[发明专利]一种用于高压开关设备电弧特性研究的实验装置及方法

权利要求书

1.一种用于高压开关设备电弧特性研究的实验装置，其特征在于，包括主罐体、法兰过渡件I、法兰过渡件II、视窗通道、灭弧室、动触头、静触头、陶瓷绝缘套管、动端盖板、密封导电杆、静端导电杆、动端导电杆、均压罩、密封圈I、密封圈II、密封垫、固定件、动端瓷瓶、波纹管、固定圆筒、固定铁杆、支撑板、支撑架、定距板、充放气管路、气动回路、实验回路、检测设备、采集设备、接收设备；

所述陶瓷绝缘套管、法兰过渡件Ⅰ、主罐体、法兰过渡件Ⅱ及动端盖板组成密封装置，其中法兰过渡件Ⅰ与法兰过渡件Ⅱ安装在主罐体两端，法兰过渡件Ⅰ另一端连接所述陶磁绝缘套管，法兰过渡件Ⅱ另一端连接所述动端盖板；

所述陶瓷绝缘套管与密封导电杆之间装有所述密封垫，密封导电杆顶端穿过绝缘套管顶端，与所述均压罩通过所述固定件进行螺纹压接密封；密封导电杆底端开设有内螺纹孔，静端导电杆顶端为外螺纹孔，密封导电杆底端与静端导电杆顶端通过螺纹连接；静端导电杆底端开设有内螺纹孔，与所述静触头顶端的外螺纹孔进行螺纹连接；

所述动触头采用压接的方式固定在所述灭弧室内的支座上，且两者采用插入式对接方式，法兰过渡件I顶端开设有圆形凹槽，在圆形凹槽内装有密封圈I，陶瓷绝缘套管与法兰过渡件Ⅰ顶端通过螺栓进行压接密封；法兰过渡件Ⅰ底端与主罐体顶端的法兰通过螺杆连接，且法兰过渡件Ⅰ底端法兰开设有圆柱形密封槽，通过加密封圈II进行密封；法兰过渡件Ⅱ顶端法兰与主罐体底端法兰及法兰过渡件Ⅱ底端法兰与动端盖板均通过螺栓进行连接，法兰过渡件Ⅱ顶端法兰和底端法兰均开设有圆柱形密封槽，通过安装密封圈进行密封；

所述动端瓷瓶与动端盖板及波纹管通过钎焊技术进行连接与密封，灭弧室活塞杆底端开设有内螺纹孔，与所述动端导电杆顶端外螺纹相连接；在法兰过渡件II内侧及灭弧室外侧之间安装有固定圆筒；

所述实验回路由高压电源、LC振荡系统与实验装置串联组成，其中所述LC振荡系统包括充电开关Ms、电容器组C、电抗器组L、泄能开关Sx、泄能电阻R_X以及合闸开关HK，所述高压电源与充电开关Ms、电容器组C、电抗器组L以及合闸开关HK串联，泄能开关Sx和泄能电阻R_X串联在一起同时并联在电容器组C两端；所述实验装置包括主罐体及罐体顶端的密封导电杆和静端导电杆、罐体底端的动端导电杆，密封导电杆贯穿罐体顶端，罐体内部的密封导电杆与静端导电杆连接，动端导电杆贯穿罐体底端，静端导电杆与动端导电杆中心相对；静触头与动触头分别安装在罐体内部的静端导电杆及动端导电杆上，高压电源的高压端与罐体外面部分的密封导电杆连接，高压电源的低压端与罐体外面的动端导电杆连接；

其中所述充放气管路包括管路、真空泵、充气瓶、气管、双向阀I、双向阀II、数字气压表，所述充气瓶与双向阀I及数字气压表通过管路连接至气管的充气管口，真空泵通过管路与双向阀II接入充气管口；

所述检测设备为气相色谱仪，通过充气管口连接到回路中，所述采集设备包括高压差分探头、罗氏线圈、直线位移传感器；所述接收设备为示波器，其中所述高压差分探头的的测量引线分别安装在主罐体外侧两端的密封导电杆及动端导电杆上；罗氏线圈串接在实验回路低压侧；所述直线位移传感器安装在罐体底端动触头侧，与动端导电杆固定连接在定距板上；差分探头、罗氏线圈与直线位移传感器的另一端分别与示波器相连；

所述固定铁杆穿过支撑板与动端盖板上的螺纹孔实现螺纹连接，将主罐体固定在支撑架上；

所述气动回路包括气缸、电磁阀、空气压缩机、气动软管、绝缘拉杆以及快速接头，其中所述气缸的活塞杆通过所述绝缘拉杆与动端导电杆连接，气缸的进气口与出气口与电磁阀的两个出气口通过快速接头和气动软管连接，电磁阀的进气口与空气压缩机的出气口通过快速接头和气动软管连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压开关设备电弧特性研究的实验装置，其特征在于，所述主罐体外侧开设有四个高度一致且相互垂直的视窗通道，所述视窗通道包括两个玻璃观察窗、一个光谱仪探头通道及一个充气口通道，通道外侧焊接有法兰盘，均通过螺栓将法兰盘及对应的法兰盖板连接，在法兰盘与对应的法兰盖板之间均装有密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种用于高压开关设备电弧特性研究的实验装置，其特征在于，所述法兰过渡件I和法兰过渡件II均是由圆筒以及圆筒两端各一个法兰盘焊接而成的过渡件。

4.一种用于高压开关设备电弧特性研究的实验方法，基于根据权利要求1所述的一种用于高压开关设备电弧燃弧特性研究的实验装置实现，包括以下步骤：

步骤1：使用工业无尘布沾无水酒精对实验主罐体、法兰过渡件I、法兰过渡件II内壁进行擦拭，以及对实验装置下端的动端盖板、灭弧室外壁、动静触头及静端导电杆进行擦拭清洁；

步骤2：调整光学仪器的位置和拍摄视角，将高压差分探头的的测量引线分别安装在主罐体外侧两端的密封导电杆及动端导电杆上，罗氏线圈串接在实验回路低压侧，并将差分探头与罗氏线圈分别与示波器相连；

步骤3：对实验装置进行气密性检查，打开双向阀I、双向阀II，启动真空泵对实验装置回路抽真空，当数字压力表示数达到-100KPa并维持30分钟不变后，关闭真空泵，关闭双向阀I和双向阀II；

步骤4：实验罐体抽真空结束后，开始充入设定的混合气体，打开双向阀I，根据道尔顿分压定律，先将混合气体中含量较低的气体充入实验罐体内，再将含量较高的气体充入罐体内至实验气压，待数字压力表示数稳定后，关闭双向阀I，静置2小时；

步骤5：断开泄能开关Sx，闭合充电开关Ms并对电容器组C开始充电，电容器组C电压达到设定值时系统自动断开充电开关Ms，电容器组C与充电电源分离，闭合合闸开关HK，电容器组C通过串联电抗器组L放电；动静触头分离，触头间隙产生电弧，电弧持续燃烧消耗能量，直至电源能量不足以维持电弧燃烧，电弧熄灭；电容器C通过泄能开关Sx和泄能电阻R_X放掉剩余电荷。