一种智能化充油式户外电力终端及其工作方法与流程

1.本发明涉及一种智能化充油式户外电力终端及其工作方法，属于高压电缆附件的技术领域。


背景技术：

2.随着国家电力电网的快速发展，特高压线路、重要输电走廊、大跨越、灾害多发区的环境参数和运行状态参数的集中实时监测的重要性越发突出，推进“互联网+”智能电网建设，全面提升电力系统的智能化水平已提上国家电力电网发展规划。对连接架空线与电缆的户外终端而言，目前110kv及以上的户外终端一般采用充油式结构，因其结构简单、性能可靠、运行稳定，被行业内各生产厂家广泛采用；但充油式户外终端存在一个显著的缺点，一旦户外终端漏油就会危及终端产品的运行安全，同时也会造成环境污染，因此实时监测户外终端绝缘油的温度、压力、液位高度等各项指标参数尤为必要。
3.中国专利，公开号cn201922231690.2，公开了一种油介质密封设备内部温度和压力在线监测装置。该监测装置将温度传感器通过密封圈插入到膨胀器，压力传感器采用电容式压力采样的方法，测量0～1.0mpa的互感器压力值，温度传感器和压力传感器通过引线把信号传入到监测装置，进行信号的提取和计算。
4.由于套管是密闭的空间，套管暴露于空气中，内部的绝缘油受环境温度影响较大。当气温上升时，套管内空气受热膨胀，绝缘油体积受热膨胀，引起内部压力升高；传统的传感测量结构(例如上述对比文件)无法实现对套管内的压力等数据的准确测量。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能化充油式户外电力终端。
6.本发明还提供一种上述智能化充油式户外电力终端的工作方法。
7.本发明的技术方案为：
8.一种智能化充油式户外电力终端，包括套管和设置在套管内部的应力锥；套管的上下两端分别通过上部金具和底部法兰进行密封；在套管内部、应力锥的四周填充有绝缘油；在套管内部、绝缘油的顶部填充有空气；所述上部金具的外侧圆周上设置有环形弹性气囊，环形弹性气囊环绕电力终端一周并与套管内的空腔连通；所述环形弹性气囊包裹在屏蔽金具内，所述屏蔽金具为圆管状密闭空腔；所述底部法兰上贯穿设置有传感器，传感器的感应端与套管内的绝缘油接触，传感器的输出端与数据传输单元连接；所述传感器集成温度模块和压力模块。
9.套管、应力锥属于常规充油户外终端结构的主要部件；传感器、数据传输单元属于智能化监测与信号传输装置；屏蔽金具、环形弹性气囊属于套管内部空气压力调节装置。
10.环形弹性气囊与套管内的空气连通，通过自由收缩膨胀调节套管内部的气压，使其始终保持在一个大气压，以校准传感器的准确度。屏蔽金具可以屏蔽套管上部的电场分布，并对气囊起到保护作用。
11.同时考虑到气囊处于高电压区域，屏蔽金具可屏蔽气囊附近场强，保证产品运行安全。
12.优选的，所述上部金具顶部设置有防晕罩。由于上部金具上表面存在螺栓等凸起结构，容易引起尖端放电，防晕罩起到屏蔽防护作用，防止尖端放电的发生，同时起到防水等保护作用。
13.优选的，所述传感器贯穿底部法兰并与底部法兰密封连接；所述屏蔽金具固定设置在上部金具上。
14.优选的，环形弹性气囊与套管内的空腔通过连通管连通；所述连通管内设置有过滤网。过滤网避免异物进入套管内部。
15.优选的，所述屏蔽金具内部压力与外部气压相同。屏蔽金具内部始终保持一个大气压，保证气囊不受外部阻力限制自由收缩膨胀。
16.优选的，所述环形弹性气囊的初始状态为干瘪状态。
17.优选的，所述上部金具上设置有泄压口，泄压口外侧一端通过盖板密封。
18.一种上述智能化充油式户外电力终端的工作方法，包括步骤如下：
19.1)当环境温度升高时，套管内上部的空气体积膨胀，套管内气压增大，套管内的空气被挤压到环形弹性气囊中，直到套管内的气压达到稳态；
20.2)当环境温度降低时，套管内上部的空气体积收缩，套管内气压降低，环形弹性气囊中的空气补充到套管内部，直到套管内的气压达到稳态；
21.3)传感器与绝缘油直接接触，实时测量绝缘油的温度和探头位置的油压；通过压力、温度、密度计算得到绝缘油的液位高度；如果绝缘油的液位高度低于设定液位则输出报警信息；
22.4)当套管内的气压急剧增大时，内部高压气体充满环形弹性气囊，同时高压气体将所述盖板炸开，通过泄压口进行泄压。
23.优选的，所述数据传输单元将传感器测得的温度、压力数据转换为串口数据通过无线通信网络进行无线传送，通过后台计算机系统进行液位计算和电力端的监控，并通过显示屏显示。
24.优选的，绝缘油的液位高度的计算公式为：
25.其中，ρ是在环境温度下绝缘油的密度，h是绝缘油的液位高度，p是传感器实测压力，p
内
是套管内部空气压力，p
外
是套管外的大气压，加装气囊后，p
内
＝p
外
。
26.本发明的有益效果是：
27.1.本发明通过调节套管内部空气压力，实现传感器压力的校准，从而准确获得液位高度，达到内部压力自动调节的技术效果；具体的，通过环形弹性气囊的膨胀、收缩抵消空气压力对传感器测量数据引起的误差，当外环境温度升高，考虑到空气的膨胀系数比绝缘油的膨胀系数高一个数量级，因此套管内的压力增大主要由于空气的膨胀引起，通过环形弹性气囊结构使套管内始终保持一个大气压，最终实现绝缘油高度无变化，如液位下降，则判定有漏油的隐患。
