CN103513171A - 一种复合支柱绝缘子工频耐压试验设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合支柱绝缘子工频耐压试验设备及方法，该设备包括依次连接的变频器、励磁变压器和避雷针，依次与所述避雷针与励磁变压器的第一公共端连接的谐振电抗器和高压试验导线，高压端分别与所述高压试验导线的高压端连接的分压器、并联电抗器和试品，以及分别与避雷针与励磁变压器的第二公共端、分压器的低压端、并联电抗器的低压端和试品的低压端连接的接地铜带；所述接地铜带接地。本发明所述复合支柱绝缘子工频耐压试验设备及方法，可以克服现有技术中无法探伤和检测难度大等缺陷，以实现容易探伤和检测方便的优点。

Description

一种复合支柱绝缘子工频耐压试验设备及方法

技术领域

本发明涉及复合支柱绝缘子技术领域，具体地，涉及一种复合支柱绝缘子工频耐压试验设备及方法。

背景技术

750kV复合支柱绝缘子开始广泛使用，主要用于隔离开关设备。若怀疑绝缘问题时，瓷质绝缘子可以通过超声波探伤来进行检测，但复合支柱绝缘子不能探伤，如果怀疑绝缘出现问题，进行工频耐压试验是有效的检测方法。

但目前缺少相关的检测设备和方法。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在无法探伤和检测难度大等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，以实现容易探伤和检测方便的优点。

本发明的第二目的在于，提出一种复合支柱绝缘子工频耐压试验方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，包括依次连接的变频器、励磁变压器和避雷针，依次与所述避雷针与励磁变压器的第一公共端连接的谐振电抗器和高压试验导线，高压端分别与所述高压试验导线的高压端连接的分压器、并联电抗器和试品，以及分别与避雷针与励磁变压器的第二公共端、分压器的低压端、并联电抗器的低压端和试品的低压端连接的接地铜带；所述接地铜带接地。

进一步地，所述谐振电抗器，采用加强的高压端绕组，防止试品击穿产生的过电压损坏谐振电抗器；和/或，

所述励磁变压器，采用加强绝缘的首端绕组，在励磁变压器首端并联匹配的避雷器，防止试品击穿产生的过电压损坏励磁变压器。

进一步地，所述接地铜带为宽扁铜带，和/或，高压试验导线为扩径导线，和/或，所述分压器，由串联电容组成。

进一步地，所述扩径导线中间为细钢丝或铜导线，导线的屏蔽罩由钢丝组成骨架并用锡箔纸包裹，导线两端有圆形铝板将屏蔽罩固定，并将钢丝或铜导线引出。

进一步地，所述谐振电抗器和分压器，均设有用于减小电晕产生的顶部均压环和腰部均压环。

同时，本发明采用的另一技术方案是：一种与以上所述的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备相匹配的复合支柱绝缘子工频耐压试验方法，包括：

步骤1：确定试验电压参数；

步骤2：基于上述试验电压参数，采用整体加压或局部加压的方式进行加压，利用所述复合支柱绝缘子工频耐压试验设备进行耐压监测。

进一步地，在步骤1中，所述试验电压参数包括试验电压频率和试验电压幅值。

进一步地，所述试验电压频率的计算公式为：

；

其中，L为谐振电抗器的额定电感，C 为试验回路的电容量，C=分压器电容量+并联电容器电容量+试品电容量；

和/或，

所述试验电压幅值的计算公式为：

。

进一步地，在步骤2中，利用所述复合支柱绝缘子工频耐压试验设备进行耐压监测的操作，具体包括：

利用所述复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，给试品施加高于正常运行电压的试验电压，来检验试品的绝缘状况；

试验时采用整体加压或局部加压的方式：

当不能确认缺陷或故障的位置时采用整体加压的方式； 

当怀疑某一部分存在缺陷时，对这一部分进行局部加压试验。

本发明各实施例的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备及方法，由于该设备包括依次连接的变频器、励磁变压器和避雷针，依次与避雷针与励磁变压器的第一公共端连接的谐振电抗器和高压试验导线，高压端分别与高压试验导线的高压端连接的分压器、并联电抗器和试品，以及分别与避雷针与励磁变压器的第二公共端、分压器的低压端、并联电抗器的低压端和试品的低压端连接的接地铜带；接地铜带接地；可以可以安全有效地对复合支柱绝缘子的绝缘缺陷进行检测；从而可以克服现有技术中无法探伤和检测难度大的缺陷，以实现容易探伤和检测方便的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明复合支柱绝缘子工频耐压试验设备的结构示意图；

