CN105149096A - 一种用于直流气体绝缘输电线路的金属微粒捕捉器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于直流气体绝缘输电线路的金属微粒捕捉器，其由驱赶电极和金属微粒捕捉槽两部分组成；直流GIL铝合金导体和直流GIL用柱式绝缘子在直流GIL铝合金外壳内部，在直流GIL铝合金导体上位于直流GIL用柱式绝缘子的附近安装驱赶电极，在直流GIL腔体内底部安装金属微粒捕捉槽，使得驱赶电极倾斜面朝向底部的金属微粒捕捉槽，金属微粒捕捉槽分为3层，由下而上依次是内凹式金属屏蔽槽、环氧树脂绝缘垫、强粘性热熔胶涂层；金属微粒捕捉槽用来捕捉并限制微粒，最底层内凹式金属屏蔽槽产生低电场区，中间层环氧树脂绝缘垫覆于整个内凹式金属屏蔽槽底部，最上层强粘性热熔胶涂层能够实现对高速运动微粒的控制及捕获。
Description
技术领域
本发明属于电力系统高压输电线路领域，尤其涉及一种直流气体绝缘输电线路(GIL)用金属微粒捕捉器。
背景技术
以SF6或SF6/N2混合气体作为绝缘气体的直流GIL因其具有输送容量大、损耗低、环境友好且维护成本低的优点，目前在高落差、征地困难、交叉跨越复杂的输电场合具有广阔的应用前景。在直流GIL生产制造环节以及设备运行的过程中会不可避免的产生一定数量的金属微粒，而金属微粒受到电场力的作用会在设备中运动或附着在电极或绝缘子表面上而导致导体、外壳间的气隙击穿或绝缘子的沿面闪络，从而降低设备的绝缘性能。所以在直流GIL设备内部需要安装一些抑制金属微粒运动的结构，其中金属微粒捕捉器就是其中之一。微粒捕捉器的主要思路是构造腔体底部的低电场区，从而使得掉落在此区域的金属微粒无法受到足够的电场力从而限制微粒的启举，而起到抑制金属微粒的作用。
由于在直流GIL内部是单极性的直流电场，运动的金属微粒贯穿整个气隙并碰撞导体，且具有更快的运动速度和运动频率，因此直流GIL金属微粒捕捉器要解决以下问题：普通的金属微粒捕捉器不易控制直流GIL金属微粒的运动方向，很难捕获快速运动的金属微粒，不易在捕获微粒后充分抑制微粒的带电而防止微粒逃逸，捕获率不高，存在老化问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，针对直流GIL中的金属微粒污染物，提出了一种直流气体绝缘输电线路用金属微粒捕捉器，本发明采用以下技术方案：
一种用于直流气体绝缘输电线路的金属微粒捕捉器，其特征在于，由驱赶电极和金属微粒捕捉槽两部分组成；直流GIL铝合金导体和直流GIL用柱式绝缘子在直流GIL铝合金外壳内部，在直流GIL铝合金导体上位于直流GIL用柱式绝缘子的附近安装驱赶电极，在直流GIL腔体内底部安装金属微粒捕捉槽，使得驱赶电极倾斜面朝向底部的金属微粒捕捉槽，金属微粒捕捉槽分为3层，由下而上依次是内凹式金属屏蔽槽、环氧树脂绝缘垫、强粘性热熔胶涂层；其中，驱赶电极利用电场梯度及微粒碰撞反弹角度，来驱赶微粒远离绝缘子，并向金属微粒捕捉槽方向运动；金属微粒捕捉槽用来捕捉并限制微粒，最底层内凹式金属屏蔽槽产生低电场区，从而控制微粒运动、减小其逃逸率，中间层环氧树脂绝缘垫覆于整个内凹式金属屏蔽槽底部，抑制微粒的带电，最上层强粘性热熔胶涂层能够实现对高速运动微粒的控制及捕获。
所述驱赶电极为内径与直流GIL铝合金导体的外径配套的空心圆台，采用铝合金材质，位于金属微粒捕捉槽的斜上方，靠近绝缘子一侧，且圆台的斜面朝向金属微粒捕捉槽并且圆台的母线与导体的轴成15度的倾角。
所述内凹式金属屏蔽槽为铝合金材质，采用角度为60度的内凹式屏蔽设计，多个槽道构成整个金属微粒捕捉槽的轮廓，根据微粒的运动分布优化配置内凹式金属屏蔽槽的槽道覆盖范围为90度即直流GIL铝合金外壳内部的四分之一圆周，并使整个金属微粒捕捉槽严密的贴合于腔体的底部。
所述环氧树脂绝缘垫贴合于内凹式金属屏蔽槽底部表面，采用抽拉式可替换设计。
所述强粘性热熔胶涂层能在SF6或SF6/N2混合气体中保持稳定且不发生老化脱落。
有益效果
