CN103063559B - 一种直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置。包括直流电源系统、试品悬挂系统、液体环境模拟系统、摄像监测系统、泄漏电流测量系统和排水系统。其中直流电源系统提供可靠、稳定的直流试验电压；试品悬挂系统满足不同悬挂方式下6路试品绝缘子进行加速电腐蚀试验的要求；液体环境模拟系统能提供试验液体环境；摄像监测系统可对试品绝缘子的电腐蚀过程进行全程图像追踪记录；泄漏电流测量系统可对6路试品绝缘子进行实时监测，信号处理装置可对每一路试品绝缘子的泄漏电量进行累加计算；排水系统可对试验水溶液进行处理并可供回收利用。本发明操作简单、实用性强，试验结果与现场实际状况等效性高，可广泛用于直流瓷绝缘子铁帽电腐蚀的试验研究。

Description

一种直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置

技术领域

本发明是一种直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，属于直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置的改造技术。

背景技术

我国幅员辽阔，水能、煤炭资源较丰富，油、气资源相对贫乏，发电能源资源的分布和用电负荷的分布极不均衡。一方面，全国可开发的水电资源有近2/3分布在西部的四川、云南、西藏三省区，煤炭保有储量的2/3分布在山西、陕西、内蒙古三省区；另一方面，东部沿海和京广铁路沿线以东地区经济发达，用电负荷约占全国的2/3，发电能源资源却严重不足。一次能源与负荷中心地区在地理位置上分布不均，大容量用电需求和远距离输电是我国特有的国情。高压直流输电线路以其输送距离远、输送容量大、损耗低、安全稳定性高、节约输电走廊、短路电流低等特点，为我国实现更大范围的资源优化配置起了重要作用。自第一条葛南直流投运至今，我国高压直流输电工程发展迅速，已建成并投运多条不同电压等级的直流输电线路。瓷绝缘子作为输电线路的重要设备之一，具有多年的运行经验。悬式瓷绝缘子担负着悬挂导线和对铁塔绝缘的重要任务，广泛应用在世界各地的高压、超高压和特高压输电线路上，为各国输电线路安全运行提供了可靠的保障。

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。

国内外对瓷绝缘子金具腐蚀问题基本集中在钢脚腐蚀，而早期高压直流线路绝缘子大多采取I串悬挂方式，较少发现铁帽腐蚀，且铁帽表面具有镀锌层，能够抑制环境的电化学腐蚀，以往认为铁帽电腐蚀问题并不严重，至今也未见对其电腐蚀问题研究的报道。因此，迫切需要对特高压线路V串瓷绝缘子铁帽电腐蚀问题开展相关研究，因此，需要研制直流瓷绝缘子加速电腐蚀试验装置，进行相关研究。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种设计合理，方便实用的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置。本发明满足直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验的要求。

本发明的技术方案是：本发明的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，包括有直流电源系统、试品悬挂系统、液体环境模拟系统、摄像监测系统、泄漏电流测量系统，其中直流电源系统与泄漏电流测量系统电连接，试品绝缘子通过试品悬挂系统悬挂在液体环境模拟系统中，试品绝缘子与泄漏电流测量系统电连接，泄漏电流测量系统的输出端与信号处理装置电连接。

上述电源系统包括有调压器、全绝缘升压变压器以及全波整流装置三部分，其中调压器的初级线圈与电源连接，调压器的次级线圈与全绝缘升压变压器的初级线圈连接，全波整流装置的输入端与全绝缘升压变压器的次级线圈连接，全波整流装置的输出端与泄漏电流测量系统电连接。

上述试品悬挂系统包括有6路能使待测试品同时独立进行加速电腐蚀试验的悬挂支架，所述悬挂支架为等边三角形，悬挂支架的至少一边或各边设有便于悬挂试品绝缘子的悬挂点及便于调整试品绝缘子的安装角度的悬挂角度调节装置，悬挂支架的三个顶点处由绝缘支柱支撑。

上述试品绝缘子的悬挂方式为I型串、V型串和耐张串；I型串悬挂方式的试品绝缘子直接挂至悬挂支架；V型串悬挂方式的试品绝缘子的钢脚用绝缘绳与悬挂支架（31）相连，通过调整绝缘绳的长度调整V串的夹角；直流电压源的高压端通过金属夹固定在试品绝缘子的钢脚上；耐张串悬挂方式的试品绝缘子的耐张绝缘子铁帽通过球头挂环悬挂于支架上的圆环挂点，绝缘绳连接钢脚和悬挂支架，通过缩短绝缘绳距离实现耐张串悬挂方式，直流电压源的高压端通过金属夹固定在绝缘子钢脚上。