图2为本发明复合支柱绝缘子工频耐压试验设备中谐振电抗器的结构示意图；

图3为本发明复合支柱绝缘子工频耐压试验设备中分压器的结构示意图；

图4为本发明复合支柱绝缘子工频耐压试验设备中扩径导线的结构示意图；

图5为本发明复合支柱绝缘子工频耐压试验设备的整体加压示意图；

图6为本发明复合支柱绝缘子工频耐压试验设备的局部加压示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-变频器；2-励磁变压器；3-避雷针；4-谐振电抗器；5-分压器；6-并联电容器；7-高压试验导线；8-接地铜带；9-试品；10-顶部均压环；11-腰部均压环；12-底座；13-铜导线；14-屏蔽罩；15-钢丝骨架；16-锡箔纸；17-圆形铝板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

为了克服现有技术存在的缺陷，根据本发明实施例，提供了一种复合支柱绝缘子工频耐压试验设备及方法，可以安全有效地对复合支柱绝缘子的绝缘缺陷进行检测。

设备实施例

根据本发明实施例，如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，提供了一种复合支柱绝缘子工频耐压试验设备。

本实施例的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，包括变频器（如变频器1）、励磁变压器（如励磁变压器2）、避雷针（如避雷针3）、谐振电抗器（如谐振电抗器4）、分压器（如分压器5）、并联电容器（如并联电容器6）、高压试验导线（如高压试验导线7）、接地铜带（如接地铜带8）和试品（如试品9），其中：变频器的第一输出端和第二输出端，分别连接在励磁变压器原边线圈的两端；避雷针的第一连接端和第二连接端，分别连接在励磁变压器副边线圈的两端；谐振电抗器的第一连接端与避雷针的第一连接端连接，谐振电抗器的第二连接端与高压试验导线的第一连接端连接；分压器的第一连接端与高压试验导线的第一连接端连接，分压器的第二连接端与避雷针的第二连接端连接；并联电容器的第一连接端与高压试验导线连接，并联电容器的第二连接端与分压器的第二连接端连接；试品连接在高压试验导线的第二连接端与并联电抗器的第二连接端之间（即试品的第一连接端与高压试验导线的第二连接端连接，试品的第二连接端与并联电抗器的第二连接端连接）；试品与并联电抗器连接的一端（即试品的第二连接端）接地，励磁变压器副边线圈的第二连接端、避雷针的第二连接端、分压器的第二连接端、并联电容器的第二连接端和试品的接地端，均与接地铜带连接。

这里，变频器，提供试验电压；励磁变压器，将变频器输出的试验电压进行升压转换；谐振电抗器，连接励磁变压器，用来实现回路串联谐振，使试验电压施加于试品；分压器，由串联电容组成，测量试验电压，同时参与回路谐振；并联电容器，与试品相并联，实现回路谐振；高压试验导线，用于连接谐振电抗器高压端（即谐振电抗器的第二连接端）与分压器高压端（即分压器的第一连接端），还用于连接分压器高压端（即分压器的第一连接端）与并联电容器高压端（即并联电容器的第一连接端），还用于连接并联电容器高压端（即并联电容器的第一连接端）与试品高压端（即试品的第一连接端）；接地铜带，用于连接励磁变压器输出端（即励磁变压器副边线圈的第二连接端）、分压器低压端（即分压器的第二连接端）、并联电容器低压端（即并联电容器的第二连接端）、试品低压端（即试品的第二连接端），并连接至接地排。

在上述实施例中，谐振电抗器采用加强的高压端绕组，防止试品击穿产生的过电压损坏谐振电抗器；励磁变压器采用加强绝缘的首端绕组，在励磁变压器首端并联匹配的避雷器，防止试品击穿产生的过电压损坏励磁变压器；接地铜带为宽扁铜带；谐振电抗器和分压器均设置顶部均压环（如顶部均压环10）和腰部均压环（如腰部均压环11），减小电晕的产生，谐振电抗器和分压器均设置有底座（如底座12）；高压试验导线为扩径导线，扩径导线中间为细钢丝或铜导线（如铜导线13），导线的屏蔽罩（如屏蔽罩14）由钢丝组成骨架（如钢丝骨架15）并用锡箔纸（如锡箔纸16）包裹，导线两端有圆形铝板将屏蔽罩固定，并将钢丝或铜导线引出；扩径导线的端部为圆形铝板（如圆形铝板17）。

