CN108447630A - 具有表面电导二维线性梯度分布的gil绝缘子设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，该方法主要步骤：先制作环氧树脂绝缘试样；然后环氧树脂采用阶梯固化法处理；最后环氧树脂盆式绝缘子表面进行线性梯度设计：将绝缘子表面由内向外分为五个紧密连接的环形区域，设计表面电导依次减小；将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间得到表面电导梯度分布的盆式绝缘子。通过对环氧树脂进行梯度氟化处理来获取表面电导二维线性梯度分布，以提升绝缘子的性能。

Description

具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法
技术领域
本发明属于高电压设备制造领域，具体涉及一种具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法。
背景技术
随着高压输电系统的快速发展，电力设备的绝缘问题日益突出，其设计与制造越来越重要。高压直流输电(HVDC)在远距离大容量输电、异步交流电网互联、海上平台和孤岛送电、可再生能源发电并网、大城市供电增容等方面具有显著优势，发展快速，迫切需要与之相配套的相应开关设备和输电线路。然而，现有研究和应用表明，设计制造安全可靠的直流GIL仍然是一项挑战。在直流条件下绝缘子长期运行过程中，由于介电参数急剧变化，局部区域电场会发生畸变，引起放电、绝缘老化，进而可能导致设备发生故障。因此，对盆式绝缘子进行表面设计，使其具有表面电导二维线性梯度分布，为进一步提高GIL绝缘子可靠性提供了新的思路，对于促进直流电力系统进一步发展意义重大。
用于固定、支撑高压导体的盆式绝缘子多采用环氧树脂，主要是因为其具有卓越的电性能和力学性能。本发明将氟气用于环氧盆式绝缘子表面处理，并通过控制氟化条件，形成表面梯度氟化层，改变其表面电导，使盆式绝缘子具有表面电导二维线性梯度分布。研究表明经梯度氟化处理后的环氧盆式绝缘子的表面电导率数值将有所增加，分布将有所优化。因此，设计和制作表面梯度氟化改性盆式绝缘子对于提高GIL绝缘子的性能和直流输电系统的安全性有重要的理论价值和工程意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，通过对环氧树脂进行梯度氟化处理来获取表面电导二维线性梯度分布，以提升绝缘子的性能。梯度氟化处理后的环氧树脂绝缘子具有厚度呈梯度的氟化表层，具有表面电导二维线性梯度分布，优化材料的结构，调控电场的分布，提高GIL绝缘子的耐电性能和直流输电系统的安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，该方法包括如下步骤：
1)制作环氧树脂绝缘试样：
(1)将环氧树脂、固化剂和氧化铝按照100：38：330配比加入混合罐得到环氧树脂混合材料，温度130℃；
(2)开启电机搅拌、真空脱气；
(3)预热处理模具，推入浇注罐，进行抽空处理；
(4)将步骤(1)中环氧树脂混合材料浇注至模具内；
2)环氧树脂采用阶梯固化法处理，固化过程分为两步：
(1)将真空处理后的模具放入烤箱进行一次固化，然后脱模；
(2)放入烤箱进行二次固化，冷却后即可得到环氧树脂盆式绝缘子；
3)将步骤2)中环氧树脂盆式绝缘子表面进行线性梯度设计：
(1)将绝缘子表面由内向外分为五个紧密连接的环形区域，设计表面电导依次减小；
(2)将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，得到表面电导梯度分布的盆式绝缘子。
所述步骤3)具体为:将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，由内到外氟化处理时间分别为60min、45min、30min、15min、0min，温度25℃。
所述步骤3)具体为:将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，由内到外氟化处理时间分别为40min、30min、20min、10min、0min，温度25℃。
所述步骤3)具体为:将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，由内到外氟化处理时间分别为20min、15min、10min、5min、0min，温度25℃。
所述步骤1)中环氧树脂优选美国进口亨斯曼牌CT5531。
所述步骤1)中固化剂优选HY5533。
所述步骤2)中分步骤(2)氟化处理设备使用的气体是N2/F2的体积比为4/1的混合气体
有益效果
本发明将环氧树脂进行梯度氟化处理，得到表面改性的环氧树脂，且通过控制氟化条件形成表面电导梯度分布，优化材料结构，调控电场分布，提升了绝缘子性能。因此，本发明对提高GIL绝缘子的性能和直流输电系统的安全性有重要的理论价值和工程意义。
附图说明
图1是直流环氧盆式绝缘子制作流程图；
图2是仿真设计的具有表面电导二维线性梯度分布的环氧树脂盆式绝缘子
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
本发明具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，使用直流盆式绝缘子的浇注材料是美国进口亨斯曼牌CT5531环氧树脂以及HY5533固化剂；氟化使用的气体是N2/F2＝4/1的混合气体，且由天津市环宇气体有限公司提供。图1是直流环氧盆式绝缘子制作流程图；图2是仿真设计的具有表面电导二维线性梯度分布的环氧树脂盆式绝缘子。
实施例1
1)将环氧树脂、固化剂和氧化铝按照100：38：330配比加入混合罐，温度130℃，开启电机搅拌、真空脱气；将经预热处理后的模具推入浇注罐，进行抽空处理；将混合好的环氧树脂混合材料通过浇注设备浇注至模具内。
2)环氧树脂采用阶梯固化法处理，固化过程分为两步：先将真空处理后的模具放入烤箱进行一次固化，然后脱模，再次放入烤箱进行二次固化，冷却后即可得到环氧树脂盆式绝缘子。
3)在盆式绝缘子表面进行线性梯度设计，将绝缘子表面由内向外分为五个紧密连接的环形区域，设计表面电导依次减小：将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，由内到外氟化处理时间分别为60min、45min、30min、15min、0min，温度25℃，即可得到表面电导线性梯度分布的盆式绝缘子。
实施例2
1)将环氧树脂、固化剂和氧化铝按照100：38：330配比加入混合罐，温度130℃，开启电机搅拌、真空脱气；将经预热处理后的模具推入浇注罐，进行抽空处理；将混合好的环氧树脂混合材料通过浇注设备浇注至模具内。
2)环氧树脂采用阶梯固化法处理，固化过程分为两步：先将真空处理后的模具放入烤箱进行一次固化，然后脱模，再次放入烤箱进行二次固化，冷却后即可得到环氧树脂盆式绝缘子。
3)在盆式绝缘子表面进行线性梯度设计，将绝缘子表面由内向外分为五个紧密连接的环形区域，设计表面电导依次减小：将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，由内到外氟化处理时间分别为40min、30min、20min、10min、0min，温度25℃，即可得到表面电导线性梯度分布的盆式绝缘子。
实施例3
1)将环氧树脂、固化剂和氧化铝按照100：38：330配比加入混合罐，温度130℃，开启电机搅拌、真空脱气；将经预热处理后的模具推入浇注罐，进行抽空处理；将混合好的环氧树脂混合材料通过浇注设备浇注至模具内。
2)环氧树脂采用阶梯固化法处理，固化过程分为两步：先将真空处理后的模具放入烤箱进行一次固化，然后脱模，再次放入烤箱进行二次固化，冷却后即可得到环氧树脂盆式绝缘子。
3)在盆式绝缘子表面进行线性梯度设计，将绝缘子表面由内向外分为五个紧密连接的环形区域，设计表面电导依次减小：将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，由内到外氟化处理时间分别为20min、15min、10min、5min、0min，温度25℃，即可得到表面电导线性梯度分布的盆式绝缘子。
图2表明梯度氟化处理后的环氧树脂绝缘子具有厚度呈梯度的氟化表层，具有表面电导二维线性梯度分布，优化材料的结构，调控电场的分布，提高GIL绝缘子的耐电性能和直流输电系统的安全性。