上述液体环境模拟系统能实现喷水法和滴水法两种液体环境模拟方式，包括有试验室、水箱、喷头、调节阀，其中喷水法还设有水泵，采用水泵加压，水泵输入端通过软管与水箱相连，输出端与调节阀相连，调节阀输出端通过立体锥喷头将水均匀喷至试品绝缘子的铁帽和瓷面间的缝隙，喷水速度在15～25L/h范围内；滴水法的水箱置于试验室的顶端，出水口通过软管与调节阀相连，调节阀输出端连接圆柱形喷头，圆柱喷头从试品绝缘子的铁帽与瓷面缝隙的正上方向绝缘子滴水，滴水速度在0～15L/h范围内；上述喷头安装于悬挂支架上。

上述液体环境模拟系统中还装设有对试品绝缘子电腐蚀位置进行定期拍摄的摄像监测系统，摄像监测系统与信号处理装置连接。

上述液体环境模拟系统的底部还装设有能完成水的循环利用的排水系统，排水系统包括废水收集箱、排水泵和过滤系统，废水收集箱位于液体环境模拟系统的试验室所设底板的下方，试验用水通过底板上的凹槽汇聚到废水收集箱，废水收集箱有软管连通到排水泵，排水泵的出水端与能将水中的杂质过滤的过滤系统相连，经过滤系统的滤网过滤后无杂质的水在排水泵的压力下抽至液体环境模拟系统的水箱。

本发明按照所述方案进行设计，本发明具有以下优点：1、直流电源系统可提供可靠、稳定的直流试验电压；2、试品悬挂系统，能够满足不同悬挂方式下6路试品绝缘子同时进行加速电腐蚀试验的要求；3、采用喷水法或滴水法进行试验时，水流速度及方向灵活可调，能够较好地提供试验液体环境；4、摄像监测系统可对试品绝缘子的电腐蚀过程进行全程图像追踪记录；5、泄漏电流测量系统可对6路试品绝缘子进行实时监测，信号处理装置可对每一路试品绝缘子的泄漏电量进行累加计算；6、排水系统可对试验水溶液进行处理并可供回收利用。

本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置。

附图说明

图1为本发明试验装置原理图

图2为本发明直流电源系统图

图3为本发明试品绝缘子悬挂支架结构图

图4为本发明喷水法试验原理图

图5为本发明滴水法试验原理图

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图1所示，包括有直流电源系统1、试品悬挂系统2、液体环境模拟系统3、摄像监测系统4、泄漏电流测量系统5，其中直流电源系统1与泄漏电流测量系统5电连接，试品绝缘子33通过试品悬挂系统2悬挂在液体环境模拟系统3中，试品绝缘子33与泄漏电流测量系统5电连接，泄漏电流测量系统5的输出端与信号处理装置电连接。

如图2所示，上述电源系统1包括有调压器7、全绝缘升压变压器8以及全波整流装置9三部分，其中调压器7的初级线圈与电源连接，调压器7的次级线圈与全绝缘升压变压器8的初级线圈连接，全波整流装置9的输入端与全绝缘升压变压器8的次级线圈连接，全波整流装置9的输出端与泄漏电流测量系统5电连接。调压器7由380V电压供电，调压器的控制电缆与电脑相连，输出端通过电缆与全绝缘升压变压器相连，全绝缘变压器变比为380V/35kV，根据不同的调压器输出电压得到不同的交流试验电压。该电压由全波整流装置整流并滤波后实现了稳定的直流试验电压，电压范围为0～30kV，电流范围为0～2A，纹波系数小于3%。

如图3所示，上述试品悬挂系统2包括有6路能使待测试品同时独立进行加速电腐蚀试验的悬挂支架31，所述悬挂支架31为等边三角形，悬挂支架31的至少一边或各边设有便于悬挂试品绝缘子33的悬挂点35及便于调整试品绝缘子33的安装角度的悬挂角度调节装置32，悬挂支架31的三个顶点处由绝缘支柱34支撑。

