CN109375082B - 一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线 - Google Patents

一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线。所述分裂式扩径导线包括至少两个间隔盘和多组分裂导线，每组分裂导线由至少两根子导线组成，在每个间隔盘上对应开设有多组分裂导线穿孔，多组分裂导线穿孔呈环形分布在间隔盘，每组分裂导线穿孔包括至少两个子导线孔，所述多组分裂导线中的每根子导线分别穿过每个间隔盘上对应的子导线孔，至少两个间隔盘间隔固定在多组分裂导线上，且多组分裂导线的两端分别通过导电压线板固定。本发明利用大小分裂组合的形式，可大幅提升扩径导线的等效半径，有效降低导线表面场强，并通过特殊的材料以及结构的搭配，减小其重量，能用于现场开展绝缘试验及对电晕、局放量要求极为严苛的局部放电试验。

Description

一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线
技术领域
本发明涉及一种导线，具体是一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线。
背景技术
特高压电气设备绝缘试验中，由于试验电压高，承受高电压的试验设备之间，以及连接试验设备与被试品之间的试验导线都易出现严重的电晕放电，从而导致试验回路的品质因数降低、损耗增大，如不采取措施加以限制，可能造成试验无法顺利完成。
回路的电晕损耗是特高压电气设备绝缘试验的主要损耗之一，符合试验要求的连接导线是特高压绝缘试验的必备部件。传统上，采用铝箔材质的扩径试验导线，可以提高试验导线的电晕起始电压，降低导线表面场强，抑制电晕损耗。但在现场交接试验、诊断性试验中，由于现场的试验条件较为恶劣，时常出现大风、风沙等天气，铝箔扩径导线存在着风荷载大、风偏严重、摆动严重，且使用中极易出现破损、断裂，耗损率高、难以重复多次使用，在试验过程中更是威胁被试设备、试验装置和试验人员安全的潜在隐患。而且铝箔扩径试验导线表面易磨损，使用中易出现划伤、毛刺，难以保持光滑的表面状况，试验中会出现强烈电晕乃至间歇性放电，难以适用于对电晕抑制提出了更高要求的局部放电试验。
随着国家特高压工程建设的不断深入推进，特高压现场试验用导线已经成为了制约现场试验工作开展的一个重点因数，亟待攻克与解决。
发明内容
本发明根据现有技术的不足提供一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，该分裂导线通过大分裂加上小分裂的形式，有效利用分裂子导线间的电磁屏蔽效应，提高试验导线在减小电晕损耗、耐用性、强度、抗拉性、降低风阻、减小振动等方面的性能，满足特高压电气设备现场交流耐压试验、直流耐压试验、局部放电试验的需求。
本发明提供的技术方案：所述一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，其特征在于：所述分裂扩径导线包括至少两个间隔盘和多组分裂导线，每组分裂导线包括至少两根子导线，在每个间隔盘上对应开设有多组分裂导线穿孔，多组分裂导线穿孔呈环形分布在间隔盘，每组分裂导线穿孔包括至少两个子导线孔，所述多组分裂导线中的每根子导线分别穿过每个间隔盘上对应的子导线孔，至少两个间隔盘间隔固定在多组分裂导线上，且多组分裂导线的两端分别通过导电压线板固定。
本发明较优的技术方案：所述分裂导线设有8～16组，每组分裂导线包括2～4根导线，每根导线的半径为1～1.5mm；所述开设在间隔盘上的分裂导线穿孔有8～16组，且8～16组分裂导线穿孔等距分布在间隔盘靠近外缘的位置，每组分裂导线穿孔包括2～4个间距为5～10mm的子导线孔，每个子导线孔的孔径与导线的直径相等。
本发明较优的技术方案：所述间隔盘为金属管制成的环形间隔盘，且间隔盘分布在分裂导线上的间距为0.8～2m。
本发明较优的技术方案：在每个导电压线板上设有连接挂耳，并在两侧导电压线板上预留电气连接导线。
本发明较优的技术方案：所述导电压线板采用铝制圆板，设置在多组分裂导线端部与间隔盘同轴的位置，每组分裂导线中的至少两根子导线的两端拧紧后固定在导电压线板上，且多组分裂导线在导电压线板上的固定点呈环形等距分布。
本发明较优的技术方案：所述每组分裂导线中的每根子导线通过金属丝与间隔盘绑扎固定。
