CN108414815B - 一种新型直流电压测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型直流电压测量装置，通过优化直流电压测量装置的结构设计，使得测量装置径向击穿电压大大增加，测量装置的温度交换只在指定区域内发生，并通过加强气流循环的方式降低测量装置的内部温升，隔离内部热量向硅橡胶复合绝缘子外部传递，提高直流测量装置长期运行的稳定性及抗污秽能力。

Description

一种新型直流电压测量装置

技术领域

本发明涉及直流电压测量技术领域，更具体地说，涉及一种新型直流电压测量装置。

背景技术

国家电网亦规划了“八交八直”16条特高压线路，已经建成投运，“两交三直”工程正在建设，“一交工程”已获得批准，合计特高压线路超过3.2万千米。变电（换流）容量达到3.3亿千瓦。目前，已有扎鲁特-青州特高压直流、昌吉-古泉特高压直流获得核准。此外，国家电网亦规划了有4条跨国线路，正在开展前期工作。国家电网预计，随着后续“多交八直”特高压工程的加快推进，2020年前新增特高压电网投资将达到4500亿元，加上各级电网共投资1.5万亿元，带动电源和相关产业投资1.7万亿元，可年均拉动GDP增长0.8个百分点以上。

直流电压测量装置是直流换流站的重要设备，其可靠性直接关系到整个直流系统的安全稳定。由于直流电压测量装置的传感原理（阻容分压）决定了运行中必然存在着有功损耗引起内部发热，如果不采取措施，这部分热量必将会在局部形成小循环，使得外部硅橡胶复合绝缘子温度也升高。这个温升在硅橡胶复合绝缘子外部形成从下到顶部梯度分布，温度呈现上高下低规律。这个梯度视电压等级与设计结构的不同体现较大差异。直流输电更容吸附污秽，在晴朗天气污秽，电阻率较大，不对外电场分布产生影响，而在阴雨天气时，附着在硅橡胶复合绝缘子表面的污秽受潮后电阻率大大降低，此时温度高的地方潮湿被烘干，电阻率较大，温度低的地方电阻率小，沿面电位差在电阻率大的位置大，在电阻率小的位置小，于是沿面电位梯度分布从上至下体现了典型的交流绝缘子外电位差分布规律曲线即上高下低。积污越严重，电位梯度畸变越大，场强分布越不均匀，直至外绝缘闪络。同时由于内绝缘电位梯度按内部电阻均匀分布，内外之间必然存在一定电位差，这一电位差随外部积污程度及外部温度梯度呈现递增趋势，到中间某一位置会出现最大电位差，当这一电位差超过内外点的击穿电压时将在中间一段区域内出现径向闪络。这一现象的根源是电阻发热传到硅橡胶复合绝缘子表面引起的，而电阻发热是不可避免的，故本发明通过优化直流电压测量装置的结构，使得测量装置的温度交换只在指定区域内发生，并通过加强气流循环的方式降低测量装置的内部温升，隔离内部热量向硅橡胶复合绝缘子外部传递。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种新型直流电压测量装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种新型直流电压测量装置，包括由外部均压环、上盖板、硅橡胶复合绝缘子、底部密封法兰密封围成的气室；气室内依次设置有内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管，所述内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管将气室依次分为第一气室、第二气室和第三气室，所述内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管的底端通过底部法兰固定；所述上盖板的顶端安装顶部散热器、所述上盖板的底端安装顶部换热器，所述底部密封法兰的顶端安装底部换热器、所述底部密封法兰的底端安装底部散热器；第一气室内部的热气流上升到顶部并与所述顶部换热器和底部换热器接触交换，所述顶部散热器和底部散热器分别用于加快顶部换热器、底部换热器与外部冷空气交换，所述外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管隔离内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管沿径向传导过来的热量，实现硅橡胶复合绝缘子与气室内部热量隔离；一次被测信号先通过上接线板引至上盖板，然后通过弹簧连接导线引到设置在第一气室内的电压传感单元，所述电压传感单元将直流被测量信号转成低压信号，低压信号经二次分压板二次分压后提供给采集单元或测控保护装置；所述电压传感单元由单阶或多阶传感单元通过弹簧导线级联构成，每两级或多级电阻元件串联后与一个电容元件并联构成单阶传感单元，每一级所述电阻元件由多个大功率厚膜电阻并联而成，各电阻之间呈同轴圆柱均布，电阻元件的顶部和底部均采用单级上均压环、单级下均压环屏蔽尖端，位于每一阶传感单元最顶端和最底端的电阻元件的接地端分别通过电阻顶部短接片、电阻下短接片短接；最底阶传感单元的电阻元件由多个带抽头的大功率厚膜电阻并联而成，该电阻元件的接地端子采用凹形最底部电阻短接片短接，抽头与最底阶传感单元的电容元件的下极板短接后将低压信号引入二次分压板，绝缘支撑螺栓将该电容元件的下极板与凹形最底部电阻短接片隔开，盆式环氧绝缘支撑将该电容元件与地隔离，盆式环氧绝缘支撑固定在底部换热器上；所述底部密封法兰的顶端与接地屏蔽环连接，所述底部密封法兰的顶端设置有底部支撑。

