CN103091577A - 直流绝缘子离子迁移试验设备 - Google Patents

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张锐
杨亚北
卢燕龙
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State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
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Abstract

本发明涉及一种直流绝缘子离子迁移试验设备，包含电动调压器、高压变压器、整流滤波、恒温箱、工业计算机及测量仪器，其特征在于，通过电动调压器、高压变压器、整流滤波来给试验绝缘子供电，通过恒温箱确保试验在恒温中进行，通过工业计算机控制测量回路的数据采集及加热信息，测量仪器采用5位半数字万用表，测量电压和电流信号。本发明的直流绝缘子离子迁移试验设备，其具有高电流精度、高保护效果、高温度均匀性、高温度测量可靠性及绝缘子安装方便等特性。

Description

直流绝缘子离子迁移试验设备
技术领域
本发明属于绝缘子试验设备，涉及一种直流绝缘子离子迁移试验设备。
背景技术
电力是一种清洁的便于输送的能源，目前我国正大力发展电力输送，特别是特高压工程，直流输电与交流输电相比，具有线路造价低、能量损耗小、对通信干扰小、无需无功补偿、不需要同步、容易稳定控制等因素，因此目前发展迅速，我国目前有多条±500kV以上的直流输电线路。因此用在直流输电线路上的直流绝缘子就是一个非常重要的部件，研究其稳定性，通过试验判断其使用寿命，劣化情况，就显得十分重要。
直流电压下，电场方向固定不变，这样就会造成绝缘子中的离子一直向一个方向移动，也就是我们通常说的离子迁移，这个迁移电荷会对绝缘材料产生一定的劣化作用，目前国标GB/T 19443-2004以及IEC61325:2008都规定了绝缘子离子迁移寿命大于50年，这就需要通过试验的方式来验证绝缘子可以迁移50年的电荷量。根据瓷绝缘子和玻璃绝缘子的特性，温度越高，离子迁移速度越快，所以需要找到一个温度和电压，使得正常运行情况下迁移50年的电荷量可以在几天内完成，这样才具有试验的可能性。目前标准规定试验电压为+65kV—+75kV，试验温度为90℃—120℃，在这个范围内选取最优的试验参数。
目前，直流绝缘子的离子迁移试验主要是通过采用高电压下对直流绝缘子的离子迁移量（迁移电荷）进行测试，模拟绝缘子50年自然环境下的离子迁移。现有的测试设备主要是人工切换、人工计算电流和电荷。 日本碍子（NGK）株式会社离子迁移的设备采用的是复合式记录仪，电流测量采用外加电阻转换成电压方式（I/V）方式。其电流大小不同时采用不同的电阻，电阻精度（受温度等因素影响）影响测量精度。国内一些大学和科研机构采用高阻计或者微安表对如此微弱的电流信号测量，很难确保其测量的精度和准确度。另外，采用这些设备时对于测量数据的读取记录以及分析处理均需要人工来进行。 所以难免引入一些人为的测量误差。采用复合式记录仪进行测量 ，虽能实现数据的自动打印人为的干预较少， 但设备本身也比较落后。
对于试验箱内温度测量，目前都采用有线的方式测量绝缘子帽头温度，虽然理论上绝缘子帽头与地相连，不存在高电压等，但实际上仍然会引入高电压干扰，不仅会损坏设备，同时对测量人员构成一定威胁，极其不安全。
有鉴于此，本发明提供一种直流绝缘子离子迁移试验设备，以满足工业应用需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流绝缘子离子迁移试验设备，其具有高电流精度、高保护效果、高温度均匀性、高温度测量可靠性及绝缘子安装方便等特性。
为解决以上问题，本发明提供一种直流绝缘子离子迁移试验设备，包含电动调压器、高压变压器、整流滤波、恒温箱、工业计算机及测量仪器，其特征在于，通过电动调压器、高压变压器、整流滤波来给试验绝缘子供电，通过恒温箱确保试验在恒温中进行，通过工业计算机控制测量回路的数据采集及加热信息，测量仪器采用5位半数字万用表，测量电压和电流信号。
如上所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，采用高精密的5位半的台式数字表，其电流测试精度高灵敏度为1nA，电压测试精度精确到1μV，测试电流达10A，测试电压达1000V。