上述悬挂点35为圆环挂点，悬挂点35与悬挂支架31绝缘，试品绝缘子33的铁帽通过球头挂环固定于悬挂点35，并与泄漏电流测量系统5相连接。

上述试品绝缘子33的悬挂方式为I型串、V型串和耐张串；I型串悬挂方式的试品绝缘子33直接挂至悬挂支架31；V型串悬挂方式的试品绝缘子33的钢脚用绝缘绳与悬挂支架31相连，通过调整绝缘绳的长度调整V串的夹角；直流电压源的高压端通过金属夹固定在试品绝缘子33的钢脚上；耐张串悬挂方式的试品绝缘子33的耐张绝缘子铁帽通过球头挂环悬挂于支架上的圆环挂点，绝缘绳连接钢脚和悬挂支架，通过缩短绝缘绳距离实现耐张串悬挂方式，直流电压源的高压端通过金属夹固定在绝缘子钢脚上。

如图1和图4所示，上述液体环境模拟系统3能实现喷水法和滴水法两种液体环境模拟方式，包括有试验室、水箱、喷头、调节阀，其中喷水法还设有水泵，采用水泵加压，水泵输入端通过软管与水箱相连，输出端与调节阀相连，调节阀输出端通过立体锥喷头将水均匀喷至试品绝缘子（33）的铁帽和瓷面间的缝隙，喷水速度在15～25L/h范围内；滴水法的水箱置于试验室的顶端，出水口通过软管与调节阀相连，调节阀输出端连接圆柱形喷头，圆柱喷头从试品绝缘子33的铁帽与瓷面缝隙的正上方向绝缘子滴水，滴水速度在0～15L/h范围内；本实施例中， 6路喷头安装于支撑支架31上，均可灵活调整水流方向。

本实施例中，喷水法试验时，喷头与绝缘子铁帽间的距离宜在10～15cm之间，喷水效果比较均匀。

本实施例中，如图4所示，滴水法试验时，喷头与绝缘子铁帽间的距离宜在2～3cm之间，喷水效果比较均匀。

如图1所示，上述液体环境模拟系统3中还装设有对试品绝缘子33电腐蚀位置进行定期拍摄的摄像监测系统4，摄像监测系统4与信号处理装置连接。本实施例中，摄像监测系统4包含1路高分辨率摄像装置，像素为1210万，可对试品绝缘子的电腐蚀位置进行定期拍摄，拍摄周期可根据试验要求进行设定。

如图1所示，泄漏电流测量系统5包括6路泄漏电流测量装置。泄漏电流采用阻性测量方法，针对不同的泄漏电流范围，需采用不同的测量电阻进行分档测量，以减少测量误差。测量电流原理为读取测量电阻两端电压，并除以测量电阻即为泄漏电流。测量较小电流时应采用大电阻以提高测量的准确性；测量较大电流时应采用小电阻以控制测量电阻两端电压在合理测量范围内。本实施例中，泄漏电流测量范围设定为5uA～3mA、3mA～30mA、30mA～200mA三个档位，测量系统可根据试验中电流档位在不同的测量电阻间自动切换，采样频率1kHz。

如图1所示，上述液体环境模拟系统3的底部还装设有能完成水的循环利用的排水系统6，排水系统6包括废水收集箱14、排水泵15和过滤系统16，废水收集箱14位于液体环境模拟系统3的试验室所设底板的下方，试验用水通过底板上的凹槽汇聚到废水收集箱14，废水收集箱14有软管连通到排水泵，排水泵的出水端与能将水中的杂质过滤的过滤系统16相连，经过滤系统16的滤网过滤后无杂质的水在排水泵的压力下抽至液体环境模拟系统3的水箱，完成水的循环利用。

Claims (9)

1.一种直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，其特征在于包括有直流电源系统（1）、试品悬挂系统（2）、液体环境模拟系统（3）、摄像监测系统（4）、泄漏电流测量系统（5），其中直流电源系统（1）与泄漏电流测量系统（5）电连接，试品绝缘子（33）通过试品悬挂系统（2）悬挂在液体环境模拟系统（3）中，试品绝缘子（33）与泄漏电流测量系统（5）电连接，泄漏电流测量系统（5）的输出端与信号处理装置电连接；上述试品悬挂系统（2）包括有6路能使待测试品同时独立进行加速电腐蚀试验的悬挂支架（31），所述悬挂支架（31）为等边三角形，悬挂支架（31）的至少一边或各边设有便于悬挂试品绝缘子（33）的悬挂点（35）及便于调整试品绝缘子（33）的安装角度的悬挂角度调节装置（32），悬挂支架（31）的三个顶点处由绝缘支柱（34）支撑。

