CN109269973B - 直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统及方法，所述系统包括：盐雾室、高压直流实验电源、直流电流测量装置、绝缘子姿态控制支架、悬挂支架、空间电场控制电极、辅助绝缘子；解决了现有测试系统无法模拟绝缘子的实际运行环境的技术问题，实现了对测试时对被测绝缘子的姿态和所处电场环境的模拟，结合仿真得到的绝缘子串中各绝缘子实际承受电压，实现了在测试时被测绝缘子所处环境与实际绝缘子串中绝缘子环境一致，以及研究空间电场对绝缘子金具腐蚀影响的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘子实验领域，具体地，涉及直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统及方法。
背景技术
随着国家经济的不断发展，全国用电量逐年攀升。我国能源大多分布在西部地区，而用电需求较大的城市则在沿海一带。超特高压直流输电具有传输容量大、传输距离远、线路损耗小等优点，因此，直流输电在电力系统中得到广泛应用和发展。到目前为止，我国已经成为直流输电规模最大的国家。
随着超特高压直流输电工程在各省范围内建成投运，绝缘子金具的腐蚀是一个亟待解决的问题。上世纪五十年代，发现绝缘子钢脚有腐蚀现象，近几年发现在已投入运行的超特高压直流输电线路中钢帽也有腐蚀现象。目前国内外学者对绝缘子串泄漏电流开展了大量的试验研究，如采用分形理论对绝缘子泄漏电流进行了研究，提取了预测污闪的特征量；通过实验研究了绝缘子泄漏电流与污秽之间的关系；分析了绝缘子不同运行状态下泄漏电流的相位特征；建立了绝缘子泄漏电流与温湿度之间关系的数学模型；采用数学统计规律计算绝缘子金具腐蚀量，从而推导了总的腐蚀电流量。
上述研究均是将绝缘子串泄漏电流作为一个整体参数，绝缘子的泄漏电流与其两端的电压及其分布电导有关，可分为通过绝缘子表面的沿面泄漏电流和通过空气传播的空间泄漏电流，这两个分量受绝缘子承受的电压影响，还受到天气的影响。此外，绝缘子的空间姿态也对其金具腐蚀有较大的影响。
目前对绝缘子金具的直流腐蚀测量系统均只测试沿面泄漏电流的腐蚀，没有模拟绝缘子所承受的实际电压和电场的影响，也没有对绝缘子的姿态进行控制，因此无法很好模拟绝缘子的实际运行环境。
发明内容
本发明提供了直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统及方法，解决了现有测试系统无法模拟绝缘子的实际运行环境的技术问题，实现了对测试时对被测绝缘子的姿态和所处电场环境的模拟，结合仿真得到的绝缘子串中各绝缘子实际承受电压，实现了在测试时被测绝缘子所处环境与实际绝缘子串中绝缘子环境一致，以及研究空间电场对绝缘子金具腐蚀影响的技术效果。
本发明通过研究直流输电线路绝缘子金具腐蚀的机理和影响因素，发明了一种研究绝缘子表面的沿面泄漏电流和通过空气传播的空间泄漏电流对绝缘子金具腐蚀的影响实验系统及方法，以及研究绝缘子倾角对其金具腐蚀的实验系统及方法。
为实现上述发明目的，本申请提供了一种直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀的实验系统：
本申请中的系统包括盐雾室、高压直流实验电源、直流电流测量装置、绝缘子姿态控制支架、空间电场控制电极和辅助绝缘子；
盐雾室用于提供实验时的盐雾环境；高压直流实验电源用于提供直流测试电压；直流电流测量装置用于测量被测绝缘子的表面泄漏电流和空间泄漏电流；绝缘子姿态控制支架用于改变被测绝缘子的倾角，模拟实验输电线路绝缘子的姿态；悬挂支架用于对直流电流测量装置和被测绝缘子进行悬挂；空间电场控制电极用于改变被测绝缘子周边电场分布状态；辅助绝缘子用于保证试验电源高压电极对地及绝缘子姿态控制支架的绝缘；被测绝缘子通过绝缘绳与辅助绝缘子连接，辅助绝缘子与绝缘子姿态控制支架连接，被测绝缘子与直流电流测量装置连接，直流电流测量装置通过绝缘绳与悬挂支架连接；直流电流测量装置包括空间电场控制电极和被测绝缘子，被测绝缘子放置在空间电场控制电极中心；高压直流实验电源的正极与被测绝缘子的钢帽连接，被测绝缘子的钢帽串联直流电流测量装置后与盐雾室的接地极连接，高压直流实验电源的负极与被测绝缘子的钢脚相连；空间电场控制电极串联直流电流测量装置后与盐雾室的接地极相连。
