CN103046109A - 直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置及试验方法 - Google Patents

直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置及试验方法 Download PDF

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张福增
宋磊
罗凌
李锐海
王黎明
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本发明是一种直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置及试验方法。包括直流恒流源（1）、电流测量装置（2）、电解槽（3）、绝缘支架（4）和控制监测系统（5），锌件和铁件悬挂于绝缘支架（4）上，且锌件和铁件的下端浸入电解槽（3）的电解液中；直流恒流源（1）的正极与锌件和铁件连接，直流恒流源（1）的负极与铜电极连接，铜电极的下端也浸入电解槽（3）的电解液中，电流测量装置（2）的输入端与直流恒流源（1）连接，电流测量装置（2）的输出端与试品相连接，同时将测量数据通过传输线传输至控制监测系统（5）。本发明直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置结构简单，使用方便。本发明直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验方法操作方法简便，方便实用。

Description

直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置及试验方法
技术领域
本发明是一种直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置及试验方法，属于直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置及试验方法的改造技术。
背景技术
我国能源产地与用电负荷中心相距遥远，76%的煤炭资源分布在北部和西北部，80%的水力资源分布在西南部。东南部沿海地区对能源的需求，主要依靠输煤来解决，建立在长途输煤基础上的电力就地平衡模式，对环境、交通带来极大压力，也不利于清洁能源的开发和能源安全。为了实现电力能源在大区域范围内的优化配置，我国已建成多条特高压直流输电线路。其控制方式灵活、动态响应快速，可减少或避免大量过网潮流，并且能够根据送、受两端运行方式的变化来改变系统潮流，能够提高跨区域大电网输电线路的输送能力和可靠性。
随着电压等级的提高，考虑到机械特性和电气特性的因素，特高压直流输电工程大量采用V型串，在潮湿或降雨条件下易在V型串下侧的瓷绝缘子铁帽和瓷面缝隙易被水珠桥接，形成集中的电流回路，造成了局部的电腐蚀现象。2011年10月，±800kV楚穗直流输电线路负极性侧V型串发现20000余片绝缘子发生铁帽电腐蚀现象；2012年2月，±800kV复奉直流负极性侧V型串2000余片绝缘子也发现铁帽电腐蚀现象。
直流瓷绝缘子铁帽大面积地出现电腐蚀现象，严重威胁到电力系统的安全稳定运行。为了排除工程上已出现的这一安全隐患，同时避免后续超高压直流输电工程出现类似问题，寻找合理的试验方法、设计合适的试验装置，对直流瓷绝缘子铁帽的电腐蚀机理进行深入细致的试验研究已迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种结构简单，使用方便的直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置。
本发明的另一目的在于提供一种操作方法简便，方便实用的直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验方法。
本发明的技术方案是：本发明的直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置，包括有直流恒流源、电流测量装置、电解槽、绝缘支架和控制监测系统，其中锌件和铁件悬挂于绝缘支架上，且锌件和铁件的下端浸入电解槽的电解液中；直流恒流源的正极与锌件和铁件连接，直流恒流源的负极与铜电极连接，铜电极的下端也浸入电解槽的电解液中，电流测量装置的输入端与直流恒流源连接，电流测量装置的输出端与试品相连接，同时将测量数据通过传输线传输至控制监测系统（5）。
本发明直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验方法，包括下述步骤：
1）清洗锌件和铁件表面的污垢，再用砂纸打磨，去除表面氧化物；
2）称量锌件和铁件的质量；
3）根据所模拟的工况，将锌件和铁件悬挂至绝缘支架上，并将锌件和铁件部分浸入电解槽的电解液中；
4）将直流恒流源的正极与锌件和铁件连接，将直流恒流源的负极与铜电极连接，并将铜电极浸入电解槽的电解液中；
5）接通直流恒流源进行试验，电流测量装置分别测量每路试验的电荷量，并记录每路试验电荷量；
6）试验完成后，再次称量锌件和铁件的质量，计算质量损失。
本发明的试验装置设计巧妙，性能优良，可广泛应用于直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究。本发明的试验方法是一种方便实用的直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验方法。
附图说明
图1为本发明直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验方法的流程图；
图2为直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置的原理图；
图3为直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理时铁件和锌件物理隔绝电气相连的试验图；
图4为直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究时铁件和锌件物理电气均相连的试验图。
具体实施方式
实施例：
本发明直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置的原理图如图1所示，本发明的直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置，包括有直流恒流源1、电流测量装置2、电解槽3、绝缘支架4和控制监测系统5，其中锌件7和铁件8悬挂于绝缘支架4上，且锌件和铁件的下端浸入电解槽3的电解液中；直流恒流源1的正极与锌件7和铁件8连接，直流恒流源1的负极与铜电极6连接，铜电极6的下端也浸入电解槽3的电解液中，电流测量装置2的输入端与直流恒流源1连接，电流测量装置2的输出端与试品相连接，同时将测量数据通过传输线传输至控制监测系统5。在电解槽3中，铜电极6与锌件7和铁件8的距离根据所模拟的电腐蚀工况决定。绝缘支架4可同时悬挂锌件和铁件进行试验，且有两种连接方式，一种为物理隔绝、电气相连，另一种为物理电气均相连。
如图3所示，物理隔绝、电气相连指的是锌件7和铁件8不直接接触，分别浸入电解液中，但通过导线进行联通。如图4所示，物理电气均相连是指锌件7和铁件8直接接触后浸入电解液中。
本实施例中，上述直流恒流源1输出的电流范围为0～4A，每路电流为0～2A。
本实施例中，上述电流测量装置2能同时测量两路电流（0～2.5A）和电荷量。
上述电解槽3中的电解液为饱和盐溶液。
上述控制监测系统5根据设定值控制电流源的输出电流，调整两条电路电流的分配情况，同时监测泄漏电流情况，统计泄漏电量。
直流电源、金属电极与电解液三者共同构成了电解回路。在电动势作用下，与电源正极相连的金属失去电子，成为阳离子脱离材料表面，形成阳极腐蚀。
阳极金属在电解过程中损失的质量与其通过的电荷量符合法拉第电解定律，即
      （1）
其中，
Figure 568000DEST_PATH_IMAGE004
为电解产生的物质量（
Figure 614891DEST_PATH_IMAGE006
），
Figure 369221DEST_PATH_IMAGE008
为物质的摩尔质量（
Figure 168549DEST_PATH_IMAGE010
），为电流值（
Figure 121779DEST_PATH_IMAGE014
），
Figure 425721DEST_PATH_IMAGE016
为电腐蚀过程持续时间（
Figure 700845DEST_PATH_IMAGE018
），为阳极金属释放的电子数，为法拉第常数（
Figure 470721DEST_PATH_IMAGE024
）。
由于
Figure 611852DEST_PATH_IMAGE026
                （2）
式1式可改写为
Figure 109829DEST_PATH_IMAGE028
      （3）
其中，
              （4）
以上推导说明，阳极金属在电解过程中损失的质量与通过的泄漏电荷量成正比，比例系数
Figure 894432DEST_PATH_IMAGE032
为常数，称为该金属的电化学当量（锌的电化学当量为0.3388mg/C，铁的电化学当量为0.2894mg/C）。因此，可以用阳极金属损失的电荷量来分析电腐蚀问题。
高压直流输电线路上发生铁帽电腐蚀的绝缘子位于负极性一侧，与电源正极相连的铁帽为阳极，与电源负极相连的钢脚为阴极，当回路通过泄漏电流时，阳极铁帽失去电子，生成离子，经过一系列的化学过程，形成铁锈
Figure 776937DEST_PATH_IMAGE034
附着在瓷面上。
由以上电解过程可以看出，金属、液体环境、接触面、电流是铁帽电解腐蚀发生的四个要素，只有四个要素同时存在，才能发生铁帽电解腐蚀反应。
根据上述分析，可将金属电极浸没在饱和盐溶液中进行电解试验，用以模拟直流瓷绝缘子铁帽的电腐蚀过程。其中，铁件和锌件作为电解回路的阳极与直流恒流源的正极相连，铜电极作为阴极与直流恒流源的负极相连。阳极中的铁件和锌件有两种连接方式，一种为物理、电气均相连，另一种为物理隔绝、电气相连。前者模拟的是出厂时自带锌环的直流瓷绝缘子铁帽的电腐蚀过程，后者模拟的是出厂时不带锌环，后来添加马蹄形锌环的直流瓷绝缘子铁帽的电腐蚀过程。
本发明直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验方法，包括下述步骤：
1）清洗锌件7和铁件8表面的污垢，再用砂纸打磨，去除表面氧化物；
2）称量锌件7和铁件8的质量； 
3）根据所模拟的工况，将锌件7和铁件8悬挂至绝缘支架4上，并将锌件7和铁件8部分浸入电解槽3的电解液中；
4）将直流恒流源1的正极与锌件7和铁件8连接，将直流恒流源1的负极与铜电极6连接，并将铜电极6浸入电解槽3的电解液中；
5）接通直流恒流源1进行试验，电流测量装置2分别测量每路试验的电荷量，并记录每路试验电荷量；
6）试验完成后，再次称量锌件7和铁件8的质量，计算质量损失。
本发明所述试验方法可对工程上直流瓷绝缘子铁帽的电腐蚀机理进行深入细致的试验研究。

