筒体为一种表面具有氟化层的铝合金筒。
11.进一步地，本发明还提供一种根据前述的方法制成的表面具有氟化层的gis开关筒体。
12.进一步地，本发明还提供一种gis开关，包括前述的表面具有氟化层的gis开关筒体。
13.由上述技术方案可知，本发明实施例提供的用于抑制内部金属颗粒起举的gis开关改进方法及gis开关，通过对gis开关的筒体内表面氟化处理，使其表面具有氟化层，显著地提高gis开关内金属颗粒在筒体上的起举电压，以减轻来自gis开关内金属颗粒对电网安全的影响程度，另外，通过本发明抑制gis中金属颗粒起举的效果长期有效，可提升gis运行的安全可靠性。
附图说明
14.图1为本发明方法的流程图；图2为本发明方法的铝电极板气相氟化处理系统示意图；图3为经本发明方法（实施例3）改性前后铝电极板的x射线能量色散谱和表面元素组成；图4为经本发明方法（实施例3）改性前后铝电极板的表面电子显微镜像；图5为下述金属颗粒起举试验实施例所用的球/板电极结构示意图。
15.图中标记说明：1—氟化室，2—真空泵，3—干式废气处理系统，4—高压铝球电极，5—接地的表面氟化或未氟化铝圆板电极，6—金属颗粒。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
17.如图1-5所示，本发明提供一种用于抑制内部金属颗粒起举的gis开关改进方法，包括：步骤s1，将gis开关的筒体置放在密闭的氟化室中；步骤s2，向氟化室中充入含氟混合气体，具体的，含氟混合气体的成分包括氟气和氮气，含氟混合气体中氟气的体积百分比为5-50%；步骤s3，设置氟化处理条件，氟化处理条件包括氟气的体积百分比、氟化处理温度值、氟化处理压力值和氟化处理时长；氟化处理温度值的范围为150℃至400℃，氟化处理压力值的范围为0.2 bar至2bar，氟化处理时长的范围为10h至100h。
18.步骤s4，基于氟化处理条件对筒体的表面进行氟化处理，得到表面具有氟化层的gis开关筒体；表面具有氟化层的gis开关筒体的氟化层厚度不小于0.1μm，gis开关的筒体的材质为铝合金，表面具有氟化层的gis开关筒体为一种表面具有氟化层的铝合金筒步骤s5，利用表面具有氟化层的gis开关筒体组装gis开关。
19.下面给出的实施例采用的是“球/板”电极组合，该组合能模拟实际gis中的电场，球/板电极的材质与gis筒体的材质相同、为6063铝合金。
20.首先请参阅图2，该装置用于实施步骤s1-s4，用6063铝合金替代gis筒体进行操作，首先将6063铝合金板置于氟化室中，将氟化室“抽真空和氮气置换”三次；然后将含氟混
合气体引入氟化室中，再根据步骤s3中设置的氟化处理条件下对6063铝合金板进行氟化处理；反应结束后再次将氟化室“抽真空和氮气置换”三次，即可打开氟化室中、取出表面氟化了的铝合金板。
21.请参阅图3和图4，本发明方法是通过氟气与铝合金板反应，在其表面形成厚度不小于0.1μm的氟化层。由于氟原子的引入改变了铝合金板的表面组成和结构，增加了表面绝缘性，从而降低了金属颗粒与铝合金板（gis筒壁）间的电荷转移、或降低了金属颗粒的带电，这是本发明方法抑制gis中金属颗粒起举的主要原因。
22.如下述实施例中所详述，与未经本发明方法表层改性的铝电极板相比，采用本发明方法改性后的铝电极板的颗粒起举电压提高了10-20%（取决于氟化处理条件中各参数的配置情况）。下面所列举的一种抑制gis中金属颗粒起举的方法的各实施例试验，均使用图5所示的能模拟实际gis中金属颗粒起举的“球/板”电极结构、在0.1 mpa的sf6气中进行，使用的金属颗粒为由球形铝颗粒经平板硫化机压制而得的尺寸和形状一致的“鼓形颗粒
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（如由φ1.5mm铝球在1mm厚的不锈钢模板中、经平板硫化机压制而成的高度1mm的“鼓形颗粒”）。颗粒起举试验采用直流、阶梯升压的方式，每个阶梯的维持时间为5min。
23.实施例1：铝电极板的氟化处理条件：氟化室中氟化处理温度设置为150℃，氟化处理压力设置为2.0bar，氟气占反应性混合气体的体积百分比为5%，氟化处理时间为100h。