所述高压直流实验电源由220V交流试验电源、调压器、隔离变压器、倍压整流装置、限流电阻及直流分压器组成，220V交流试验电源与调压器连接，调压器与隔离变压器连接，隔离变压器与倍压整流装置连接，倍压整流装置通过限流电阻与直流分压器连接，用于提供0-50000V直流测试电压。
所述直流电流测量装置包括绝缘子表面直流泄漏电流测量表与绝缘子空间直流泄漏电流测量表，用于测量试样的表面泄漏电流和空间泄漏电流。
所述绝缘子姿态控制支架包括高度可调的金属支架，支架底座有用于接地的螺栓。
所述空间电场控制电极由环形电极与绝缘支架组成，绝缘支架与环形电极连接，用于改变被测绝缘子周边电场分布状态。
所述辅助绝缘子由与被测绝缘子同型号的正常绝缘子组成，用于保证试验电源高压电极对地及绝缘子姿态控制支架的绝缘。
本发明的方法包括以下步骤：
第一步：将两个绝缘子姿态控制支架放置到盐雾室内，支架到盐雾室设备及墙壁的距离均大于300mm；被测绝缘子悬挂在悬挂支架下方；辅助绝缘子与被测绝缘子连接后，通过连接环与绝缘绳悬挂到绝缘子姿态控制支架，通过调节绝缘绳的长度调整被测绝缘子的倾角；
第二步：进行输电线路负极导线绝缘子金具腐蚀实验，将高压直流实验电源的正极与被测绝缘子的钢帽相连，串联直流电流测量装置的绝缘子表面直流泄漏电流测量表后与盐雾室的接地极相连。将高压直流实验电源的负极与被测绝缘子的钢脚相连。
第三步：将空间电场控制电极串联直流电流测量装置的绝缘子空间直流泄漏电流测量表后，与盐雾室的接地极相连。
第四步：调节盐雾电导率及浓度，施加实验电压。
直流输电线路绝缘子串的分布电压分布曲线不具有对称性，绝缘子在绝缘子串中的位置不同，其实际承受电压并不相同，±800kV输电线路的绝缘子串包含绝缘子71片；取正极绝缘子串作为研究对象，最高承受电压为45kV，最低承受电压为5kV。将绝缘子的承受电压分布曲线如附图2所示。实验中可根据附图2，按绝缘子在绝缘子串中的实际承受电压为实验电压，施加在被测绝缘子的两端，以分析绝缘子在绝缘子串中的位置对金具腐蚀的影响。
上文给出的实验方法用于进行输电线路负极导线绝缘子金具腐蚀实验，进行输电线路正极导线绝缘子金具腐蚀实验时，要将实验步骤中的第二步改为：将高压直流实验电源的负极与被测绝缘子的钢帽相连，串联直流电流测量装置的绝缘子表面直流泄漏电流测量表后与盐雾室的接地极相连，将高压直流实验电源的正极与被测绝缘子的钢脚相连。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1)本申请提供的技术方案中，被测绝缘子的姿态与实际绝缘子串的姿态一致。在绝缘子串中，绝缘子位于绝缘子串不同位置，其对地的倾角不同，导致雨、雾和凝露情况下，绝缘子金具上水滴汇集与停留的位置不同。本申请通过绝缘子姿态控制支架、辅助绝缘子和绝缘绳调整绝缘子的倾角，使测试时绝缘子的姿态与运行时的姿态一致，可以测试雨、雾和凝露情况下，绝缘子金具上水滴汇集与停留对绝缘子金具腐蚀的影响。
2)本申请提出的技术方案中，被测绝缘子的承受电压实际绝缘子串中绝缘子承受的电压一致。现有的绝缘子金具腐蚀方案中，主要考虑表面泄漏电流的影响。本申请提出的方案在绝缘子上施加了该绝缘子在绝缘子串中的实际承受电压，结合绝缘子姿态控制，测试结果更接近输电线路绝缘子在真实运行环境中的腐蚀情况。
3)本申请提出的技术方案中，可以研究空间电场分布及空间电流对被测绝缘子金具腐蚀的影响。本申请中增加了空间电场控制电极，可以改变被测绝缘子周边的电场环境，收集空间分布电流，从而研究空间电场环境及空间电流对绝缘子金具腐蚀的影响。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施实例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施实例的限定；