Claims (7)

1.具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)制作环氧树脂绝缘试样：
(1)将环氧树脂、固化剂和氧化铝按照100：38：330配比加入混合罐得到环氧树脂混合材料，温度130℃；
(2)开启电机搅拌、真空脱气；
(3)预热处理模具，推入浇注罐，进行抽空处理；
(4)将步骤(1)中环氧树脂混合材料浇注至模具内；
2)环氧树脂采用阶梯固化法处理，固化过程分为两步：
(1)将真空处理后的模具放入烤箱进行一次固化，然后脱模；
(2)放入烤箱进行二次固化，冷却后即可得到环氧树脂盆式绝缘子；
3)将步骤2)中环氧树脂盆式绝缘子表面进行线性梯度设计：
(1)将绝缘子表面由内向外分为五个紧密连接的环形区域，设计表面电导依次减小；
(2)将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，得到表面电导梯度分布的盆式绝缘子。
2.根据权利要求1所述的具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，其特征在于，所述步骤3)具体为:将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，由内到外氟化处理时间分别为60min、45min、30min、15min、0min，温度25℃。
3.根据权利要求1所述的具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，其特征在于，所述步骤3)具体为:将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，由内到外氟化处理时间分别为40min、30min、20min、10min、0min，温度25℃。
4.根据权利要求1所述的具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，其特征在于，所述步骤3)具体为:将试样放置在氟化处理设备内，按照单调分布梯度在不同位置处理不同时间，由内到外氟化处理时间分别为20min、15min、10min、5min、0min，温度25℃。
5.根据权利要求1所述的具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，其特征在于，所述步骤1)中环氧树脂优选美国进口亨斯曼牌CT5531。
6.根据权利要求1所述的具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，其特征在于，所述步骤1)中固化剂优选HY5533。
7.根据权利要求1所述的具有表面电导二维线性梯度分布的GIL绝缘子设计方法，其特征在于，所述步骤2)中分步骤(2)氟化处理设备使用的气体是N2/F2的体积比为4/1的混合气体。
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