CN108931712A - 一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明所提出的一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法，通过设计等效固封绝缘件，以代替固体绝缘开关，针对环氧树脂的主绝缘应力点进行试验，整个试验过程更加经济、便捷；同时可通过多次重复试验，大大降低试验的随机误差，提供了相关试验数据的准确性，解决了固体绝缘开关研究可重复性较差的缺陷，可加速促进固体绝缘开关的相关试验研究；为固体绝缘开关设备高可靠运行和状态监测提供参考依据。

Description

一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法

技术领域

本发明涉及电气设备绝缘化技术领域，具体涉及一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法。

背景技术

固体绝缘开关是以环氧树脂材料作为主绝缘介质，通过APG技术将固体绝缘开关的真空灭弧室、主导电回路、绝缘支撑固封成一整体，实现了全密封、全绝缘结构。目前，固体绝缘开关因其体积小、免维护、集成化和环境适应性较强等特点受到市场的推崇和业界的关注。

固体绝缘开关相比于紧凑型气体绝缘开关柜有诸多优势，然而固体材料为非自恢复材料，其绝缘损伤具有累积效应，长时间运行情况下，会出现绝缘劣化问题，需开展相关试验研究其长时间下的绝缘失效和老化过程。但目前固体开关设备的绝缘试验会对其造成一定程度的绝缘损害，且可重复性较低、经济成本较高，无法得到较为详实的固体绝缘开关的绝缘性能及老化寿命基础研究数据，使得固体绝缘开关长时间下绝缘失效和老化过程研究进展缓慢。工程中可能出现的开关柜长期运行绝缘能力下降问题，尚未见针对其介质绝缘长期可靠性的详细报道，急需一种固体绝缘开关绝缘性能的评估方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法。

本发明采用如下技术方案，一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01：建立固体绝缘开关设备的等效固封绝缘件模型；

S02：对所述等效固封绝缘件模型进行加速电老化试验，得到所述等效固封绝缘件的实时放电量数据；

S03：基于所述实时放电量数据，建立放电量曲线；

S04：针对所述放电量曲线，对所述固体绝缘开关设备的绝缘性能进行评估。

进一步，在本发明中，所述步骤S01中，具体所述等效固封绝缘件为同轴圆柱电极结构，其中，所述同轴圆柱结构具体为中空圆柱头与高压圆柱嵌件构成；所述中空圆柱由螺纹孔、屏蔽罩、支撑圆盘组成，结构内窄外宽，进口处、出口处均呈喇叭状，呈几何对称；所述出口处连接中空圆柱型结构；所述同轴结构的尾端呈中空陀螺状；所述中空圆柱型结构与所述同轴结构的所述尾端半径不同；所述高压圆柱嵌件由螺纹孔与底面为球面的金属圆柱构成，呈轴对称；所述高压圆柱嵌件的尾部呈中空陀螺状。

进一步，在本发明中，所述步骤S01中，所述等效固封绝缘件的外绝缘结构为交替伞外形，爬电距离大于250mm，伞裙表面积大于55000mm²。

进一步，在本发明中，所述步骤S02中，包括以下步骤：

S021：建立工频老化电路，所述工频老化电路由调压器、试验变压器、保护电阻、绝缘件组成；

S022：定时测量随老化时间增长，测量多组且不同时间点的所述等效固封绝缘件的所述实时放电量数据。

进一步，在本发明中，所述步骤S03中，包括以下步骤：

S031：根据多组所述实时放电量数据，得到所述等效固封绝缘件的所述放电量与老化时间的变化关系曲线；

S032：基于所述变化关系曲线，对所述固体绝缘开关设备的备绝缘性能进行评估。

进一步，在本发明中，所述步骤S032中，具体包括：

对于所测时刻点的放电量数据值与所述变化关系曲线对比，进行评估判断；

当判断所述固体绝缘开关设备处于放电量潜伏阶段，则保持所述固体绝缘开关设备继续运行；

当判断所述固体绝缘开关设备处于放电量发展阶段，则对所述固体绝缘开关设备进行检修；

当判断所述固体绝缘开关设备处于放电量劣化阶段，则对所述固体绝缘开关设备进行更换。

本发明有益技术效果

本发明所提出的一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法，通过设计等效固封绝缘件，以代替固体绝缘开关，针对环氧树脂的主绝缘应力点进行试验，整个试验过程更加经济、便捷；同时可通过多次重复试验，大大降低试验的随机误差，提供了相关试验数据的准确性，解决了固体绝缘开关研究可重复性较差的缺陷，可加速促进固体绝缘开关的相关试验研究；为固体绝缘开关设备高可靠运行和状态监测提供参考依据。