方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种复合支柱绝缘子工频耐压试验方法，包括以下步骤：

步骤1：确定试验电压参数；该试验电压参数包括试验电压频率和试验电压幅值；

在步骤1中，试验电压频率

，L为谐振电抗器的额定电感，C 为试验回路的电容量，C=分压器电容量+并联电容器电容量+试品电容量；例如，试验电压频率45~65Hz；试验电压幅值768kV；

；

步骤2：采用整体加压或局部加压的方式进行加压。具体如下：

具体地，在上述实施例中，在步骤1中，确定试验电压参数的操作，具体如下：

工频耐压试验是给试品施加高于正常运行电压的试验电压，来检验试品的绝缘状况。试验中有两个关键参数，试验电压频率、试验电压幅值。根据GB/T16927.1《高电压试验技术 第1部分 一般试验要求》，“试验电压一般应是频率为45~65Hz的交流电压，通常称为工频试验电压”。因此，试验电压频率选为45~65Hz范围内。

试验电压的幅值则应根据试品的绝缘水平及试验标准确定。750kV复合支柱绝缘子绝缘水平为960kV，在检修时，工频耐压试验电压幅值为出厂的80%，所以现场检修后进行试验，试验电压：960×80%=768kV。

因此，对750kV复合支柱绝缘子检修试验，两个参数：试验电压幅值768kV，试验电压频率45~65Hz。

具体地，在上述实施例中，在步骤2中，采用整体加压或局部加压的方式进行加压的操作，具体如下：

步骤2.1：选取试验设备：

工频耐压试验是给试品施加高于正常运行电压的试验电压，来检验试品的绝缘状况。

如图1所示，选取的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，主要设备包括变频器、励磁变压器、谐振电抗器、分压器、并联电容器、高压试验导线和接地铜带，其中：

变频器：由大功率电力电子器件组成，提供频率为45~65Hz的试验电压，其额定输入电压为380V，额定输出电压为400V；

励磁变压器：将较低的试验电压转换为较高的电压，额定输入电压400V，额定输出电压40kV；

谐振电抗器：用来实现回路串联谐振，使试验电压施加于试品，额定电感3000H、额定电压1000kV；

分压器：测量试验电压，同时参与回路谐振，额定电容量1000pF，额定电压1000kV；

并联电容器：实现回路谐振，额定电容量2000pF，额定电压1000kV；

高压试验导线：连接谐振电抗器高压端与分压器高压端、连接分压器高压端与并联电容器高压端、连接并联电容器高压端与试品高压端，采用扩径导线，以减小电晕。截面直径为400mm；

接地铜带：连接励磁变压器输出端、分压器低压端、并联电容器低压端、试品低压端，并连接至接地排。铜带宽100mm，截面厚度10mm，具有减小过电压的作用。

关于选取的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备的其他说明，可参见上述设备实施例的相关说明，在此不再赘述。

步骤2.2：利用选取的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，进行如下操作：

步骤2.2.1：在试验时有可能发生试品击穿，试品发生击穿时，试品的等效电容被短接，在极短的时间内，回路的电流发生突变减小，电感中存储的磁场能向电场能转换，从而产生过电压。

SF6的电气强度很高，其中发生的击穿过程时间极短，在纳秒数量级，在试品击穿时，试验电抗器L高压端和试验变压器高压绕组首端会产生时间很短幅值很高的过电压，给电抗器和试验变压器的绝缘造成极大的威胁。另外，当试品在电压负半周击穿时，电抗器上产生的过电压为负极性，此时连接试验变压器高压尾端与接地桩的回路电位低于地电位，过电压会沿此回路传播至试验变压器高压尾端，可能造成高压尾端绝缘损坏。

为防止试验电抗器高压端因过电压而损坏，采取了加强高压端绕组绝缘的方法，高压端绕组端部端部通常采用角环实现绝缘，通常的角环厚度为2mm，加强端部绝缘时，采用厚度3mm～4mm的角环。并在交接试验时通过规定电压下的间隙放电试验进行验证，从而保证其在试品击穿产生的过电压作用下不损坏。

为防止试验变压器高压首端因过电压而损坏，采取了加强其首端绕组绝缘的措施，绕组端部端部通常采用角环实现绝缘，通常的角环厚度为2mm，加强端部绝缘时，采用厚度3mm～4mm的角环。并在其首端并联参数匹配的避雷器，双重措施保证了试品击穿时试验变压器高压首端不会因过电压而损坏。

对于沿接地线传播至试验变压器高压尾端的过电压，其经过不同的介质传播，按照波过程理论，波的折射系数为：

；

Z1、Z2分别是两种介质的波阻抗，显然，降低Z2可以使折射系数降低，从而降低传播至Z2的波的幅值。试验中接地线一般采用铜线，其波阻抗主要由电感决定，与其成正比，因此降低铜线的电感是降低过电压幅值的有效措施。而铜线的电感与其尺寸相关，与截面积、宽度近似成反比关系，在设备中，采用宽度、截面积较大的扁铜带来降低作用在试验变压器高压尾端的过电压幅值。