如上所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，采用双开关并联切换设计，正常离子迁移状态下，测试回路开关打开，迁移回路开关关闭，当需要测试该路时，先关闭测试回路开关，再打开迁移回路开关，这样确保整个测试切换过程中无接地断开情况，保证测试回路不受高电压悬浮电位的冲击。
如上所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，设计串联多级高压电阻加TVS管的保护电路，并在每一路接入口串联一快速熔断管方式保护。
如上所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，采用双面立体箱体结构，箱体前后各有两扇对开门，两面都有四层绝缘子放置架，能够放置28片绝缘子，实际试验中，两个箱体组合，可以放置56片绝缘子。
如上所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，绝缘子水平放置于箱体的绝缘子架上，该绝缘子架分为帽头架和钢脚架，利用绝缘子自重固定在绝缘子架上，无需任何固定操作，同时该绝缘子架能够伸缩，保证从70kN至550kN的绝缘子都可以放置于该绝缘子架上，保证了试验能覆盖所有绝缘子。
如上所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，采用双风道对流加热的方式，箱体低端有两个出风口，出风口的风向可通过百叶窗片调节，箱体上部有两个吸风风洞，箱体加热管位于箱体两侧，这样热气从箱体底部吹出，箱体上部空气被吸进加热炉后再从箱体底部吹出，箱体两边各形成一个加热的空气环路，同时两个加热回路在箱体里存在空气对流互换，这样保证了箱体内的温度均匀性。
如上所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，使用无线温度测量传感器，该传感器内部有永磁铁，能够吸附到绝缘子铁帽上，并且其温度值为无线传输到箱体外部，方便测量每个绝缘子铁帽的温度，并且不会将箱内高压引出箱外，增加了安全性。
本发明的优点在于：1）该设备可自动完成Q/D预测试验、体电阻试验、累积电荷试验、热破坏试验；可自动生成试验报告；试验过程计算机全自动控制，无需人工干预。2）使用该设备进行试验时电流的测试精度可达到0.001μA，不同绝缘子间微弱的差别。3）发生闪络时系统测试电路无损坏，保护电路起到了应有的作用。4）安装52片试验绝缘子仅占地7.28平方米。占地面积小。
附图说明
图1是本发明的离子迁移试验设备的设计框图。
图2是本发明的离子迁移试验设备的测量部分设计框图。
图3是本发明的离子迁移试验设备的保护电路图。
图4是本发明的离子迁移试验设备的绝缘子布置及支架设计框图。
图5是本发明的离子迁移试验设备的恒温箱设计框图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
附图中的标记说明：
图2：Kd代表的回路的接地开关，Kc代表个分回路的测量开关，Ki代表测量总开关，每个回路，通过一组接地开关Kd和测量开关Kc，确保在任何时刻测量回路到高压安全地是完整的回路，确保试验的安全性；
图3：R为保护电阻，TVS为瞬态电压抑制二极管，GDT为陶瓷气体放电管，Re为压敏电阻；
图5：1、2-上吸风口，3、4-下出风口，5、6-加热管。
本发明总体系统结构如图1所示，一种直流绝缘子离子迁移试验设备，包含电动调压器、高压变压器、整流滤波、恒温箱、工业计算机及测量仪器，其特征在于，通过电动调压器、高压变压器、整流滤波来给试验绝缘子供电，通过恒温箱确保试验在恒温中进行，通过工业计算机控制测量回路的数据采集及加热信息，测量仪器采用5位半数字万用表，测量电压和电流信号。
采用高精密的5位半的台式数字表，其电流测试精度高灵敏度为1 nA，电压测试精度精确到1μV（1000:1分压器实际精度达到0.001V）。测试量程可自动切换，测试电流高达10A，测试电压高达1000V，完全能满足试验需要。
采用双开关并联切换设计，正常离子迁移状态下，测试回路开关打开，迁移回路开关关闭，当需要测试该路时，先关闭测试回路开关，再打开迁移回路开关，这样确保整个测试切换过程中无接地断开情况，保证测试回路不受高电压悬浮电位的冲击。
设计串联多级高压电阻加TVS管的保护电路，并在每一路接入口串联一快速熔断管方式保护。为防止直流绝缘子击穿后，前面两极TVS管首先对电路进行保护，争取在TVS热损害前，一次侧过流保护首先动作，切断高压输入电源，如果一次侧未动作前TVS已损害，大电流在进入电路板时，快速熔断管会熔断保护，防止电流进一步进入后一级电路和仪表造成更大的损失。但熔断管熔断后，为防止悬浮状态下输入端对其他设备放电，设计是对输入端进行覆铜包地处理。让熔断器输入端子对包覆的高压地放电。防止其对其他电路的损坏。