图1是本申请中实验样本与测量装置示意图；
图2是本申请中±800kV直流输电线路绝缘子分布曲线示意图；
图3是本申请中实验接线示意图；
图4是本申请中高压直流实验电源结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统及方法，解决了现有测试系统无法模拟绝缘子的实际运行环境的技术问题，实现了对测试时对被测绝缘子的姿态和所处电场环境的模拟，结合仿真得到的绝缘子串中各绝缘子实际承受电压，实现了在测试时被测绝缘子所处环境与实际绝缘子串中绝缘子环境一致，以及研究空间电场对绝缘子金具腐蚀影响的技术效果。
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施实例及实例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实例的限制。
请参考图1-图4，实验样本与测量装置包括空间电场控制电极和被测绝缘子，被测绝缘子放置在空间电场控制电极中心，被测绝缘子钢帽通过接地电缆串联直流电流测量装置后，与盐雾室的接地电缆相连。
空间电场控制电极采用绝缘支架支撑，通过接地电缆串联直流电流测量装置后，与盐雾室的接地电缆相连，用于保证绝缘子周围电场均匀分布，并收集空间泄漏电流。
实验时根据绝缘子位置，从图2中查找出绝缘子实际承受电压，用于确定施加在绝缘子上的实验电压。悬挂支架用于固定被测绝缘子，绝缘子姿态控制支架用于改变被测绝缘子的倾角，模拟实验输电线路绝缘子的姿态，辅助绝缘子与绝缘绳用于隔离被测绝缘子对地泄漏电流。
本方法为：首先，制定实验方案，确定实验时绝缘子环境湿度与绝缘子的污秽程度；将被测绝缘子按实验目的进行预处理，并配制好盐雾；
将悬挂支架和绝缘子姿态控制支架放置到盐雾室内，悬挂支架和绝缘子姿态控制支架到盐雾室设备及墙壁的距离均大于300mm；被测绝缘子悬挂在悬挂支架下方；
辅助绝缘子与被测绝缘子连接后，通过连接环与绝缘绳悬挂到绝缘子姿态控制支架，直线塔绝缘子倾角为0度，耐张塔绝缘子需要根据绝缘子中绝缘子串的位置，杆塔悬挂点与导线悬挂点的相对位置，计算该绝缘子的倾角。
通过调节绝缘绳的长度，使绝缘子的倾角达到实验的要求；
进行输电线路负极导线绝缘子金具腐蚀实验，将高压直流实验电源的正极与被测绝缘子的钢帽相连，串联直流电流测量装置的绝缘子表面直流泄漏电流测量表后与盐雾室的接地极相连。将高压直流实验电源的负极与被测绝缘子的钢脚相连，连接后的实验电路如附图3所示。
如附图1所示，将空间电场控制电极串联直流电流测量装置的绝缘子空间直流泄漏电流测量表后，与盐雾室的接地极相连，被测绝缘子应位于空间电场控制电极的中心。
在被测绝缘子上施加实验电压，实验电压值根据实验的需求，或参考图2给出的不同位置绝缘子的承受电压进行调整，设定加压时间，测量并记录通过绝缘子钢帽的表面泄漏电流，以及通过空间电场控制电极的电流。
加压实验结束后，测量被测绝缘子金具被腐蚀的质量，观察被测绝缘子被腐蚀的位置，计算绝缘子金具的电腐蚀量。
尽管已描述了本发明的优选实例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施实例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统，其特征在于，所述系统包括：
盐雾室、高压直流实验电源、直流电流测量装置、绝缘子姿态控制支架、悬挂支架、空间电场控制电极、辅助绝缘子；