步骤2.2.2：当试验电压达到电晕起始电压后，电晕损耗大幅增加，成为回路损耗的主要部分，直接导致回路品质因数的下降。同时，为了供给电晕损耗的有功功率，变频器、试验变压器的输出容量也需要相应增加，导致试验困难。

为了减小试验电抗器和分压器本体产生的电晕，如图2、3所示，试验电抗器和分压器设置顶部均压环和腰部均压环，电抗器的顶部均压环位于电抗器顶部，腰部均压环位于电抗器中间，顶部均压环直径大于腰部均压环，材质相同，顶部均压环直径2.2m，腰部均压环直径2m。分压器的顶部均压环位于分压器顶部，腰部均压环位于分压器中间，顶部均压环直径大于腰部均压环，材质相同，顶部均压环直1.8m，腰部均压环直径1.5m。均压环使其周围电场变为稍不均匀场，提高电晕起始电压，降低试验时的电晕损耗。

连接试验电抗器、分压器、试品的高压导线所产生的电晕也是重要的损耗来源，按照改善电场分布、提高电场均匀长度从而提高电晕起始电压的思路，将普通的导线改为扩径导线有助于提高导线的电晕起始电压。

如图4所示，扩径导线中间为细钢丝或铜导线，屏蔽罩由钢丝组成骨架并用锡箔纸包裹，导线两端有圆形铝板将屏蔽罩固定，并将铜导线引出。铜导线、屏蔽罩、铜导线应可靠连接，确保试验时为等电位。

步骤2.2.3：试验时采用整体加压或局部加压的方式：

当不能确认缺陷或故障的位置时采用整体加压的方式，加压方式如图5所示，试验电压为768kV，试品整体电容量为50pF，L为谐振电抗器的额定电感，C 为试验回路的电容量，C=分压器电容量+并联电容器电容量+试品电容量。

试验电压频率为：

；

当怀疑某一部分存在缺陷时，对这一部分进行局部加压试验，加压方式如图6所示，可知：

。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，其特征在于，包括依次连接的变频器、励磁变压器和避雷针，依次与所述避雷针与励磁变压器的第一公共端连接的谐振电抗器和高压试验导线，高压端分别与所述高压试验导线的高压端连接的分压器、并联电抗器和试品，以及分别与避雷针与励磁变压器的第二公共端、分压器的低压端、并联电抗器的低压端和试品的低压端连接的接地铜带；所述接地铜带接地。

2.根据权利要求1所述的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，其特征在于，所述谐振电抗器，采用加强的高压端绕组，防止试品击穿产生的过电压损坏谐振电抗器；和/或，

所述励磁变压器，采用加强绝缘的首端绕组，在励磁变压器首端并联匹配的避雷器，防止试品击穿产生的过电压损坏励磁变压器。

3.根据权利要求1所述的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，其特征在于，所述接地铜带为宽扁铜带，和/或，高压试验导线为扩径导线，和/或，所述分压器，由串联电容组成。

4.根据权利要求3所述的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，其特征在于，所述扩径导线中间为细钢丝或铜导线，导线的屏蔽罩由钢丝组成骨架并用锡箔纸包裹，导线两端有圆形铝板将屏蔽罩固定，并将钢丝或铜导线引出。

5.根据权利要求1所述的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，其特征在于，所述谐振电抗器和分压器，均设有用于减小电晕产生的顶部均压环和腰部均压环。

6.一种与权利要求1-5中任一项所述的复合支柱绝缘子工频耐压试验设备相匹配的复合支柱绝缘子工频耐压试验方法，其特征在于，包括：

步骤1：确定试验电压参数；

步骤2：基于上述试验电压参数，采用整体加压或局部加压的方式进行加压，利用所述复合支柱绝缘子工频耐压试验设备进行耐压监测。

7.根据权利要求6所述的复合支柱绝缘子工频耐压试验方法，其特征在于，在步骤1中，所述试验电压参数包括试验电压频率和试验电压幅值。

8.根据权利要求7所述的复合支柱绝缘子工频耐压试验方法，其特征在于，所述试验电压频率的计算公式为：

；

其中，L为谐振电抗器的额定电感，C 为试验回路的电容量，C=分压器电容量+并联电容器电容量+试品电容量；

和/或，

所述试验电压幅值的计算公式为：

。

9.根据权利要求6所述的复合支柱绝缘子工频耐压试验方法，其特征在于，在步骤2中，利用所述复合支柱绝缘子工频耐压试验设备进行耐压监测的操作，具体包括：

利用所述复合支柱绝缘子工频耐压试验设备，给试品施加高于正常运行电压的试验电压，来检验试品的绝缘状况；

试验时采用整体加压或局部加压的方式：

当不能确认缺陷或故障的位置时采用整体加压的方式； 

当怀疑某一部分存在缺陷时，对这一部分进行局部加压试验。

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