采用双面立体箱体结构，箱体前后各有两扇对开门，两面都有四层绝缘子放置架，可以放置28片绝缘子。实际试验中，两个箱体组合，可以做56片绝缘子。
绝缘子水平放置于箱体的绝缘子架上，该绝缘子架分为帽头架和钢脚架，利用绝缘子自重固定在绝缘子架上，无需任何固定操作，同时该绝缘子架都可伸缩，保证从70kN—550kN的绝缘子都可以放置于该绝缘子架上，保证了试验能覆盖所有绝缘子。
采用双风道对流加热的方式，箱体低端有两个出风口，出风口的风向可通过百叶窗片调节，箱体上部有两个吸风风洞，箱体加热管位于箱体两侧，这样热气从箱体底部吹出，箱体上部空气被吸进加热炉后再从箱体底部吹出，箱体两边各形成一个加热的空气环路，同时两个加热回路在箱体里存在空气对流互换，这样保证了箱体内的温度均匀性。
使用了无线温度测量传感器，该传感器内部有永磁铁，可以吸附到绝缘子铁帽上，并且其温度值为无线传输到箱体外部，方便测量每个绝缘子铁帽的温度，并且不会将箱内高压引出箱外，增加了安全性。
图2为测量部分设计框图，其中Kd和Kc两个开关确保试验中绝缘子始终接地，保证试验安全。
图3为设计的保护电路。
图4为绝缘子布置及支架设计框图。
图5为恒温箱原理示意图，利用出风口和吸风口来确保温度均匀度。
具体实施中，通过计算机来控制温度恒定以及自动测量绝缘子泄漏电流和所加电压，计算迁移电荷量，当迁移电荷量达到设定值时，自动提示迁移结束。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种直流绝缘子离子迁移试验设备，包含电动调压器、高压变压器、整流滤波、恒温箱、工业计算机及测量仪器，其特征在于，通过电动调压器、高压变压器、整流滤波来给试验绝缘子供电，通过恒温箱确保试验在恒温中进行，通过工业计算机控制测量回路的数据采集及加热信息，测量仪器采用5位半数字万用表，测量电压和电流信号。
2.根据权利要求1所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，采用高精密的5位半的台式数字表，其电流测试精度高灵敏度为1nA，电压测试精度精确到1μV，测试电流达10A，测试电压达1000V。
3.根据权利要求1所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，采用双开关并联切换设计，正常离子迁移状态下，测试回路开关打开，迁移回路开关关闭，当需要测试该路时，先关闭测试回路开关，再打开迁移回路开关，这样确保整个测试切换过程中无接地断开情况，保证测试回路不受高电压悬浮电位的冲击。
4.根据权利要求1所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，设计串联多级高压电阻加TVS管的保护电路，并在每一路接入口串联一快速熔断管方式保护。
5.根据权利要求1所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，采用双面立体箱体结构，箱体前后各有两扇对开门，两面都有四层绝缘子放置架，能够放置28片绝缘子，实际试验中，两个箱体组合，可以放置56片绝缘子。
6.根据权利要求1所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，绝缘子水平放置于箱体的绝缘子架上，该绝缘子架分为帽头架和钢脚架，利用绝缘子自重固定在绝缘子架上，无需任何固定操作，同时该绝缘子架能够伸缩，保证从70kN至550kN的绝缘子都可以放置于该绝缘子架上，保证了试验能覆盖所有绝缘子。
7.根据权利要求1所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，采用双风道对流加热的方式，箱体低端有两个出风口，出风口的风向可通过百叶窗片调节，箱体上部有两个吸风风洞，箱体加热管位于箱体两侧，这样热气从箱体底部吹出，箱体上部空气被吸进加热炉后再从箱体底部吹出，箱体两边各形成一个加热的空气环路，同时两个加热回路在箱体里存在空气对流互换，这样保证了箱体内的温度均匀性。
8.根据权利要求1所述的直流绝缘子离子迁移试验设备，其特征在于，使用无线温度测量传感器，该传感器内部有永磁铁，能够吸附到绝缘子铁帽上，并且其温度值为无线传输到箱体外部，方便测量每个绝缘子铁帽的温度，并且不会将箱内高压引出箱外，增加了安全性。
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