与交流GIL相比，在直流GIL内部是单极性的直流电场，运动的金属微粒将贯穿整个气隙并碰撞导体，且具有更快的运动速度和运动频率，因此本发明的有益效果具体体现在以下几个方面：
1)由于单极性电场的作用，直流GIL内金属微粒的运动均为贯穿性运动，即微粒都与导体发生碰撞，针对于此，本发明利用在导体上施加驱赶电极的方法，并调整驱赶电极为15度的倾角，从而使运动微粒在往复运动中进入微粒捕捉器的区域，实现对金属微粒的捕捉。
2)由于直流GIL内金属微粒在单极性电场作用下不断加速，其运动速度远大于交流GIL，为了能充分捕捉微粒，本发明在金属微粒捕捉槽底表面使用了具有强粘性的热熔胶涂层，从而粘附微粒防止其与槽底碰撞再次弹起。
3)使用可替换环氧树脂绝缘垫，阻碍微粒的带电，并且通过替换绝缘垫及其上面的强粘性热熔胶涂层，有效解决热熔胶涂层老化及失去粘性的问题。
4)根据金属微粒在腔体内的运动分布，配置内凹式金属屏蔽槽的槽道覆盖角度为90度，以尽量减少其使用区域，从而最大程度上减少内凹式金属屏蔽槽对电场的畸变作用。
整个装置针对直流GIL进行专门设计，对从不同角度对微粒进行充分抑制，将本发明的捕捉器布置在直流GIL腔体绝缘子附近后，其整体结构能承受腔室内最高达0.7MPa的气压，利用驱赶电极驱使微粒运动到指定区域、利用粘性材料捕获微粒、构造低电场屏蔽区、使用环氧绝缘限制微粒再次带电，在施加直流5min后，对金属微粒的捕捉成功率达到90％以上，且不存在逃逸现象，从而有效的抑制了直流GIL内部的金属微粒污染物。
附图说明
图1为安装了本发明直流GIL用金属微粒捕捉器的管道结构示意图
图2为直流GIL铝合金导体与驱赶电极的位置关系图
图3为本发明装置中金属微粒捕捉槽部分的结构剖面图
图4为本发明对不同尺寸金属微粒的捕捉率图
1—直流GIL铝合金导体；2—直流GIL铝合金外壳；3—直流GIL用柱式绝缘子；4—驱赶电极；5—金属微粒捕捉槽；6—内凹式金属屏蔽槽；7—环氧树脂绝缘垫；8—强粘性热熔胶涂层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
一种用于直流气体绝缘输电线路的金属微粒捕捉器，其特征在于，由驱赶电极和金属微粒捕捉槽两部分组成；直流GIL铝合金导体1和直流GIL用柱式绝缘子3在直流GIL铝合金外壳2内部，在直流GIL铝合金导体1上位于直流GIL用柱式绝缘子3的附近安装驱赶电极4，在直流GIL腔体内底部安装金属微粒捕捉槽5，使得驱赶电极4倾斜面朝向底部的金属微粒捕捉槽5，金属微粒捕捉槽5分为3层，由下而上依次是内凹式金属屏蔽槽6、环氧树脂绝缘垫7、强粘性热熔胶涂层8；其中，驱赶电极4利用电场梯度及微粒碰撞反弹角度，来驱赶微粒远离绝缘子，并向金属微粒捕捉槽5方向运动；金属微粒捕捉槽5用来捕捉并限制微粒，最底层内凹式金属屏蔽槽6产生低电场区，从而控制微粒运动、减小其逃逸率，中间层环氧树脂绝缘垫7覆于整个内凹式金属屏蔽槽底部，抑制微粒的带电，最上层强粘性热熔胶涂层8能够实现对高速运动微粒的控制及捕获。驱赶电极4为内径与直流GIL铝合金导体1的外径配套的空心圆台，采用铝合金材质，位于金属微粒捕捉槽5的斜上方，靠近绝缘子一侧，且圆台的斜面朝向金属微粒捕捉槽5并且圆台的母线与导体的轴成15度的倾角。内凹式金属屏蔽槽6为铝合金材质，采用角度为60度的内凹式屏蔽设计，多个槽道构成整个金属微粒捕捉槽5的轮廓，根据微粒的运动分布优化配置内凹式金属屏蔽槽6的槽道覆盖范围为90度即直流GIL铝合金外壳2内部的四分之一圆周，并使整个金属微粒捕捉槽5严密的贴合于腔体的底部。环氧树脂绝缘垫7贴合于内凹式金属屏蔽槽6底部表面，采用抽拉式可替换设计。强粘性热熔胶涂层8能在SF6或SF6/N2混合气体中保持稳定且不发生老化脱落。
如图1所示，直流GIL铝合金导体1和直流GIL用柱式绝缘子3在直流GIL铝合金外壳2内部，在直流GIL用柱式绝缘子3的附近，在直流GIL铝合金导体1上安装驱赶电极4(如图2所示)，使得驱赶电极4倾斜面与直流GIL铝合金导体1成15度的倾角并朝向底部的金属微粒捕捉槽5，从而驱赶运动微粒在往复运动中进入捕捉器的区域；同时，在腔体底部安装金属微粒捕捉槽5，并配置内凹式金属屏蔽槽6的槽道覆盖范围为90度，使其既能包含运动微粒的分布范围，又能尽量减少金属微粒捕捉槽5的适用范围，以减少其电场畸变作用。
