CN1015578B - 水变阻器的电极水循环处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明水变阻器电极水循环处理系统装置，其特征在于：水变阻器的主电极装置具有中空圆筒形主电极，顶部开有电极水流入口，底部外圆周上开有电极水流出口，上端有圆凹座的绝缘支持体穿过并固定在基础电极的底部，电极连接棒穿过绝缘支持体的轴孔，与主电极底部连接，主电极插在圆形凹座内；此外，还安装有电极水循环泵和空气、水冷散热器，及流量计和安全断路器。

Description

本发明涉及水变阻器的电极水循环处理系统，该系统供包括发电机和变压器等在内的各种电源装置的输出特性的测试试验使用。

本发明者发明的水变阻器A如图1所示，由有底圆筒形基础电极1、圆筒形主电极5和绝缘套筒7构成，有底圆筒形基础电极1的内部装有供给循环用的指定量的电极水W，在该基础电极1的底部1a的适当位置开有排水孔，在底部1a的中央设有贯穿该底部1a的绝缘体3;圆筒形主电极5伸到外部的下端与电源装置的电线4连接绝缘套筒7罩在主电极5的外面，悬吊着可以自由升降，借以调整该主电极5露出的长度，其上部设有冷却过的上述循环供给水的放水口6，图1中只画出了一个水变阻器A，但是，实际上是由两个以上的水变阻器构成一组，它们的主电极5分别与电源装置（图中未示出）的两相或三相中的一相连接，并且它们的基础电极1用接地线8相互连接起来接地。因此，对于三相的情况，就成为星形连接的变阻器。放水口6和排水孔2与本发明者在特开昭62-123287号和特开昭62-124474号公报上发表过的图1所示的电极水冷却处理装置B相连通，借以使水循环、冷却，保持为一定的水温，并除去不纯物质。

该电极水冷却处理装置B将上述水变阻器A排出的温水冷却后，再送回水变阻器A，它在散热器9、喷水管10、风扇11、百叶窗 12、回收水槽13和贮水罐14之间构成下述管路。

即，通过可以自由转换的转换阀28、29和30形成由纯水充填管路20、电极水冷却循环管路22、注水回流管路24和喷水送水管路27组成的管路，纯水充填管路20利用纯水泵16将贮存在贮水罐14中的水从垂直地插在该贮存水中的给水管15吸起来，并使之通过过滤器17、18和提高水的纯度的纯水器19;电极水冷却循环管路22在上述纯水充填管路20将水送到供水端22a后，把水送入水变阻器A，并利用装设在该管路中的电极水循环泵21将上述水变阻器A排出的温水送至散热器9的下部注入口9a;注水回流管路24利用装设在其中的纯水泵16，使从散热器9的下部注入口9a之前的电极水冷却循环管路22的排出端22b分叉送出的电极水W通过冷却蛇形管23进行冷却，然后再送回上述纯水充填管路20;喷水送水管路24利用装设在其中的喷水泵25把水从垂直地插入上述贮水罐14中的给水管15或垂直地插入回收水槽13中的吸水管26吸起来，送给喷水管10。

图1中的31是风扇电机，32、33、34分别是风扇电机31、纯水泵16和喷水泵25的转换开关的速度控制器，35是冷却蛇形管。

包括水变阻器A在内的这样的装置可以全部放在一辆货车等载重台上迅速地自由移动，并且也可以用水池代表贮水罐14。

另外，图中的C是绝缘套筒的升降自动控制装置，由计测器36控制器37和绝缘套筒的升降驱动操作装置38构成，计测器36输出计测到的测定值信号S₁，该信号至少是通过电线4输入的电功率 或电流信号中的一个;控制器37将上述测定信号S1输入后与予先设定的值进行比较，然后输出比较值控制信号S2，绝缘套管的升降驱动操作装置38在输入上述比较值控制信号S2后，发出使悬吊着的绝缘套筒7上升的操作指令。

