CN101877275B - 一种提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，其特征在于，将直流电压互感器空心绝缘子内部结构设计成两个同轴腔室，构成直流电压互感器的发热元件，即阻容分压器的电阻元件均安装在一个同轴腔室内，达到发热元件产生的热量随绝缘介质上升至顶部，并从另一个同轴腔室的顶部向下流动，根据热气流上升原理，最终形成一个流体绝缘介质循环回路。这种提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，由于采用将空心绝缘子内部设计成两个同轴腔室，在每个舱室的上下部位会形成气压差，致使绝缘介质产生上下循环，降低绝缘子的内部上端和下端温度梯度，达到均衡内部温度的目的，由此达到提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高直流电压互感器抗污秽能力的方法，尤其是适用于提高直流工程中的直流电压互感器耐受污秽的能力，降低大雾天气、小雨天气等潮湿环境条件下直流电压互感器外部发生污秽闪络的概率。
背景技术
我国直流工程数量越来越多，直流换流站的直流电压互感器（实为带电容器均压的电阻式直流分压器，即阻容分压器）因结构和原理的缘故，导致发热元件（电阻分压器）产生的热量随着绝缘介质（绝缘油或绝缘气体）汇集到空心绝缘子内部的上端，使得直流电压互感器空心绝缘子内部上端和下端出现较大的温度梯度，视电压等级的不同，这种温差可达20K或30K以上。
直流工程中，换流站直流场一次电压的重要设备——直流电压互感器，用于直流线路电压监测和系统保护。习惯上称之为直流电压互感器的设备，实际上的主体是一系列单元电阻元件串联而成的电阻分压器1构成，见图1（直流电压互感器原理电路图）。
为了防止直流电阻分压器受各种暂态过电压（包括雷电过电压）的影响，通常在电阻分压器1上，并联均压电容器2。
根据电压等级的不同，组成的电阻分压器和电容分压器级数不同，图1以五级为例，其中最下端的一级称之为低压臂（R2，C2），之上四级构成高压臂（R1，C1）。其中高压臂中的电阻R1=R11+R12+R13+R14，高压臂电容C1=C11∥C12∥C13∥C14。一次电压U1作用于高压臂（R1，C1），低压臂（R2，C2）输出电压U2用于连接二次系统。
每一级的单元电阻电容元件（如R11，C11），有可能是多个更小的单元元件组成（如，R11=R111+R112+R113+······+R11n，C11=C111∥C112∥C113∥······∥ C11n），见图2。有的单元电阻元件采用网格模式绕制，单元电阻是一个整体结构。
为了满足电阻分压器及其均压电容器的绝缘水平及其它电气、机械性能要求，电阻分压器1及其均压电容器2被安置在空心绝缘子3内部，上部用法兰4封装，下部由基座5封装并支撑。空心绝缘子3内部充满绝缘介质6（绝缘油或者绝缘气体），示意图见图3。直流电阻分压器1在电压的作用下产生有功损耗，然后转换为热量。热量随着绝缘介质上升至上部，造成空心绝缘子3内部的上端温度高于下端，在空心绝缘子内部形成温度梯度。电阻分压器1的功耗越大，发热越严重，上端与下端的温度梯度越大。电阻分压器1的材料是金属，电阻值与温度有关，这种温度梯度越大，对电阻分压器的误差性能影响也越大。为了降低电阻发热产生的损耗，设计上希望提高电阻分压器1的电阻值，减少发热量。但是，电阻值太小，空心绝缘子3外表面潮湿状态下的泄露电流产生的分流效应同样会对电阻分压器的误差特性产生影响。实际工程设计上，直流电压互感器的电阻电流取值通常为1mA左右。
空心绝缘子3外表面暴露在大气环境下，日积月累容易聚集污物，特别是在直流电场作用下，这种污物的聚集速度和程度会比交流电场更严重。干燥的污秽物电导率比较低，直流工作电压作用下的直流电压互感器空心绝缘子从上端到下端的电位分布，主要受内部电阻分压器的电压分布制约，呈现比较均匀的状态。
遇上大雾或小雨前期，空心绝缘子3表面聚集的污秽物受潮，电导率增大，可能导致空心绝缘子3外表面的泄露电流增大，严重时会接近或大于电阻分压器1通过的工作电流。这种情况，空心绝缘子外侧的电位分布受空心绝缘子外表面污秽程度及潮湿状态影响，湿度较大的区域，电导率高，泄露电流产生的电压降就小，呈现出的电位分布梯度就小；湿度较小的区域，特别是因内部温度较高的区域导致外部相对干燥的上端区域，电导率小，泄露电流产生的电压降就高，呈现出的电位分布就大。
