一種瓦斯繼電器校驗(yàn)裝置的理論研究

摘 要：按照中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 504-94 QJ-25/50/80 型氣體繼電器校驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定，設(shè)計(jì)了一種簡易變壓器氣體繼電器校驗(yàn)裝置，并進(jìn)行了相關(guān)的理論研究推導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：氣體繼電器；變壓器；校驗(yàn)裝置

1 瓦斯保護(hù)原理

氣體繼電器是變壓器內(nèi)部故障的主要保護(hù)元件，對變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等均能靈敏動作。變壓器正常運(yùn)行時，繼電器內(nèi)一般是充滿變壓器油的。如果變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障，內(nèi)部變壓器油分解產(chǎn)生氣體聚集在上部氣室內(nèi)，使得其油面下降，當(dāng)下降到某一限定位置時便產(chǎn)生動作于信號；若變壓器因漏油而使油面降低，同樣動作于信號。這便是經(jīng)常所說的“輕瓦斯”。如果變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障，油箱內(nèi)壓力瞬間升高，形成油的浪涌，在連接管路中產(chǎn)生一定流速的油流，當(dāng)該瞬時流速達(dá)到或超過設(shè)定值時動作于跳閘，切斷與變壓器連接達(dá)到所有電源，保護(hù)變壓器。這就是經(jīng)常所說的“重瓦斯”。

2 裝置結(jié)構(gòu)預(yù)想

對于三項(xiàng)檢測試驗(yàn)而言，“重瓦斯”試驗(yàn)是最為復(fù)雜的，需要有一個簡單的測量方法與流速計(jì)算模型。因此，新裝置考慮使用U形管的原理，讓油面自然回流到充滿氣體繼電器腔體，然后，通過固定容積的壓縮空氣儲存氣缸、一個能快速開啟的壓縮空氣釋放閥和一個較大的緩沖腔體，將壓縮空氣能量快速、穩(wěn)定的釋放到油面上，使油體產(chǎn)生流速。具體結(jié)構(gòu)構(gòu)想如圖1所示：

3 數(shù)學(xué)模型建立

本裝置工作時使用的是壓縮空氣，為簡化計(jì)算過程，做如下假定：（1）緩沖腔內(nèi)的氣體狀態(tài)時均勻的，緩沖腔內(nèi)各點(diǎn)的壓力、溫度完全相同。（2）壓縮空氣為理想氣體，比熱、內(nèi)能僅與氣體溫度有關(guān)。（3）氣體流入緩沖腔為準(zhǔn)穩(wěn)定流動。（4）進(jìn)口的動能忽略不計(jì)。（5）裝置工作過程中無泄漏。

在上述假定下，對于該熱力學(xué)系統(tǒng)在裝置工作過程中氣體狀態(tài)變化應(yīng)滿足以下能量守恒方程：

dU=dQ+dW+hEdmE （1）

式中：U-氣體內(nèi)能；Q-通過系統(tǒng)邊界交換的熱量；W-機(jī)械功； hE-進(jìn)氣氣體比焓；mE-進(jìn)氣氣體質(zhì)量；

一般情況下，緩沖腔內(nèi)氣體的比內(nèi)能u和質(zhì)量m同時變化，因此有：

這樣便組成了本裝置的熱力學(xué)模型，可以求解裝置內(nèi)油體任一瞬時速度時緩沖腔內(nèi)的壓力P、溫度T和質(zhì)量m。由于我們只需判定氣體能量釋放后油體加速沖動擋油板的單一過程，只需考慮儲氣缸和緩沖腔內(nèi)氣體的初態(tài)和終態(tài)，所以，假設(shè)溫度T不變，為室溫值，知道初態(tài)和終態(tài)壓力P和質(zhì)量m的情況下，容易反推出油體的瞬時速度。

4 結(jié)束語

通過本文研究的瓦斯繼電器校驗(yàn)裝置，利用數(shù)學(xué)建模推導(dǎo)出的壓力——流速試驗(yàn)曲線，能達(dá)到縮小裝置體積，操作簡單，精確完成瓦斯繼電器的重瓦斯校驗(yàn)試驗(yàn)的目的，在便攜式現(xiàn)場測試設(shè)備研究領(lǐng)域具較大意義，有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]中國電力工業(yè)部.QJ-25/50/80型氣體繼電器校驗(yàn)規(guī)程（DL/T504.94）.北京：中國電力出版社，1994.

[2]白偉義.瓦斯繼電器校驗(yàn)儀.中國專利數(shù)據(jù)庫，CN02213607.X，2003

[3]金伸華.多用氣體繼電器流速校驗(yàn)臺.中國專利數(shù)據(jù)庫，CN200420

017712.6，2005.

[4]盛森芝，徐月亭，袁輝清.近十年來流動測量技術(shù)的新發(fā)展.力學(xué)與實(shí)踐，2002，24（5）：1～14.

[5]莫乃榕.工程流體力學(xué)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.