CN102928744A - 一种金属封闭组合电器局部放电模拟装置 - Google Patents

一种金属封闭组合电器局部放电模拟装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种金属封闭组合电器局部放电模拟装置，由放电电极、高压套管、金属封闭气室、接地装置、充放气装置、观察窗组成；其中，放电电极包括高压电极、地电位电极、高压电极固定结构，地电极固定结构；高压套管包括内部金属导体、外部绝缘伞裙、接线端子、均压罩、连接法兰；金属封闭气室包括四通金属壳体、吸附剂框、密封件、端口封板；接地装置包括可移动接地导体、金属外壳、位置指示装置；充放气装置包括充气阀、SF6气体压力表；观察窗包括透明绝缘盖板、防爆护板。该装置具有模拟灵活、选材方便、安全可靠、维护方便的优点。

Description

一种金属封闭组合电器局部放电模拟装置
技术领域
本发明涉及局部放电模拟模型领域，且特别涉及一种金属封闭组合电器局部放电模拟装置。
背景技术
金属封闭组合电器具有占地小、可靠性高等诸多优点，在电力系统中应用广泛。但其内部电场强度很高，容易因内部微小缺陷导致绝缘性能下降，甚至绝缘击穿，造成严重的供电故障。金属封闭组合电器的安装不良、绝缘老化等内部缺陷通常都伴随有局部放电，因此对局部放电进行模拟，开展检测和分析技术的研究是目前提高对设备绝缘状态预警能力的关键。目前对金属封闭组合电器内部局部放电的模拟常采用两种方法和模型：一种是原理性模拟，采用电极模型，另一种是实物模拟，采用设备模型。原理性模拟方法根据常见的局部放电缺陷，提出了3种局部放电类型，包括尖端对地电位放电、悬浮电位体放电、固体绝缘内部放电。电极模型常采用尖板电极、悬浮电位体电极、受损固体绝缘组合电极等，气室容量通常较小，整体结构常为非金属封闭结构，没有金属外壳。实物模拟方法则是在金属封闭组合电器内人为设置导体上尖端、气室内异物、绝缘件损伤、回路电阻过大等缺陷。设备模型是利用实际的金属封闭组合电器设备构成，可以人工设置多种缺陷，结构与真实设备相同。
现有的两类模拟方法和模型，在模拟金属封闭组合电器的局部放电方面，存在着缺点和不足。电极模型的放电可控性强，简单可靠，但其结构与真实设备区别较大，造成放电信号的传输失真，影响信号特征的分析，而且模型的气室容量通常较小，也不利于进行SF6气体分解物的检测。设备模型中的放电与真实设备类似，但放电的可控性差，模型实际情况不可见，放电模拟的重复性不好，气室容量大，带来调整放电模型时大量SF6气体的回收问题，实际的模拟效果不佳，控制困难。
发明内容
本发明提出一种金属封闭组合电器局部放电模拟装置，可模拟气体中电晕、绝缘件内部放电、绝缘件表面放电、悬浮电位体放电等，可根据需要用于局部放电的超声机械波、超高频电磁波、可见光、脉冲电流信号、气体分解物等特征的模拟和检测，具有模拟灵活、选材方便、安全可靠、维护方便的优点。
为了达到上述目的，本发明提出一种金属封闭组合电器局部放电模拟装置，该装置由放电电极、高压套管、金属封闭气室、接地装置、充放气装置、观察窗组成；
其中，所述放电电极包括高压电极、地电位电极、高压电极固定结构，地电极固定结构；
所述高压套管包括内部金属导体、外部绝缘伞裙、接线端子、均压罩、连接法兰；
所述金属封闭气室包括四通金属壳体、吸附剂框、密封件、端口封板；
所述的接地装置包括可移动接地导体、金属外壳、位置指示装置；
所述的充放气装置包括充气阀、SF6气体压力表；
所述观察窗包括透明绝缘盖板、防爆护板；
所述高压套管与金属封闭气室上端连接，所述金属封闭气室内部装设所述放电电极，所述高压电极通过所述高压电极固定结构与高压套管内部金属导体相接，所述地电位电极通过所述地电极固定结构与所述接地装置相接，所述金属封闭气室的两端分别连接所述充放气装置和所述观察窗，所述金属封闭气室的下部连接所述接地装置。
进一步的，所述放电电极由高压电极和地电位电极组合而成，采用四种电极结构：尖-板、球-金属屑-板、板-环氧绝缘块-板、板-悬浮电位体-板，电极材质为铜或铝，除尖电极外，其余电极均为光滑表面，板电极边缘采用圆滑的倒角结构，电极固定结构采用插接式或螺纹式，保证导电良好。