24.结果如表1所示，金属颗粒在该表面氟化的铝电极板上的平均起举电压相对未表面氟化的铝电极板提高了10.3%。
25.实施例2：铝电极板的氟化处理条件：氟化室中氟化处理温度设置为200℃，压力为1.5bar，氟气占反应性混合气体的体积百分比为10%，氟化处理时间为80h。
26.结果如表1所示，金属颗粒在该表面氟化的铝电极板上的平均起举电压相对未表面氟化的铝电极板提高了14.8%。
27.实施例3：铝电极板的氟化处理条件：氟化室中氟化处理温度设置为250℃，压力为1.0bar，氟气占反应性混合气体的体积百分比为20%，氟化处理时间为60h。
28.结果如表1所示，金属颗粒在该表面氟化的铝电极板上的平均起举电压相对未表面氟化的铝电极板提高了16.3%。
29.实施例4：铝电极板的氟化处理条件：氟化室中氟化处理温度设置为300℃，压力为0.5bar，氟气占反应性混合气体的体积百分比为30%，氟化处理时间为40h。
30.结果如表1所示，金属颗粒在该表面氟化的铝电极板上的平均起举电压相对未表面氟化的铝电极板提高了17.7%。
31.实施例5：铝电极板的氟化处理条件：氟化室中氟化处理温度设置为350℃，压力为0.2bar，氟气占反应性混合气体的体积百分比为40%，氟化处理时间为20h。
32.结果如表1所示，金属颗粒在该表面氟化的铝电极板上的平均起举电压相对未表面氟化的铝电极板提高了11.4%。
33.实施例6：铝电极板的氟化处理条件：氟化室中氟化处理温度设置为400℃，压力为0.2bar，氟气占反应性混合气体的体积百分比为50%，氟化处理时间为10h。
34.结果如表1所示，金属颗粒在该表面氟化的铝电极板上的平均起举电压相对未表面氟化的铝电极板提高了10.5%。
35.实施例7：铝电极板的氟化处理条件：氟化室中氟化处理温度设置为300℃，压力为0.5bar，氟气占反应性混合气体的体积百分比为20%，氟化处理时间为60h。
36.结果如表1所示，金属颗粒在该表面氟化的铝电极板上的平均起举电压相对未表面氟化的铝电极板提高了18.2%。
37.实施例8：铝电极板的氟化处理条件：氟化室中氟化处理温度设置为300℃，压力为0.5bar，氟气占反应性混合气体的体积百分比为20%，氟化处理时间为80h。
38.结果如表1所示，金属颗粒在该表面氟化的铝电极板上的平均起举电压相对未表面氟化的铝电极板提高了20.4%。
39.表1 为实施例1-8中金属颗粒在表面氟化的铝电极板上的平均起举电压相对在未表面氟化的铝电极板上的平均起举电压的提高百分率，请参照表1：铝电极板平均起举电压(kv)平均起举电压提高百分率未氟化46.00—实施例1氟化50.7410.3%实施例2氟化52.8114.8%实施例3氟化53.5016.3%实施例4氟化54.1417.7%实施例5氟化51.2411.4%实施例6氟化50.8310.5%实施例7氟化54.3718.2%实施例8氟化55.3820.4%表1进一步地，本发明还提供一种根据图1所述方法制成的表面具有氟化层的gis开关筒体。
40.进一步地，本发明还提供一种gis开关，该gis开关采用图1所述方法制成的表面具有氟化层的gis开关筒体。
41.由上述技术方案可知，本发明实施例提供的用于抑制内部金属颗粒起举的gis开关改进方法及gis开关，通过对gis开关的筒体内表面氟化处理，使其表面具有氟化层，显著地提高gis开关内金属颗粒在筒体上的起举电压，以减轻来自gis开关内金属颗粒对电网安全的影响程度，另外，通过本发明抑制gis中金属颗粒起举的效果长期有效，可提升gis运行的安全可靠性。
42.与现有的在筒体内表面涂覆有机绝缘层的技术相比，本发明对gis筒体氟化处理使gis筒体表面上形成不会老化降解、不会剥离的氟化层，氟化层的厚度可达0.1μm以上，足
够厚的氟化层能显著地抑制金属颗粒的活性，达到提高gis绝缘性能的效果。通过本发明的改进，改性了的gis筒体表面上金属颗粒的起举电压较改性前提高了10-20%（取决于氟化处理条件）。本发明方法可控性好，经济成本低，能批量、均匀地改性任意形状和尺寸gis筒体表面。
43.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。