Claims (6)

1.一种直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置，其特征在于包括有直流恒流源（1）、电流测量装置（2）、电解槽（3）、绝缘支架（4）和控制监测系统（5），其中锌件（7）和铁件(8)悬挂于绝缘支架（4）上，且锌件（7）和铁件(8)的下端浸入电解槽（3）的电解液中；直流恒流源（1）的正极与锌件（7）和铁件(8)连接，直流恒流源（1）的负极与铜电极(6)连接，铜电极（6）的下端也浸入电解槽（3）的电解液中，电流测量装置（2）的输入端与直流恒流源（1）连接，电流测量装置（2）的输出端与试品相连接，同时将测量数据通过传输线传输至控制监测系统（5）。
2.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置，其特征在于上述直流恒流源（1）输出的电流范围为0～4A，每路电流为0～2A。
3.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置，其特征在于上述电流测量装置（2）能同时测量两路电流（0～2.5A）和电荷量。
4.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置，其特征在于上述电解槽（3）中的电解液为饱和盐溶液。
5.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验装置，其特征在于上述控制监测系统（5）根据设定值控制电流源的输出电流，调整两条电路电流的分配情况，同时监测泄漏电流情况，统计泄漏电量。
6.一种直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀机理研究的试验方法，其特征在于包括下述步骤：
1）清洗锌件和铁件表面的污垢，再用砂纸打磨，去除表面氧化物；
2）称量锌件（7）和铁件(8)的质量；
3）根据所模拟的工况，将锌件（7）和铁件(8)悬挂至绝缘支架（4）上，并将锌件和铁件部分浸入电解槽（3）的电解液中；
4）将直流恒流源（1）的正极与锌件（7）和铁件(8)连接，将直流恒流源（1）的负极与铜电极(6)连接，并将铜电极(6)浸入电解槽（3）的电解液中；
5）接通直流恒流源（1）进行试验，电流测量装置（2）分别测量每路试验的电荷量，并记录每路试验电荷量；
6）试验完成后，再次称量锌件（7）和铁件(8)的质量，计算质量损失。
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