进一步的，所述高压套管根据模型要求的电压等级选择，内部金属导体材质采用铜或铝，表面光滑，外部绝缘伞裙采用瓷材或合成复合绝缘材料，接线端子和均压罩在规定的试验电压下无电晕放电，连接法兰的连接面平整并有安装密封圈的凹槽。
进一步的，所述金属封闭气室采用铝合金或铸铝壳体，上、下、左、右四个端口的连接面平整并有安装密封圈的凹槽、吸附剂框采用金属网框结构，内部容积满足吸附剂的安装量，密封件采用O形密封圈或其他橡胶密封件，端口封板为金属材质，保证与壳体的接触良好。
进一步的，所述金属封闭气室的气体压力为0.1～0.8MPa。
进一步的，所述金属封闭气室的气体压力为0.2～0.7MPa。
进一步的，所述金属封闭气室根据应用场合不同选择充不同的气体，包括空气、氮气、SF6气体。
进一步的，所述接地装置为内部接地导体可滑动式接地开关，所述内部接地导体为铜或铝材质，所述金属外壳为金属材质，保证与所述金属封闭气室壳体的接触良好，所述和位置指示装置采用指针式或刻度式，与所述内部接地导体可滑动式接地开关为机械连动，滑动部分与外壳固定部分之间采用密封结构。
进一步的，所述充气阀为针型阀，所述充气阀具有四通阀座，分别与气体压力表、充气接口、放气接口、金属封闭气室相通，所述放气接口外接放气减压阀，用于调节放气流量，根据需要调节放气速度。
进一步的，所述透明绝缘盖板采用有机玻璃材料，所述防爆护板采用高强度工程塑料或薄钢板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、应用范围广：可根据需要用于局部放电的超声机械波波、超高频电磁波、可见光、脉冲电流信号、气体分解物等特征的模拟和检测。
二、放电类型多样：可更换不同的放电电极产生不同的放电，可模拟气体中电晕、绝缘件内部放电、绝缘件表面放电、悬浮电位体放电等。
三、选材方便：可利用金属封闭组合电器的现有零部件，经简单加工后组装。各密封件和密封面都可以利用现有零部件，不需额外加工。
四、安全可靠：观察窗采用透明绝缘盖板和防爆护板双重保护，选材均为受冲击不爆碎的材料，不燃弧，避免了放电燃弧引起的外壳爆炸。
五、维护方便：若内部有漏气可直接从压力表中体现，若更换电极可直接打开观察窗处理，气室容量适中便于更换气体。
附图说明
图1所示为本发明较佳实施例的金属封闭组合电器局部放电模拟装置结构示意图。
图2所示为本发明较佳实施例的金属封闭气室及内部放电电极的结构示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
请参考图1和图2，图1所示为本发明较佳实施例的金属封闭组合电器局部放电模拟装置结构示意图，图2所示为本发明较佳实施例的金属封闭气室及内部放电电极的结构示意图。本发明提出一种金属封闭组合电器局部放电模拟装置，主要由放电电极1、高压套管7、金属封闭气室9、接地装置4、充放气装置2、观察窗10六部分组成；所述的放电电极1包括高压电极130、地电位电极131、高压电极固定结构，地电极固定结构，所述的高压套管7包括内部金属导体129、外部绝缘伞裙、接线端子5、均压罩6、连接法兰8，所述的金属封闭气室9包括四通金属壳体(具有上、下、左、右四个端口)、吸附剂框121、密封件、端口封板，所述的接地装置4包括可移动接地导体126、金属外壳、位置指示装置128，所述的充放气装置包括充气阀124、SF6气体压力表123，观察窗10包括透明绝缘盖板133、防爆护板132；所述的高压套管7与金属封闭气室9上端连接，金属封闭气室9内部装有放电电极1，高压电极130通过固定结构与套管内部金属导体129相接，地电位电极131通过固定结构与接地装置4相接，金属封闭气室9的左(或右)端接充放气装置2，金属封闭气室9的右(或左)端安装观察窗10，金属封闭气室9的下部接接地装置4。整个装置通过支撑结构11放置。