如图3所示，整个金属微粒捕捉槽5由三层结构组成，底部是内凹式金属屏蔽槽6，中间层为环氧树脂绝缘垫7、顶层为强粘性热熔胶涂层8，分别起到电场屏蔽、防止再次带电、捕获微粒的作用。
金属微粒在直流GIL腔体中受到单极性同轴梯度电场的作用，会在直流GIL铝合金导体1与外壳间往复运动，当到达驱赶电极4附近时，会在驱赶电极4形成的梯度电场与倾斜角的双重作用下向金属微粒捕捉槽5方向运动，当运动到金属微粒捕捉槽5覆盖的区域后，在与底部强粘性热熔胶涂层8的碰撞中被完全粘附住，而此时环氧树脂绝缘垫7切断了金属微粒的传导带电来源，金属微粒难以再次带电，同时内凹式金属屏蔽槽6使得槽内电场强度低，已经很难带电的微粒又难以达到其启举所需的电场，综合以上功能模块的共同作用，在直流GIL用金属微粒捕捉器的作用下，金属微粒会被有效的捕捉，同时难以再逃逸到高电场区域。
一种直流GIL用金属微粒捕捉器的有效性实验，实验中采用各50粒，半径分别为0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、1mm的球形金属微粒，施加直流电压5min，对于不同尺寸的金属微粒，各进行10次实验，得到10次实验的捕捉成功率平均值。如图4所示，对于不同尺寸的金属微粒，捕捉成功率都达到了90％以上，并且无逃逸现象。实验结果充分证明了本发明的捕捉成功率高，微粒逃逸率低的特点，证明本发明能有效的抑制直流GIL内金属微粒污染物。
本发明利用金属微粒与导体的碰撞，控制金属微粒的运动方向；使用加强措施，捕获快速运动的金属微粒；捕获微粒后充分抑制微粒的带电，同时构造电场屏蔽，防止微粒逃逸；，提高了捕获率；装置的结构对整体绝缘没有破坏，并且不存在老化问题。
Claims (5)
1.一种用于直流气体绝缘输电线路的金属微粒捕捉器，其特征在于，由驱赶电极和金属微粒捕捉槽两部分组成；直流GIL铝合金导体和直流GIL用柱式绝缘子在直流GIL铝合金外壳内部，在直流GIL铝合金导体上位于直流GIL用柱式绝缘子的附近安装驱赶电极，在直流GIL腔体内底部安装金属微粒捕捉槽，使得驱赶电极倾斜面朝向底部的金属微粒捕捉槽，金属微粒捕捉槽分为3层，由下而上依次是内凹式金属屏蔽槽、环氧树脂绝缘垫、强粘性热熔胶涂层；其中，驱赶电极利用电场梯度及微粒碰撞反弹角度，来驱赶微粒远离绝缘子，并向金属微粒捕捉槽方向运动；金属微粒捕捉槽用来捕捉并限制微粒，最底层内凹式金属屏蔽槽产生低电场区，从而控制微粒运动、减小其逃逸率，中间层环氧树脂绝缘垫覆于整个内凹式金属屏蔽槽底部，抑制微粒的带电，最上层强粘性热熔胶涂层能够实现对高速运动微粒的控制及捕获。
2.根据权利要求1所述的一种直流气体绝缘输电线路用金属微粒捕捉器，其特征在于，所述驱赶电极为内径与直流GIL铝合金导体的外径配套的空心圆台，采用铝合金材质，位于金属微粒捕捉槽的斜上方，靠近绝缘子一侧，且圆台的斜面朝向金属微粒捕捉槽并且圆台的母线与导体的轴成15度的倾角。
3.根据权利要求1所述的一种直流气体绝缘输电线路用金属微粒捕捉器，其特征在于，所述内凹式金属屏蔽槽为铝合金材质，采用角度为60度的内凹式屏蔽设计，多个槽道构成整个金属微粒捕捉槽的轮廓，根据微粒的运动分布优化配置内凹式金属屏蔽槽的槽道覆盖范围为90度即直流GIL铝合金外壳内部的四分之一圆周，并使整个金属微粒捕捉槽严密的贴合于腔体的底部。
4.根据权利要求1所述的一种直流气体绝缘输电线路用金属微粒捕捉器，其特征在于，所述环氧树脂绝缘垫贴合于内凹式金属屏蔽槽底部表面，采用抽拉式可替换设计。
5.根据权利要求1所述的一种直流气体绝缘输电线路用金属微粒捕捉器，其特征在于，所述强粘性热熔胶涂层能在SF6或SF6/N2混合气体中保持稳定且不发生老化脱落。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151216 |