在上述方案中，所述外部均压环包括顶部均压环和底部均压环，其中，顶部均压环采用三环结构设计且外轮廓线呈圆形状，底部均压环由两个半形环拼成。

在上述方案中，所述内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管均开设有气流交换孔，在所述顶部换热器、内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管的顶部设置有支撑隔热板。

在上述方案中，所述二次分压板采用单点接地方式，其外壳与大地通过绝缘板隔离。

实施本发明一种新型直流电压测量装置，具有以下有益效果：

本发明通过优化直流电压测量装置的结构设计，使得测量装置径向击穿电压大大增加，测量装置的温度交换只在指定区域内发生，并通过加强气流循环的方式降低测量装置的内部温升，隔离内部热量向硅橡胶复合绝缘子外部传递，提高直流测量装置长期运行的稳定性及抗污秽能力。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是一种新型直流电压测量装置的整体结构示意图；

图2是一种新型直流电压测量装置的结构原理示意图；

图3是一种新型直流电压测量装置的电路原理示意图；

图4是顶部均压环的结构示意图；

图5是底部均压环的结构示意图；

图6是单极电阻排布示意图。

图中：外部均压环1，顶部散热器2，上接线板3，上盖板4，顶部换热器5，支撑隔热板6，电阻顶部短接片7，单级上均压环8，电阻元件9，电容元件10，单级下均压环11，电阻下短接片12，内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管13，外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管14，硅橡胶复合绝缘子15，绝缘支撑螺栓16，最底部电阻短接片17，盆式环氧绝缘支撑18，底部法兰19，底部换热器20，接地屏蔽环21，底部密封法兰22，底部散热器23，弹簧导线24，底部支撑25。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供一种新型直流电压测量装置，包括由外部均压环1、上盖板4、硅橡胶复合绝缘子15、底部密封法兰22密封围成的气室，气室内填充SF6气体绝缘。

外部均压环1包括顶部均压环和底部均压环，有效防止高压端产生电晕，其中，如图4所示，顶部均压环采用三环结构设计且外轮廓线呈圆形状，既保证良好的屏蔽效果，方便现场安装，降低成本；如图5所示，底部均压环由两个半形环拼成，方便现场拆装。

如图2所示，气室内依次设置有内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管13、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管14，内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管13、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管14将气室依次分为第一气室、第二气室和第三气室，内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管13、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管14的底端通过底部法兰19固定，上盖板4的顶端安装顶部散热器2、上盖板4的底端安装顶部换热器5，底部密封法兰22的顶端安装底部换热器20、底部密封法兰22的底端安装底部散热器23。内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管13将电压传感单元完全包围，让其内部热气流迅速流动至顶部和底部，然后与顶部换热器5、底部换热器20快速接触交换，顶部散热器2、底部散热器23将换热器的热量迅速与大气交换从而使得换热器的温度大大降低，加速气流循环，降低整个装置的温升。外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管14用来隔离内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管13沿径向传导过来的热量，使得硅橡胶复合绝缘子15与装置内部热量完全隔离又不影响整个装置气流交换，实现硅橡胶复合绝缘子15外表面温度与空气的基本相同。内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管13、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管14均开设有气流交换孔，便于气流循环。为了使第二气室的热气流与顶部换热器5充分接触交换，在顶部换热器5、内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管13、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管14的顶部设置有支撑隔热板6，阻断热气流上升，通过内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管13上下两端开设的气流交换孔与顶部换热器5进行接触交换。

一次被测信号先通过上接线板3引至上盖板4，然后通过弹簧连接导线引到设置在第一气室内的电压传感单元，电压传感单元将直流被测量信号转成低压信号，低压信号经二次分压板二次分压后提供给采集单元或测控保护装置。二次分压板采用单点接地方式，其余部位与大地绝缘隔离，可隔离掉暂态过程地电位抬升对测量信号的干扰，也可直接测试入地电流判断故障类型。

电压传感单元由单阶或多阶传感单元通过弹簧导线24级联构成。采用弹簧导线24短接，既可以消除安装公差及热胀冷缩，还可增强两阶之间电气连接，一次高压被测信号也通过此弹簧导线24连接到电压传感单元处。每两级或多级电阻元件9串联后与一个电容元件10并联构成单阶传感单元。电容元件10采用绝缘油或固体绝缘，电容介质采用单层或多层绝缘体纸合成纤维薄膜，具有极小的介损和极低的温漂，精度及可靠性极高。每一级电阻元件9由多个大功率厚膜电阻并联而成，各电阻之间呈同轴圆柱均布，如图6所示，使得每个电阻额定功率大幅度降低，增强整个装置发热下电阻的可靠性，还降低单个电阻损坏对本发明整体误差的影响。由于电阻元件9与电容元件10的顶部与底部尖角会产生电晕，因此电阻元件9的顶部和底部均采用单级上均压环8、单级下均压环11屏蔽尖端，均压环内部是空心的，保证气流通畅，防止阻断气流循环而在局部形成小循环。位于每一阶传感单元最顶端和最底端的电阻元件9的接地端分别通过电阻顶部短接片7、电阻下短接片12短接。最底阶传感单元的电阻元件9由多个带抽头的大功率厚膜电阻并联而成，该电阻元件9的接地端子采用凹形最底部电阻短接片17短接，抽头与最底阶传感单元的电容元件10的下极板短接后将低压信号引入二次分压板，绝缘支撑螺栓16将该电容元件10的下极板与凹形最底部电阻短接片17隔开，盆式环氧绝缘支撑18将该电容元件10与地隔离。由于电阻元件9的主体采用陶瓷机体，不能受力，单阶传感单元采用三支环氧玻璃布真空浸胶管作为主骨架，承受传感单元应力，并配置用于调节安装公差的环氧滑动支撑板。