附图说明

图1为本发明一实施例固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法流程图；

图2是本发明一实施例环氧树脂固封绝缘件结构剖面图；

图3为本发明一实施例中工频电老化试验图；

图4为本发明一实施例中局部放电测量电路图；

图5是本发明一实施例中局部放电量随老化时间的变化关系曲线图；

其中，图中符合表示：1调压器、2试验变压器、3保护电阻、4绝缘件、5高压源、6阻隔阻抗、7耦合阻抗、8检出阻抗、9同轴电缆、10测量装置。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-5，具体对本发明进行进一步详细说明。

一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法，如图1所示，包括以下步骤：

S01：建立固体绝缘开关设备的等效固封绝缘件模型；

进一步，在本发明中，所述步骤S01中，具体所述等效固封绝缘件为同轴圆柱电极结构，其中，所述同轴圆柱结构具体为中空圆柱头与高压圆柱嵌件构成；所述中空圆柱由螺纹孔、屏蔽罩、支撑圆盘组成，结构内窄外宽，进口处、出口处均呈喇叭状，呈几何对称；所述出口处连接中空圆柱型结构；所述同轴结构的尾端呈中空陀螺状；所述中空圆柱型结构与所述同轴结构的所述尾端半径不同；所述高压圆柱嵌件由螺纹孔与底面为球面的金属圆柱构成，呈轴对称；所述高压圆柱嵌件的尾部呈中空陀螺状。实际工程中固体绝缘开关存在多处类似不等直径电极的绝缘结构，根据相关标准设计了一种不等直径电极结构，将环氧树脂、固化剂、增韧剂、促进剂、硅微粉按一定比例充分混合后浇注至该电极模具，经高温固化脱模后得到本次试验所需固封绝缘件。

S02：对所述等效固封绝缘件模型进行加速电老化试验，得到所述等效固封绝缘件的实时放电量数据；

进一步，在本发明中，所述步骤S02中，包括以下步骤：

S021：建立工频老化电路，所述工频老化电路由调压器、试验变压器、保护电阻、绝缘件组成；

如图3所示，试验中试件的上下电极分别与试验变压器高压侧、地线相连，通过调节调压器得到目标试验电压，为避免试件击穿导致试验变压器过流损坏，回路串联100kΩ保护电阻。

通过并联法将样品接入测试电路测量试件局部放电量，如图4所示为局部放电测量电路图。经试验测量，试件的局部放电起始电压为12kV，因此选择比起始电压稍低的11kV作为测量回路的试验电压。

S022：定时测量随老化时间增长，测量多组且不同时间点的所述等效固封绝缘件的所述实时放电量数据。

具体的，为更高效地进行加速电老化试验，测试中依据相关标准选用2mm间隙的电极试件。为避免试件个体差异性影响试验数据，分别测量13组（每组3个）试件的局部放电量，选择局部放电量相近的10组试件作为本次电老化试验试件。其中5组试件进行工频耐压试验，工频击穿电压值分别为45.0kV、49.4kV、52.6kV、54.1kV、58.9kV。取5组耐压试验中值（52.6kV）作为试件工频击穿电压，并将该电压的60%、70%、80%作为加速电老化试验电压分别进行3组电老化试验，试验电压分别为31.6kV、36.8kV、42.1kV，绝缘老化寿命分别为411h、225h、17h，试验结果符合绝缘寿命分布规律且每组试验中多个试品的电老化寿命一致性较好。证明该试件设计及浇注效果良好，可满足后续试验测试需求。为高效、准确测量试件整个老化过程中绝缘参数的变化趋势，分别将2组初始绝缘参数最为相近的试件接入工频电老化试验电路，试验电压升至36.8kV，定时测量随老化时间增长试件绝缘参数的变化情况。

2组试件的电老化绝缘寿命（其中1个试件提前击穿，经X光探伤为内部有气泡，数据不计入）分别为209.6h 214.8h、233.9h、221h、212.1h。为保证数据可信度，图中每点数据均为5个试件进行数学处理所得。试件绝缘击穿后无法测得绝缘参数，故各项绝缘参数的测量区间均为0h-200h。

S03：基于所述实时放电量数据，建立放电量曲线；

图5为本发明一实施例中局部放电量随老化时间的变化关系曲线图，等效固封绝缘件在工频36.8kV老化电压下局部放电量随老化时间变化趋势,从图中可以明显看出，局部放电量由1.1pC升至62.6pC，在整个电老化过程中增量十分明显，大致可分为3个发展阶段。