潮湿环境条件下，由于电阻有功损耗导致空心绝缘子上部温度高于下部，相对空心绝缘子外部的下部，其上部（特别是顶部）容易出现相对干燥的区域，导致上部电场强度高于下部。当这种电场强度分布畸变到足以游离空气的时候，空心绝缘子外侧就会发生闪络现象（即污秽闪络现象），严重时会导致空心绝缘子外侧上下之间发生击穿故障。
因此，有必要设计一种能够提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，以满足工业应用需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决现有直流电压互感器由于内部上端和下端有较大的温度梯度，导致的电压互感器外部表面污秽情况严重，且容易被击穿的问题，而提出一种提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法。
本发明所采用的技术方案是：一种提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，其特征在于，将直流电压互感器空心绝缘子内部结构设计成两个同轴腔室，构成直流电压互感器的发热元件，即阻容分压器的电阻元件均安装在一个同轴腔室内，达到发热元件产生的热量随绝缘介质上升至顶部，并从另一个同轴腔室的顶部向下流动，根据热气流上升原理，最终形成一个流体绝缘介质循环回路。由此带来的技术效果至少是：这种提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，由于采用将空心绝缘子内部设计成两个同轴腔室，在每个舱室的上下部位会形成气压差，致使绝缘介质产生上下循环，降低绝缘子的内部上端和下端温度梯度，达到均衡内部温度的目的，由此达到提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的目的。
如上所述的提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，其特征在于，根据设备额定工作电压的不同，将空心绝缘子内部从上至下又分成多个间隔，即每个间隔都为相对独立的同轴腔室，每个间隔发热元件产生的热量在对应间隔内部的两个同轴腔室形成对流的循环回路。由此带来的技术效果至少是：由于各间隔舱室相对独立，每个间隔舱室发热元件电阻产生的热量汇集在各个舱室的上端，潮湿环境条件下，空心绝缘子外侧容易出现多个相对干燥的区域，每个间隔舱室对应的空心绝缘子外侧形成上部电场分布强、下部电场分布弱的状态，使得潮湿环境中整只绝缘子外部的电场分布得到相对改善，改变空心绝缘子的上端容易发生污闪的现象。
如上所述的提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，其特征在于，内腔的下部安装动力无接触的磁力风机用于强制内部绝缘介质在两个同轴腔室形成快速环流，强制空心绝缘子内部的上下温度梯度降低，达到降低潮湿状态下空心绝缘子外侧干燥区面积的目的。由此带来的技术效果至少是：非接触磁力风机系统传输动力的同时，解决了空心绝缘子密封问题，防止绝缘介质泄露，非接触磁力风机系统还可以配置环境潮湿状态控制单元，使得非接触磁力风机仅在潮湿环境条件下才开始工作，提高自身寿命和直流电压互感器整体性能可靠性与安全性。
如上所述的提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，其特征在于，在直流电压互感器顶部，增加散热笼，降低空心绝缘子内部整体温度梯度。由此带来的技术效果至少是：温度较高的绝缘介质汇集在上部，借助于散热笼外侧分布的散热板扩大散热面积，降低绝缘介质的温度。
本发明的有益效果是：本发明的提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法由于采用将空心绝缘子内部设计成两个同轴腔室，在每个舱室的上下部位会形成气压差，致使绝缘介质产生上下循环，降低绝缘子的内部上端和下端温度梯度，达到均衡内部温度的目的，由此达到提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的目的。
附图说明
图1是本发明实施例的直流电压互感器电路原理图。
图2是本发明实施例的每一级电阻电容单元的组成图。
图3是本发明实施例的直流电压互感器的结构图。
图4是本发明实施例的采用同轴舱室结构的直流电压互感器的结构图。
图5是本发明实施例的采用多级舱室结构的直流电压互感器的结构图。
图6是本发明实施例的采用磁力风机结构的直流电压互感器的结构图。