2.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，其特征在于上述电源系统（1）包括有调压器（7）、全绝缘升压变压器（8）以及全波整流装置（9）三部分，其中调压器（7）的初级线圈与电源连接，调压器（7）的次级线圈与全绝缘升压变压器（8）的初级线圈连接，全波整流装置（9）的输入端与全绝缘升压变压器（8）的次级线圈连接，全波整流装置（9）的输出端与泄漏电流测量系统（5）电连接。

3.根据权利要求2所述的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，其特征在于上述调压器（7）的额定容量为60kVA，输入电压为380V，输出电压范围为0-380V；全绝缘升压变压器（8）的额定容量为60kVA，变比为380V/35kV，全波整流置中硅堆最大正向电流2A，最大反向电流为5uA；滤波电容值为16uF；全波整流装置（9）的输出电压范围为0～30kV，电流为0～2A，纹波系数小于3%。

4.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，其特征在于上述悬挂点（35）为圆环挂点，悬挂点（35）与悬挂支架（31）绝缘，试品绝缘子（33）的铁帽通过球头挂环固定于悬挂点（35），并与泄漏电流测量系统（5）相连接。

5.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，其特征在于上述试品绝缘子（33）的悬挂方式为I型串，或V型串，或耐张串；I型串悬挂方式的试品绝缘子（33）直接挂至悬挂支架（31）；V型串悬挂方式的试品绝缘子（33）的钢脚用绝缘绳与悬挂支架（31）相连，通过调整绝缘绳的长度调整V串的夹角；直流电压源的高压端通过金属夹固定在试品绝缘子（33）的钢脚上；耐张串悬挂方式的试品绝缘子（33）的耐张绝缘子铁帽通过球头挂环悬挂于支架上的圆环挂点，绝缘绳连接钢脚和悬挂支架，通过缩短绝缘绳距离实现耐张串悬挂方式，直流电压源的高压端通过金属夹固定在绝缘子钢脚上。

6.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，其特征在于上述液体环境模拟系统（3）能实现喷水法和滴水法两种液体环境模拟方式，包括有试验室、水箱、喷头、调节阀，其中喷水法还设有水泵，采用水泵加压，水泵输入端通过软管与水箱相连，输出端与调节阀相连，调节阀输出端通过立体锥喷头将水均匀喷至试品绝缘子（33）的铁帽和瓷面间的缝隙，喷水速度在15～25L/h范围内；滴水法的水箱置于试验室的顶端，出水口通过软管与调节阀相连，调节阀输出端连接圆柱形喷头，圆柱喷头从试品绝缘子（33）的铁帽与瓷面缝隙的正上方向绝缘子滴水，滴水速度在0～15L/h范围内；上述喷头安装于悬挂支架（31）上。

7.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，其特征在于上述液体环境模拟系统（3）中还装设有对试品绝缘子（33）电腐蚀位置进行定期拍摄的摄像监测系统（4），摄像监测系统（4）与信号处理装置连接。

8.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，其特征在于上述泄漏电流测量系统（5）在试验过程中对6路试品绝缘子的泄漏电流进行实时测量，并监测每路泄漏电流的实时波形；针对不同量值的泄漏电流，在5uA～3mA、3mA～30mA和30mA～200mA三档中自动选择并切换测量档位；每路的泄漏电量通过信号处理装置自动计算并实时显示。

9.根据权利要求1所述的直流瓷绝缘子铁帽加速电腐蚀试验装置，其特征在于上述液体环境模拟系统（3）的底部还装设有能完成水的循环利用的排水系统（6），排水系统（6）包括废水收集箱（14）、排水泵（15）和过滤系统（16），废水收集箱（14）位于液体环境模拟系统（3）的试验室所设底板的下方，试验用水通过底板上的凹槽汇聚到废水收集箱（14），废水收集箱（14）有软管连通到排水泵，排水泵的出水端与能将水中的杂质过滤的过滤系统（16）相连，经过滤系统（16）的滤网过滤后无杂质的水在排水泵的压力下抽至液体环境模拟系统（3）的水箱。