盆式环氧绝缘支撑18固定在底部换热器20上，底部密封法兰22的顶端与接地屏蔽环21连接，底部密封法兰22的顶端设置有底部支撑25。

如图3所示，抽头与最底阶传感单元的电容元件10的下极板短接后，形成更低压信号，通过屏蔽线引入二次分压板，二次分压板将此信号转变为多路小信号直接供给不同的采集装置或测控装置、保护装置等二次设备。为保证交流误差可调，将低压臂电容C2移到二次分压板中。为了限制过电压，在二次分压板的入口侧增加气体放电管F1和压敏电阻F2串联防护方式。二次分压板采用单点接地方式，将二次分压板的外壳与地通过绝缘板隔离起来，从分压接地点引绝缘接地线到整个装置的接地点，与电阻下端共一个接地点。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种新型直流电压测量装置，其特征在于，包括由外部均压环（1）、上盖板（4）、硅橡胶复合绝缘子（15）、底部密封法兰（22）密封围成的气室；气室内依次设置有内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管（13）、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管（14），所述内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管（13）、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管（14）将气室依次分为第一气室、第二气室和第三气室，所述内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管（13）、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管（14）的底端通过底部法兰（19）固定；所述上盖板（4）的顶端安装顶部散热器（2）、所述上盖板（4）的底端安装顶部换热器（5），所述底部密封法兰（22）的顶端安装底部换热器（20）、所述底部密封法兰（22）的底端安装底部散热器（23）；第一气室内部的热气流上升到顶部并与所述顶部换热器（5）和底部换热器（20）接触交换，所述顶部散热器（2）和底部散热器（23）分别用于加快顶部换热器（5）、底部换热器（20）与外部冷空气交换，所述外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管（14）隔离内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管（13）沿径向传导过来的热量，实现硅橡胶复合绝缘子（15）与气室内部热量隔离；一次被测信号先通过上接线板（3）引至上盖板（4），然后通过弹簧连接导线引到设置在第一气室内的电压传感单元，所述电压传感单元将直流被测量信号转成低压信号，低压信号经二次分压板二次分压后提供给采集单元或测控保护装置；所述电压传感单元由单阶或多阶传感单元通过弹簧导线（24）级联构成，每两级或多级电阻元件（9）串联后与一个电容元件（10）并联构成单阶传感单元，每一级所述电阻元件（9）由多个大功率厚膜电阻并联而成，各电阻之间呈同轴圆柱均布，电阻元件（9）的顶部和底部均采用单级上均压环（8）、单级下均压环（11）屏蔽尖端，位于每一阶传感单元最顶端和最底端的电阻元件（9）的接地端分别通过电阻顶部短接片（7）、电阻下短接片（12）短接；最底阶传感单元的电阻元件（9）由多个带抽头的大功率厚膜电阻并联而成，该电阻元件（9）的接地端子采用凹形最底部电阻短接片（17）短接，抽头与最底阶传感单元的电容元件（10）的下极板短接后将低压信号引入二次分压板，绝缘支撑螺栓（16）将该电容元件（10）的下极板与凹形最底部电阻短接片（17）隔开，盆式环氧绝缘支撑（18）将该电容元件（10）与地隔离，盆式环氧绝缘支撑（18）固定在底部换热器（20）上；所述底部密封法兰（22）的顶端与接地屏蔽环（21）连接，所述底部密封法兰（22）的顶端设置有底部支撑（25）。

2.根据权利要求1所述的一种新型直流电压测量装置，其特征在于，所述外部均压环（1）包括顶部均压环和底部均压环，其中，顶部均压环采用三环结构设计且外轮廓线呈圆形状，底部均压环由两个半形环拼成。

3.根据权利要求1所述的一种新型直流电压测量装置，其特征在于，所述内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管（13）、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管（14）均开设有气流交换孔，在所述顶部换热器（5）、内部小环氧树脂玻璃纤维缠绕管（13）、外部大环氧树脂玻璃纤维缠绕管（14）的顶部设置有支撑隔热板（6）。

4.根据权利要求1所述的一种新型直流电压测量装置，其特征在于，所述二次分压板采用单点接地方式，其外壳与大地通过绝缘板隔离。

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