下面，介绍按上述形式构成的电极水冷却处理装置B的运转情况。

首先，如图1中的实线箭头所示的那样，经给水管15和纯水充填管路20而纯化后的水送到电极水冷却循环管路22的供给端22a，从放水口6填充到水变阻器A内。也就是说，由纯水泵16从贮水罐14吸上来的水通过纯水泵16后，经过冷却蛇形管35，由过滤器17将砂粒等滤掉，再送入过滤器18滤去氯后，送入纯水器19。这时普通的自来水的导电率约为200（μs/cm），经纯水器19纯化后，大约减小为1（μs/cm）。水按实线箭头所示的那样通过电极水冷却循环管路22的供给端22a充入水变阻器A内。

这样，电极水W的充填作业就完成了，当循环过电极水泵21后，不纯物溶解出来使得导电率升高时，就排一次水，然后再从头重复进行操作。

这里，纯水器19的最高使用温度是40℃，所以，冷却蛇形管23和35用来把水冷却到40℃以下。

接着，当利用转换阀29和30将纯水充填管路20关闭之后，就按图1中虚线箭头所示的那样，启动电极水循环泵21动作，使充填的电极水W在电极水冷却循环管路22中循环流动。

同时，也启动喷水泵25动作，按图1中箭线箭头所示的那样，由给水管15将水从贮水罐14中吸上来，通过喷水管路27后，由喷水管10向散热器9喷射，像图中虚线所示的那样。另外，风扇电机31也被启动，使风扇11转动，向散热器9的背面吹过。

因此，电极水W在通过水变阻器A的期间，作为电阻消耗电能而变成温水，然后送至散热器9，这种温水在通过散热器9时被喷射的水冷却。另一方面，喷射的水从散热器9的表面夺走散热器9内通过的温水热量而发生蒸发，被从散热器9的背面吸来的风带走，沿着装设在散热器9前面的百叶窗12的导板12a像图中虚线箭头所示的那样，吹到电极水冷却处理装置B的上方扩散开来。此后，被散热器9冷却过的电极水W便从流出口96经过电极水冷却循环管路22的供给端22a再送到水变阻器A内。

在使散热器9冷却而喷射的水没有蒸发掉的部分便附着在百叶窗12上，靠自重下落，回到回收水槽13内。因此，当回收水槽13接近满水位时，可以转动转换阀28，利用喷水泵25将回收水槽13内的水通过吸水管26吸上来，再送给喷水管10。

另外，也可以予先将回收水槽13和贮水罐连通起来，省去吸水管26和转换阀28。

在高压运转过程中，想减小电极水W的导电率时，则转动转换阀29和30，让水按图1中双点线箭头所示的方向，经过注水回流管路24、纯水充填管路20和电极水冷却循环管路22进行循环。也就是说，电极水W由电极水循环泵21从水变阻器A排出后，经冷却蛇形管23，由纯水泵16送入冷却蛇形管35，然后，通过过滤器 17、18和纯水器19，再回到水变阻器A，因此，在除去杂物和氯之后，便可减小导电率。

相反，在低压大电流运转过程中，将盐类导电性物质添加到水变阻器A的电极水W中时，使导电率高于自来水的导电率200（μs/cm），就可以通过电极水冷却循环管路22进行循环。

但是，电极水温度控制系统装置D由测温器39，温度比较器40和速度控制器32及34构成，测温器39安装有与电极水冷却循环管路22的排出端22b相连接的散热器9的下部注入口9a处，用来测量从电极水冷却循环管路22的排出端22b流出的电极水W的温度，并输出测定值信号S3;温度比较器40在输入上述测定值信号S3后，使输出予先设定的设定值的比较值控制信号S4，并且，当该比较值控制信号S4超过予先设定的高温端容许范围值时则输出紧急非常信号S5;速度控制器32和34由倒相器构成，它们在输入上述比较值控制信号S4后，分别控制喷水泵25的电机驱动动作和风扇11的电机31的驱动动作。此外，还设有绝缘套筒升降驱动装置38和安全切断器42，当输入上述紧急非常信号S5时，绝缘套筒升降驱动装置38便切断与图中未示出的离合器的连接;与此同时，安全断路器42在收到上述紧急非常信号S5时，便通过报报器41和电线4将水变阻器A与电源装置断开。