第1阶段为0h-100h，局部放电量呈现上升趋势，但增量较小，由1.1pC增加到7.9pC，属于电老化过程中的潜伏期。在这段时间，上下电极间自由电子较少，自由行程长度较短，无法累积足够的能量打破环氧树脂材料分子链，因此电极间隙部位的环氧树脂材料自由体积与初始状态相差无异，局部放电量增速缓慢。

第2阶段为100h-160h，局部放电量继续呈现增长趋势，由7.9pC上升到56.1pC，增加了610.13%，属于电老化过程中的发展期。此时，由于上一阶段长期电子碰撞，使得环氧树脂材料自由体积增加，同时多次碰撞也造成该区域温度的升高，进而使得电子在撞击环氧树脂材料分子链时具有较高的能量，导致了分子链塌方式断裂，气泡体积快速扩大，局部放电量明显增加。

第3阶段为160h-200h，局部放电量由56.1pC上升到62.6pC，相较于上一阶段，局部放电量增速减慢，直到击穿前，局部放电量都处于较高数值，是电老化过程中的“劣化期”。

S04：针对所述放电量曲线，对所述固体绝缘开关设备的绝缘性能进行评估。

进一步，在本发明中，所述步骤S01中，所述等效固封绝缘件的外绝缘结构为交替伞外形，爬电距离大于250mm，伞裙表面积大于55000mm²。

进一步，在本发明中，所述步骤S03中，包括以下步骤：

S031：根据多组所述实时放电量数据，得到所述等效固封绝缘件的所述放电量与老化时间的变化关系曲线；

S032：基于所述变化关系曲线，对所述固体绝缘开关设备的备绝缘性能进行评估。

进一步，在本发明中，所述步骤S032中，具体包括：

对于所测时刻点的放电量数据值与所述变化关系曲线对比，进行评估判断；

当判断所述固体绝缘开关设备处于放电量潜伏阶段，则保持所述固体绝缘开关设备继续运行；

当判断所述固体绝缘开关设备处于放电量发展阶段，则对所述固体绝缘开关设备进行检修；

当判断所述固体绝缘开关设备处于放电量劣化阶段，则对所述固体绝缘开关设备进行更换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01：建立固体绝缘开关设备的等效固封绝缘件模型；

S02：对所述等效固封绝缘件模型进行加速电老化试验，得到所述等效固封绝缘件的实时放电量数据；

S03：基于所述实时放电量数据，建立放电量曲线；

S04：针对所述放电量曲线，对所述固体绝缘开关设备的绝缘性能进行评估。

2.根据权利要求1所述一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法，其特征在于：所述步骤S01中，具体所述等效固封绝缘件为同轴圆柱电极结构，其中，所述同轴圆柱结构具体为中空圆柱头与高压圆柱嵌件构成；所述中空圆柱由螺纹孔、屏蔽罩、支撑圆盘组成，结构内窄外宽，进口处、出口处均呈喇叭状，呈几何对称；所述出口处连接中空圆柱型结构；所述同轴结构的尾端呈中空陀螺状；所述中空圆柱型结构与所述同轴结构的所述尾端半径不同；所述高压圆柱嵌件由螺纹孔与底面为球面的金属圆柱构成，呈轴对称；所述高压圆柱嵌件的尾部呈中空陀螺状。

3.根据权利要求1所述一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法，其特征在于：所述步骤S01中，所述等效固封绝缘件的外绝缘结构为交替伞外形，爬电距离大于250mm，伞裙表面积大于55000mm²。

4.根据权利要求1所述一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法，其特征在于：所述步骤S02中，包括以下步骤：

S021：建立工频老化电路，所述工频老化电路由调压器、试验变压器、保护电阻、绝缘件组成；

S022：定时测量随老化时间增长，测量多组且不同时间点的所述等效固封绝缘件的所述实时放电量数据。

5.根据权利要求4所述一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法，其特征在于：所述步骤S03中，包括以下步骤：

S031：根据多组所述实时放电量数据，得到所述等效固封绝缘件的所述放电量与老化时间的变化关系曲线；

S032：基于所述变化关系曲线，对所述固体绝缘开关设备的备绝缘性能进行评估。

6.根据权利要求5所述一种固体绝缘开关设备绝缘性能评估方法，其特征在于：所述步骤S032中，具体包括：

对于所测时刻点的放电量数据值与所述变化关系曲线对比，进行评估判断；

当判断所述固体绝缘开关设备处于放电量潜伏阶段，则保持所述固体绝缘开关设备继续运行；

当判断所述固体绝缘开关设备处于放电量发展阶段，则对所述固体绝缘开关设备进行检修；

当判断所述固体绝缘开关设备处于放电量劣化阶段，则对所述固体绝缘开关设备进行更换。