图7是本发明实施例的采用顶部散热笼结构的直流电压互感器的结构图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
图中标记的说明：1-电阻分压器；2-均压电容器；3-空心绝缘子；4-法兰；5-基座；6-绝缘介质；7-绝缘筒；8-绝缘板；9-多级间隔舱室；10-相对干燥区域；11-非接触式磁力风机系统；12-散热笼。
1. 实施例一，采用同轴舱室结构使得内部绝缘介质发生循环，均衡内部温度
在本实施例（见图4）中，使用一个绝缘筒7将空心绝缘子内部分为上下相通的两个舱室，将全部发热元件电阻从上至下均匀的安装在绝缘筒的内侧（或者全部安装在外侧），分压器正常工作时，分压电阻1发热，内外舱室存在温度差，在每个舱室的上下部位会形成气压差，致使绝缘介质6产生上下循环，降低绝缘子3的内部上端和下端温度梯度，达到均衡内部温度的目的。均压电容可视为无损耗元件，可以根据空心绝缘子内部空间与结构，安装在绝缘筒的内侧或外侧。
2. 实例二，采用多级间隔舱室结构，在直流电压互感器外表面径向形成多个相互独立的干燥区
在本实例（见图5）中，在空心绝缘子内部，用绝缘板8至上而下将绝缘子内部空间分成若干个相对独立的多级间隔舱室9，发热元件电阻元件均匀安置在各个间隔舱室内。由于各间隔舱室相对独立，每个间隔舱室发热元件电阻产生的热量汇集在各个舱室的上端，潮湿环境条件下，空心绝缘子外侧容易出现多个相对干燥的区域10，每个间隔舱室对应的空心绝缘子外侧形成上部电场分布强、下部电场分布弱的状态，使得潮湿环境中整只绝缘子外部的电场分布得到相对改善，改变空心绝缘子的上端容易发生污闪的现象。
3. 实例三，借助于动力非接触式磁力风机系统，依赖外部动力强制内部绝缘介质上下循环
在本实例（见图6）中，在一个上下贯通同轴舱室结构直流电压互感器下部，安装动力非接触式的小型磁力风机系统11，强制绝缘介质6产生循环，加大绝缘介质循环速度以降低空心绝缘子内部上端与下端的温度梯度。非接触磁力风机系统11传输动力的同时，解决了空心绝缘子密封问题，防止绝缘介质6泄露。非接触磁力风机系统11可以配置环境潮湿状态控制单元，使得非接触磁力风机仅在潮湿环境条件下才开始工作，提高自身寿命和直流电压互感器整体性能可靠性与安全性。
4. 实例四，顶端采用散热笼降低顶部的温度
在本实例（见图7）中，用具有散热片纵向排序的散热笼12，替代安装在空心绝缘子顶端的法兰。温度较高的绝缘介质汇集在上部，借助于散热笼外侧分布的散热板扩大散热面积，降低绝缘介质的温度。
本发明的提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法由于采用将空心绝缘子内部设计成两个同轴腔室，在每个舱室的上下部位会形成气压差，致使绝缘介质产生上下循环，降低绝缘子的内部上端和下端温度梯度，达到均衡内部温度的目的，由此达到提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的目的。
Claims (4)
1.一种提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，其特征在于，将直流电压互感器空心绝缘子内部结构设计成两个同轴腔室，构成直流电压互感器的发热元件，即阻容分压器的电阻元件均安装在一个同轴腔室内，达到发热元件产生的热量随绝缘介质上升至顶部，并从另一个同轴腔室的顶部向下流动，根据热气流上升原理，最终形成一个流体绝缘介质循环回路。
2.根据权利要求1所述的提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，其特征在于，根据设备额定工作电压的不同，将空心绝缘子内部从上至下又分成多个间隔，即每个间隔都为相对独立的同轴腔室，每个间隔发热元件产生的热量在对应间隔内部的两个同轴腔室形成对流的循环回路。
3.根据权利要求1所述的提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，其特征在于，内腔的下部安装动力无接触的磁力风机用于强制内部绝缘介质在两个同轴腔室形成快速环流，强制空心绝缘子内部的上下温度梯度降低，达到降低潮湿状态下空心绝缘子外侧干燥区面积的目的。
4.根据权利要求1所述的提高直流电压互感器抗污秽闪络能力的方法，其特征在于，在直流电压互感器顶部，增加散热笼，降低空心绝缘子内部整体温度梯度。
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