上述放电电极1由高压电极130和地电位电极131组合而成，可采用四种电极结构：尖-板、球-金属屑-板、板-环氧绝缘块-板、板-悬浮电位体-板，电极材质可选铜或铝，除尖电极外，其余电极均为光滑表面，板电极边缘采用圆滑的倒角结构。电极固定结构可采用插接式或螺纹式，保证导电良好。
上述高压套管7根据模型要求的电压等级选择，内部金属导体材质可选铜或铝，表面光滑，外部绝缘采用瓷材或合成复合绝缘材料，上部接线端子5和均压罩6在规定的试验电压下应无电晕放电，连接法兰8的连接面平整并有安装密封圈的凹槽。
上述金属封闭气室9采用铝合金或铸铝壳体，上、下、左、右四个端口的连接面平整并有安装密封圈的凹槽、吸附剂框采用金属网框结构，内部容积能满足吸附剂的安装量，密封件可采用O形密封圈或其他橡胶密封件，端口封板为金属材质，保证与壳体的接触良好。
上述金属封闭气室9的气体压力为0.1～0.8MPa，优选0.2～0.7MPa。
上述金属封闭气室9根据应用场合不同可选择充不同的气体，包括空气、氮气、SF6气体。
上述接地装置4为内部接地导体可滑动的接地开关，可移动接地导体为铜或铝材质，金属外壳为金属材质，保证与金属封闭气室壳体9的接触良好，位置指示装置128采用指针式或刻度式，与内部可滑动接地开关为机械连动，滑动部分与外壳固定部分之间采用密封结构。
上述充气阀124为针型阀，具有良好的承压性能和密封性能。充气阀124有4通阀座，分别与气体压力表123、充气接口125、放气接口122、金属封闭气室9相通。放气接口122外接放气减压阀，可灵活调节放气流量，根据需要调节放气速度。
上述观察窗10用于观察内部放电的可见情况，可配合视频记录仪实现放电过程的记录。
上述透明绝缘盖板133采用优质有机玻璃材料，具有良好的承压性能和透光性能。
上述防爆护板132采用高强度工程塑料或薄钢板，防止透明盖板133破裂产生冲击破坏。
本发明利用不同放电电极产生不同类型的局部放电；利用可滑动接地导体实现电极间距离的调节，从而产生不同强度的放电；利用观察窗展现放电的可见情况；金属外壳提供了放电的超声波信号测点；绝缘盖板提供了放电的超高频信号测点；放气接口和减压阀配合完成SF6分解物的采集。该发明可直接与耦合电容器和检测阻抗配合，实现局部放电的电脉冲法测量。
根据本发明较佳实施例，本发明提出的金属封闭组合电器局部放电模拟装置，主要由接线端子5和均压罩6引入高电压；由高压套管7、金属封闭壳体9、观察窗10、接地装置4、充放气装置2围成封闭的气室；气室的充放气功能由充气接头125、放气接头122、压力表123、针型阀124共同完成；气室的压力大小由压力表3(123)读出；高电压由套管内部导体129与放电高压电极130导通；地电位由地电位电极131、滑动接地导杆126和接地壳体134导通；滑动接地导杆126的滑动由接地操动机构127完成；位置指示器128指示了地电位电极的参考位置；防爆护板132固定在接地壳体134上，当需要观察内部放电情况时，可以手动转动露出其后面的有机玻璃绝缘板133；有机玻璃绝缘板133为全透明，厚度满足金属封闭壳体9中气体压力的强度要求；吸附剂框121内部可根据需要放置吸附水分和分解物的专用吸附剂，框体为金属材质，保证处于地电位并且电场强度低；放电电极根据研究的需要可采用尖板电极(由电高压电极130和地电位电极131组合而成)、绝缘表面放电电极135、绝缘内部放电电极136、悬浮电位放电电极137。金属封闭壳体9内部可充入0.5MPa的SF6气体，高压套管可接入50kV高压，尖板电极间距可选为15mm，进行尖板放电的模拟。可在金属封闭壳体9上安装超声波传感器、在有机玻璃绝缘板133上安装超高频传感器、在放气接头122上安装气体采集装置、在接地壳体134与地之间接入局部放电耦合阻抗，以实现机械波、电磁波、化学分解物、电脉冲的多用途综合检测。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、应用范围广：可根据需要用于局部放电的超声机械波波、超高频电磁波、可见光、脉冲电流信号、气体分解物等特征的模拟和检测。