在这种水变阻器电极水循环处理系统装置X中，设置绝缘套筒升降自动控制装置C和电极水温度控制系统装置D，是针对异常状态采取的安全措施。

但是，当电极水循环泵21在工作中停止，以致驱动能力突然减 小，造成流量急剧减少时，如果电极水W的循环停止或减少，基础电极1内的电极水W的温度就会急剧地上升，以致沸腾流溢，这是非常危险的。由于测温器39经过一段时间延迟之后才能检测到该电极水W的温度急剧上升，所以，在此延迟时间内，基础电极1和主电极5之间将发生弧光α放电，当计测器36检测到该短路过电流后，才开始使绝缘套筒下下降，将主电极5完全屏蔽绝缘起来，所以，回避了了可能发生的弧光α放电的危险。

对于水变阻器A，如图2所示，在条件一定的水L中平行地垂直插入两块电极P1和P2，当加在这两块电极板P1和P2上的电压上升到某一值时，就会放电，理想的情况是，当两块电极板P1和P2为无限平行的平板时，就难于发生放电现象，但是无法用这样的平板来做电极。因为电极表面的电值V可以表为

V＝K（系数） (Q（电荷）)/(γ（曲率半径）)

平板面的曲率半径为γ＝∞，但平板切口处的角度O则使得该处的曲率半径值接近γ＝0，于是有

V_R＝0＝K (Q)/(γ) ＝∞，

这就是放电端。

为了使曲率半径r取大于零的可能的有很大数值，可将电极的形 状做成球形或圆筒形进行解决。

为此，如图3所示，将主电极5的上下端做成半圆球形端5a和5b，将中间部分做成圆筒5c。对于外面的有底圆筒基础电极1，由于它的曲率半径r比内部电极的曲率半径大，所以它的电压较低，这是不言而喻的。

另外，水L中发生放电现象，是由于主电极5表面的局部加热而产生的气泡引起的，如果在基础电极1和主电极5之间发生气泡，基础电极1和主电极5之间相对的面积就会发生变动，由于气泡的移动是不规则的，所以电阻值也发生不规则的变化，从而可能引起绝缘破坏。

作为防止和除去气泡的对策，只有利用均匀而高速的水流来冷却和清洗主电极5的表面。

但是，这种先有的水变阻器有本发明者发表的特愿昭62-251652号发明，后来，又把主电极装置43做成图4所示的形状和结构，图中，3是绝缘支持体，5是立在该绝缘支持体3上的主电极，44是电极连接棒，1a是有底圆筒基础电极1的底部，45是用螺钉46固定在底部1a上的固定块，47是止漏垫圈。

上述先有例的主电极5的形状，为了使底部5a牢靠地支持在绝缘支持体3上，将该底部5a加工成平坦面，使其外圆周呈弧面5b，所以，圆弧面5b的曲率半径必然很小，结果，在先有的水变阻器A中，当电极水的温度达到65℃时，圆弧面5b上便发生并附着气泡，从该处产生弧光放电现象，因此，电力的上限值为650KW。

而且，由于发生弧光放电，将会引起输出电力不稳定，从而给负荷试验的测定带来困难，同时，也会使机械性能下降，从而招致烧坏事故发生。

因此，本发明的目的是想提供一种水变阻器的电极水循环处理系统装置，它克服了上述先有的水变阻器电极水循环处理系统装置的缺点，并提高了性能。

此外，本发明还想提供一种水变阻器电极水循环处理系统，它装设有难于发生弧光放电的形状和结构的主电极。

本发明的水变阻器电极水循环处理系统装置，设有装备于按下述结构组成的主电极装置的水变阻器，设主电极装置具有中空圆筒形主电极，主电极的半圆球顶端中央开有电极水流入口，底部外圆周上等间隔地开有电极水流出口，底部中央开有螺母孔，同时，绝缘支持体穿过并固定在基础电极的底部中央，其上端圆形凹座的内圆周面上嵌有耐弧光放电的圆筒形套筒，电极连接棒穿过上述绝缘支持体上的轴孔，该电极连接棒上从上述轴孔上端突出的螺丝与上述主电极底部的螺母配合连接，该主电极的底部插在上述圆形凹座内，四周留有间隙在使该水变阻器内的电极水温度和水量保持为恒定的给排指定量水的电极水冷却循环管路内安装有电极水循环泵和空气、水冷散热器，另外，将流量计装在上述电极水循环泵的出口一侧的上述电极水冷却循环管路排出端，同时，在连接上述水变阻器的上述主电极和电源装置的电路内装有安全断路器，当上述流量计检测到流量小于一定值时，便可自动断断上述安全断路器，另外，上述空气、水冷散热器以多个多级形式装设在上述电极水冷却循环管路内，这些空气、水冷散热器 由喷水嘴、带风扇的电机和上端开有向上的蒸气释放口的吸尘罩构成，喷水嘴及其背后的带风扇的电机对着散热器本体的一个侧面，吸尘罩包围着它的另一个侧面。