盐雾室用于提供实验时的盐雾环境；高压直流实验电源用于提供直流测试电压；直流电流测量装置用于测量被测绝缘子的表面泄漏电流和空间泄漏电流；绝缘子姿态控制支架用于改变被测绝缘子的倾角，模拟实验输电线路绝缘子的姿态；悬挂支架用于对直流电流测量装置和被测绝缘子进行悬挂；空间电场控制电极用于改变被测绝缘子周边电场分布状态；辅助绝缘子用于保证试验电源高压电极对地及绝缘子姿态控制支架的绝缘；被测绝缘子通过绝缘绳与辅助绝缘子连接，辅助绝缘子与绝缘子姿态控制支架连接，被测绝缘子与直流电流测量装置连接，直流电流测量装置通过绝缘绳与悬挂支架连接；直流电流测量装置包括空间电场控制电极和被测绝缘子，被测绝缘子放置在空间电场控制电极中心；高压直流实验电源的正极与被测绝缘子的钢帽连接，被测绝缘子的钢帽串联直流电流测量装置后与盐雾室的接地极连接，高压直流实验电源的负极与被测绝缘子的钢脚相连；空间电场控制电极串联直流电流测量装置后与盐雾室的接地极相连。
2.根据权利要求1所述的直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统，其特征在于，高压直流实验电源包括：220V交流试验电源、调压器、隔离变压器、倍压整流装置、限流电阻及直流分压器，220V交流试验电源与调压器连接，调压器与隔离变压器连接，隔离变压器与倍压整流装置连接，倍压整流装置通过限流电阻与直流分压器连接。
3.根据权利要求1所述的直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统，其特征在于，直流电流测量装置包括：绝缘子表面直流泄漏电流测量表和绝缘子空间直流泄漏电流测量表。
4.根据权利要求1所述的直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统，其特征在于，绝缘子姿态控制支架包括：高度可调的金属支架，金属支架底座设有用于接地的螺栓，绝缘子姿态控制支架到盐雾室设备及墙壁的距离均大于300mm。
5.根据权利要求1所述的直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统，其特征在于，空间电场控制电极包括：环形电极和绝缘支架，绝缘支架与环形电极连接。
6.根据权利要求1所述的直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统，其特征在于，辅助绝缘子为与被测绝缘子同型号的正常绝缘子，辅助绝缘子与绝缘绳用于隔离被测绝缘子的对地泄漏电流。
7.根据权利要求1所述的直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统，其特征在于，空间电场控制电极采用绝缘支架支撑，用于保证绝缘子周围电场均匀分布，并收集空间泄漏电流。
8.根据权利要求1所述的直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统，其特征在于，通过调节绝缘绳的长度实现被测绝缘子的倾角调整。
9.一种基于权利要求1-8中任意一个所述的直流输电线路绝缘子金具直流电场腐蚀实验系统的实验方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：将两个绝缘子姿态控制支架放置到盐雾室内，支架到盐雾室设备及墙壁的距离均大于300mm；被测绝缘子悬挂在悬挂支架下方；辅助绝缘子与被测绝缘子连接后，通过连接环与绝缘绳悬挂到绝缘子姿态控制支架，通过调节绝缘绳的长度调整被测绝缘子的倾角；
步骤2：进行输电线路负极导线绝缘子金具腐蚀实验，将高压直流实验电源的正极与被测被测绝缘子的钢帽相连，串联直流电流测量装置的绝缘子表面直流泄漏电流测量表，然后与盐雾室的接地极相连；将高压直流实验电源的负极与被测绝缘子的钢脚相连；
步骤3：将空间电场控制电极串联直流电流测量装置的绝缘子空间直流泄漏电流测量表，然后与盐雾室的接地极相连
步骤4：调节盐雾电导率及浓度，施加实验电压。
10.根据权利要求9所述的实验方法，其特征在于，步骤2具体为：进行输电线路正极导线绝缘子金具腐蚀实验，将高压直流实验电源的负极与被测绝缘子的钢帽相连，串联直流电流测量装置的绝缘子表面直流泄漏电流测量表后与盐雾室的接地极相连，将高压直流实验电源的正极与被测绝缘子的钢脚相连。
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