二、放电类型多样：可更换不同的放电电极产生不同的放电，可模拟气体中电晕、绝缘件内部放电、绝缘件表面放电、悬浮电位体放电等。
三、选材方便：可利用金属封闭组合电器的现有零部件，经简单加工后组装。各密封件和密封面都可以利用现有零部件，不需额外加工。
四、安全可靠：观察窗采用透明绝缘盖板和防爆护板双重保护，选材均为受冲击不爆碎的材料，不燃弧，避免了放电燃弧引起的外壳爆炸。
五、维护方便：若内部有漏气可直接从压力表中体现，若更换电极可直接打开观察窗处理，气室容量适中便于更换气体。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种金属封闭组合电器局部放电模拟装置，其特征在于，该装置由放电电极、高压套管、金属封闭气室、接地装置、充放气装置、观察窗组成；
其中，所述放电电极包括高压电极、地电位电极、高压电极固定结构，地电极固定结构；
所述高压套管包括内部金属导体、外部绝缘伞裙、接线端子、均压罩、连接法兰；
所述金属封闭气室包括四通金属壳体、吸附剂框、密封件、端口封板；
所述的接地装置包括可移动接地导体、金属外壳、位置指示装置；
所述的充放气装置包括充气阀、SF6气体压力表；
所述观察窗包括透明绝缘盖板、防爆护板；
所述高压套管与金属封闭气室上端连接，所述金属封闭气室内部装设所述放电电极，所述高压电极通过所述高压电极固定结构与高压套管内部金属导体相接，所述地电位电极通过所述地电极固定结构与所述接地装置相接，所述金属封闭气室的两端分别连接所述充放气装置和所述观察窗，所述金属封闭气室的下部连接所述接地装置。
2.根据权利要求1所述的金属封闭组合电器局部放电模拟装置，其特征在于，所述放电电极由高压电极和地电位电极组合而成，采用四种电极结构：尖-板、球-金属屑-板、板-环氧绝缘块-板、板-悬浮电位体-板，电极材质为铜或铝，除尖电极外，其余电极均为光滑表面，板电极边缘采用圆滑的倒角结构，电极固定结构采用插接式或螺纹式，保证导电良好。
3.根据权利要求1所述的金属封闭组合电器局部放电模拟装置，其特征在于，所述高压套管根据模型要求的电压等级选择，内部金属导体材质采用铜或铝，表面光滑，外部绝缘伞裙采用瓷材或合成复合绝缘材料，接线端子和均压罩在规定的试验电压下无电晕放电，连接法兰的连接面平整并有安装密封圈的凹槽。
4.根据权利要求1所述的金属封闭组合电器局部放电模拟装置，其特征在于，所述金属封闭气室采用铝合金或铸铝壳体，上、下、左、右四个端口的连接面平整并有安装密封圈的凹槽、吸附剂框采用金属网框结构，内部容积满足吸附剂的安装量，密封件采用O形密封圈或其他橡胶密封件，端口封板为金属材质，保证与壳体的接触良好。
5.根据权利要求1所述的金属封闭组合电器局部放电模拟装置，其特征在于，所述金属封闭气室的气体压力为0.1～0.8MPa。
6.根据权利要求5所述的金属封闭组合电器局部放电模拟装置，其特征在于，所述金属封闭气室的气体压力为0.2～0.7MPa。
7.根据权利要求1所述的金属封闭组合电器局部放电模拟装置，其特征在于，所述金属封闭气室根据应用场合不同选择充不同的气体，包括空气、氮气、SF6气体。
8.根据权利要求1所述的金属封闭组合电器局部放电模拟装置，其特征在于，所述接地装置为内部接地导体可滑动式接地开关，所述内部接地导体为铜或铝材质，所述金属外壳为金属材质，保证与所述金属封闭气室壳体的接触良好，所述和位置指示装置采用指针式或刻度式，与所述内部接地导体可滑动式接地开关为机械连动，滑动部分与外壳固定部分之间采用密封结构。
9.根据权利要求1所述的金属封闭组合电器局部放电模拟装置，其特征在于，所述充气阀为针型阀，所述充气阀具有四通阀座，分别与气体压力表、充气接口、放气接口、金属封闭气室相通，所述放气接口外接放气减压阀，用于调节放气流量，根据需要调节放气速度。
10.根据权利要求1所述的金属封闭组合电器局部放电模拟装置，其特征在于，所述透明绝缘盖板采用有机玻璃材料，所述防爆护板采用高强度工程塑料或薄钢板。
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