图1是先有的水变阻器电极水循环处理系统装置的配管及配线系统示意图;

图2是电极板与放电关系的说明图;

图3是主电极的理想形状说明图;

图4是先有的主电极的中央纵剖面图;

图5是本发明水变阻器电极水循环处理系统装置的实施例的配管及配线系统的示意图;

图6是主电极实施例的中央纵剖面图。

下面参照图5说明本发明的第一个实施例。

该图是电源装置48为三相电源的情况，与图1所示相同的部分分，标以相同的符号，说明从略。

本发明的水变阻器电极水循环处理系统装置y，在靠近电极水循环泵21的排出口21a处的电极水冷却循环管路22的排出端22b装有例如常用的1Kg/cm³流量开关式流量计49，同时，在三相电路4内装有安全断路器50，当流量计49检测到电极水循环泵21的排出口21a的排水量小于予先设定的某一数值时，便发生电流切断指令信号S6，从而将安全断路器50断开使电源装置48的电流不能送到水变阻器A，另外，在电极水冷却循环管路22中将带吸尘罩的空气、水冷散热器51、51、51以多个多级（本实施例共设有三套）形式串联在其内，从而提高了对电极水W的冷却能力。

图中，52是电源开关，53是包括通过注水回流管路24和纯水充填管路20与电极水冷却循环管路22并联连接的各种管路和机器13-19、23、25-30、35在内的各种处理系统。

另外，也可以将安全断路器50兼作图1所示的安全断路器42。

如图6所示，上述主电极装置61由中空圆筒形主电极62、绝缘支持体66和电极连接棒69构成，中空圆筒形主电极62在其半球形顶端62a的中央设有电极水流入口63，在靠近外周缘呈圆弧面62b的底部62c的外圆周上等间隔地设有电极水流出口64，在底部62c的中央设有雌螺纹孔65;绝缘支持体66上端圆形凹座66a的内周面66b上嵌合有例如用陶瓷材料制成的耐弧光放电的圆筒形套筒67，同时，该绝缘支持体66贯穿在有底圆筒基础电极的底部1a的中央，是由例如陶瓷或聚丙烯等耐弧光放电的材料制成的;电极连接棒69穿过该绝缘支持体66的轴孔68，突出到该轴孔68上端的螺丝69a与插在圆形凹座66a内和四周留有一定间隙1的主电极62底部62c上的螺母孔65相配合。图中，1a、45-47与图4所示的部件相同。

圆筒形套筒67嵌合在圆形凹座66a的内周面66b上，嵌合的方法是，先将绝缘支持体66的上端加热，使圆形凹底66a的内周面66b的直径因加热膨胀而扩大，然后将圆筒形套筒67嵌压在其内，待绝缘支持体66的上端冷却到常温时，圆形凹座66a的内周面66b的直径便收缩恢复到原来的大小，这样就把圆筒形套筒67牢固地烧嵌在其内了。

另外，将主电极62的底部62c插入圆形凹座66a时，电极水流出口64处于该圆形凹座66a内。

主电极62的底部62c与电极连接棒69上端的连接方法除了上述本实施例的情况外，还可以用螺帽将贯过底部62c的贯通孔（图中未示出）的螺丝69a拧紧，也可以自由地采用溶接或其他连接方法。

由于本发明采用了上述解决办法，所以，当电极水循环泵21在工作中停止、导致功能降低，使得电极水冷却循环管路22中的电极水流量减小到零或指定值以下时，流量计立刻便可检测到，因此，在水变阻器A的基础电极1内的电极水W升温沸腾而引起弧光α放电之前，便可切断安全断路器50，从而瞬间将电源装置48断开，中断输出特性试验。