28.2.本发明通过弹性气囊和泄压口构成双级泄压结构，即能应对平缓的压力波动又能对抗剧烈的压力波动；在上部金具设置多个泄压口，当产品遇到异常情况(套管内发生爆
炸) 时，可将内部急剧增大的压力通过气囊、泄压口紧急泄压，避免套管炸碎造成周围人员、设备的二次损失；
29.3.本发明所述环形弹性气囊结构设置在电力终端的外圆周上，该结构设计为不占用上部金具空间，为泄压口提供安装空间，同时提供泄压空间；另外，环形弹性气囊的上述结构设计，避开了泄压口，避免气囊被泄压损坏。
附图说明
30.图1为本发明所述智能化充油式户外电力终端的结构示意图；
31.图2为本发明所述智能化充油式户外电力终端顶部的局部放大图；
32.图3为本发明所述泄压口的结构示意图；
33.其中，1、屏蔽金具，2、环形弹性气囊，3、套管，4、应力锥，5、底部法兰，6、传感器，7、数据传输单元，8、泄压口，9、盖板，10、上部金具，11、防晕罩。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例1
36.如图1所示。
37.一种智能化充油式户外电力终端，包括套管和设置在套管3内部的应力锥4；套管3 的上下两端分别通过上部金具10和底部法兰5进行密封；在套管3内部、应力锥4的四周填充有绝缘油；在套管3内部、绝缘油的顶部填充有空气；所述上部金具10的外侧圆周上设置有环形弹性气囊2，环形弹性气囊2环绕电力终端一周并与套管3内的空腔连通；所述环形弹性气囊2包裹在屏蔽金具1内，所述屏蔽金具1为圆管状密闭空腔；所述底部法兰5上贯穿设置有传感器6，传感器6的感应端与套管3内的绝缘油接触，传感器6的输出端与数据传输单元7连接；所述传感器6集成温度模块和压力模块。
38.所述传感器6贯穿底部法兰5并与底部法兰5密封连接；所述屏蔽金具1固定设置在上部金具10上。环形弹性气囊与套管内的空腔通过连通管连通；所述连通管内设置有过滤网。过滤网避免异物进入套管内部。所述屏蔽金具内部压力与外部气压相同。屏蔽金具内部始终保持一个大气压，保证气囊不受外部阻力限制自由收缩膨胀。
39.套管3、应力锥4属于常规充油户外终端结构的主要部件；传感器6、数据传输单元7 属于智能化监测与信号传输装置；屏蔽金具1、环形弹性气囊2属于套管内部空气压力调节装置。
40.环形弹性气囊2与套管3内的空气连通，通过自由收缩膨胀调节套管3内部的气压，使其始终保持在一个大气压，以校准传感器6的准确度。屏蔽金具1可以屏蔽套管3上部的电场分布，并对气囊起到保护作用。
41.同时考虑到气囊处于高电压区域，屏蔽金具1可屏蔽气囊附近场强，保证产品运行安全。
42.实施例2
43.如实施例1所述的智能化充油式户外电力终端，进一步的，所述上部金具10顶部设置有防晕罩11。由于上部金具10上表面存在螺栓等凸起结构，容易引起尖端放电，防晕罩11起到屏蔽防护作用，防止尖端放电的发生，同时起到防水等保护作用。
44.实施例3
45.如实施例1所述的智能化充油式户外电力终端，进一步的，所述环形弹性气囊2的初始状态为干瘪状态。
46.实施例4
47.如图2、图3所示。
48.如实施例1所述的智能化充油式户外电力终端，进一步的，所述上部金具10上设置有泄压口8，泄压口8外侧一端通过盖板9密封。具体的，泄压口8外侧采用铝合金薄板配合密封圈、螺栓紧固的方式实现密封。
49.本实施例所述智能化充油式户外电力终端的工作方法，包括步骤如下：
50.1)当环境温度升高时，套管3内上部的空气体积膨胀，套管3内气压增大，套管3 内的空气被挤压到环形弹性气囊2中，直到套管3内的气压达到稳态；
51.2)当环境温度降低时，套管3内上部的空气体积收缩，套管3内气压降低，环形弹性气囊2中的空气补充到套管3内部，直到套管3内的气压达到稳态；
52.3)传感器6与绝缘油直接接触，实时测量绝缘油的温度和探头位置的油压；通过压力、温度、密度计算得到绝缘油的液位高度；如果绝缘油的液位高度低于设定液位，则输出报警信息；
53.4)当套管3内的气压急剧增大时，内部高压气体充满环形弹性气囊2，同时高压气体将所述盖板9炸开，通过泄压口8进行泄压。
54.所述数据传输单元7将传感器测6得的温度、压力数据转换为串口数据通过无线通信网络进行无线传送，通过后台计算机系统进行液位计算和电力端的监控，并通过显示屏显示。
55.绝缘油的液位高度的计算公式为：
56.其中，ρ是在环境温度下绝缘油的密度，h是绝缘油的液位高度，p是传感器实测压力，p
内
是套管内部空气压力，p
外
是套管外的大气压，加装气囊后，p
内
＝p
外
。
57.本发明中未公开部分均为现有技术，其具体结构、材料及工作原理不再详述。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。