假定水变阻器A内的电极水温与外部大气的温度差每差1℃，水变阻器A的电力消耗为14.8KW/℃，先有装置的最高极限水温为65℃，设本发明的装置提高为75℃，在外部大气为25℃时，则有

先有装置：65℃-25℃＝40℃，

40×14.8＝592KW;

本发明装置：75℃-25℃＝50℃，

50×14.8＝740KW;

两装置比较：740KW-592KW＝148KW

因此，提高相差部分的冷却能力，也就提高了高电压大电流的电源装置48引起的水变阻器A的发热量的容许范围。

这样，由于本发明在电极水循环泵21的后面设有流量计49，并采取了对付由于电极水循环泵21的故障及能力低下和电极水冷却循环管路22堵塞等事故引起水变阻器A内的电极水W沸腾流溢及弧光α放电等危险的安全对策，此外，将带吸尘罩的散热器51以多个多级串联的形式装在电极水冷却循环管路22中，提高了冷却能力，从而获得了可以进行高电压大电流的电源装置48的输出特性试验测定的良好效果。

另外，由于主电极装置61是按上述形成构成的，所以，在循环过程中，被处理为一定水温和导电率的电极水W从主电极62的正上方沿箭头方向落下供给，一部分从主电极62顶端中央的电极水流入内部，在主电极62内沿箭头方向流下冷却，从底部62c附近的电极水流出口64沿箭头方向，经周围的间隙1排出去。

主电极62的底部62c外圆周的圆弧面62b隐蔽在绝缘支持体66的圆形凹座66a内，使最容易产生弧光α放电的部位不暴露在外部，同时，由于从电极水流出口64流出通过周围间隙1的电极水一直在冷却底部62c，所以，可以防止该处因局部集中加热而产生气泡，从而可以抑制伴随绝缘破坏而产生的弧光α放电。

此外，由于装设了耐弧光α放电的圆筒形套筒67，所以即使万一发生弧光α放电，也不会烧坏绝缘支持体66。

这样，利用新供给的电极水冷却主电极的内外面，不会发生局部升温现象，而且，由于将最易发生弧光放电的底部利用圆筒形套筒隐蔽在圆形凹座内，一直由电极水进行冷却，所以，弧光放电温度就从先有例的65℃提高到75℃，而电力消耗也从先有例的650KW 提高为750KW，于是，在相同的规模下，可以稳定地进行输出特性测定，同时，也拓宽了更苛刻条件下的测定幅度，提高了冷却能力。

Claims (6)

1、一种水变阻器电极水循环处理系统装置，其特征在于：设有装备了按下述结构成的主电极装置的水变阻器，主电极装置具有中空圆筒形主电极，该主电极的半圆球顶部中央开有电极水流入口，底部外圆周上等间隔地开有电极水流出口，上端设有圆形凹座的绝缘支持体穿过并固定在基础电极的底部中央，电极连接棒穿过绝缘支持体的轴孔，从该轴孔上端伸出去的突出端与上述主电极底部连接固定，主电极底部插在上述圆形凹座内，四周留有间隙：在使该水变阻器内的电极水温度和水量保持为恒定的给排指定量水的电极水循环管路内，安装有电极水循环泵和空气、水冷散热器，另外，将流量计装在上述电极水循环泵的出口一边的上述电极水循环管路排出端，同时，在连接上述水变阻器的上述主电极和电源装置的电路内装有安全断路器，当上述流量计检测到流量小于一定值时，便可自动地切断上述安全断路器。

2、按照权利要求1所述的水变阻器电极水循环处理系统装置，其特征是：空气、水冷散热器以多个多级的形式安装在电极水冷却循环管路内。

3、按权利要求1所述的水变阻器电极水循环处理系统装置，其特征是：电极水流出口处于绝缘支持体上端的圆形凹座内。

4、按权利要求1所述的水变阻器电极水循环处理系统装置，其特征是：绝缘支持体的圆形凹座的内圆周面上嵌装有耐弧光放电的圆筒形套筒。

5、按权利要求1所述的水变阻器电极水循环处理系统装置，其特征是：绝缘支持体是优质陶瓷制品。

6、按权利要求1所述的水变阻器电极水循环处理系统装置，其特征是：主电极底部中央设有螺孔，可与电极连接棒上端的螺丝自由地进行螺纹配合。

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