本发明较优的技术方案：所述分裂导线设有12组，每组分裂导线是由2根半径为1.5mm的钢丝绳组成；在间隔盘上等距开设有12组分裂导线穿孔，每组分裂导线穿孔包括2个间距10mm的子导线孔。
本发明较优的技术方案：所述间隔盘是由管径16～18mm的空芯铝制圆管制成的环径为550～600mm的圆环状结构，且间隔盘分布在分裂导线上的间距为1～1.5m。
本发明较优的技术方案：所述电气连接导线采用铜线。
本发明采用大分裂小分裂的组合形式，包括多组分裂导线，每组分裂导线包括至少两根导线，利用大小分裂组合的形式，可大幅提升扩径导线的等效半径，有效降低导线表面场强。
本发明中关于分裂导线的等效半径计算公式为：
式中Ri：分裂导线等效导体半径；
n：导线分裂数；
r：子导线半径
R：分裂圆的半径。
本发明的有益效果：
(1)与常规的铝箔扩径导线相比，本发明提出的分裂式扩径导线自身可有效平衡导线风载荷与自重载荷，抑制风偏与振动，且在耐用性、强度、抗拉性等方面具有优良的性能，便于在现场恶劣环境下的长期使用。
(2)由于试验导线通过的电流较小，通常为12A以下，可以不用考虑导线的最小通流截面面积，本发明采用半径为1.5mm不锈钢钢丝绳，防雨、防锈、抗腐蚀，有效适应现场试验环境；钢丝绳由7X7股细钢丝拧聚在一起，保证了导线的强度，提高抗拉性，承重性能强，坚韧耐用，不会出现破损、断裂；钢丝绳表面光滑、无毛刺，降低电晕损耗，能提高特高压现场试验的安全性，保障被试设备、试验装置、试验人员的安全。
(3)本发明采用轻量化设计，扩径导线整体重量较轻，经实测，重量可控制在1.5kg/m以内，降低现场试验接线的难度和工作量；
(4)间隔盘采用空芯铝制圆管制成环形结构，防止各组子导线间的相互缠绕、鞭击，间隔盘结构简单，进一步减轻了导线重量，符合轻型设计要求。整体设计上，导线风阻小，使用中不会出现风偏、摆动等问题
(5)经实测，在1000kV试验电压(有效值)下，本发明提出的分裂导线上场强分布均匀，未出现强烈放电，紫外检测光子数计数率为160；同比等直径的铝箔扩径导线，会出现明显的间歇性放电，光子计数率超过6200。
(6)本发明提出的分裂导线采用柔性好的钢丝绳，未展开状态下体积小，便于收拢、储存、运输。
本发明结构简单、安装方便，利用大小分裂组合的形式，可大幅提升扩径导线的等效半径，有效降低导线表面场强，并通过特殊的材料以及结构的搭配，减小其重量，综合提高其在减小电晕损耗、耐用性、强度、抗拉性、降低风阻、减小振动等方面的性能，满足特高压现场恶劣条件下进行交流耐压试验、直流耐压试验的需求，并能用于现场开展对电晕、局部放电要求极为严苛的局部放电试验。
附图说明
图1是本发明的正面结构示意图；
图2是本发明的侧视图；
图3是本发明提出的分裂式扩径导线在1000kV试验电压下利用紫外局放检测仪监测电晕放电的情况；
图4是等径的铝箔扩径导线在1000kV试验电压下利用紫外局放检测仪监测电晕放电的情况；
图5是基于模拟电荷法和PEEK公式，分别计算分裂子导线表面最大场强Emax和分裂子导线起晕场强Ec随着子导线半径的变化趋势；
图6是不同参数的分裂式导线的品质因数变化曲线图表；
图7是不同参数的分裂式导线的等效电阻变化曲线图表。
图中：1—间隔盘，2—子导线，3—子导线孔，4—导电压线板，5—连接挂耳，6—电气连接导线。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，其特征在于：所述分裂扩径导线包括至少两个间隔盘1和多组分裂导线，所述间隔盘1为管径16～18mm的空芯铝制圆管制成的环径为550～600mm的圆环状结构，且间隔盘1分布在分裂导线上的间距为0.8～2m，最佳间距为1～1.5m。所述分裂导线设有8～16组，每组分裂导线由2～4根子导线2组成，每根子导线2的半径为1mm～1.5mm；所述开设在间隔盘1上的分裂导线穿孔有8～16组，且8～16组分裂导线穿孔等距分布在间隔盘1靠近外缘的位置，每组分裂导线穿孔包括2～4个间距为5～10mm的子导线孔3，每个子导线孔3的孔径与导线2的直径相等。所述多组分裂导线中的每根子导线分别穿过每个间隔盘1上对应的子导线孔3，每组分裂导线中的每根子导线3通过金属丝与间隔盘1绑扎固定。至少两个间隔盘1间隔固定在多组分裂导线上，且多组分裂导线的两端分别通过导电压线板4固定。在每个导电压线板4上设有连接挂耳5，并在两侧导电压线板4上预留电气连接导线6，所述电气连接导线6采用铜线。所述导电压线板4采用铝制圆板，设置在多组分裂导线端部与间隔盘1同轴的位置，每组分裂导线中的至少两根子导线2的两端拧紧后固定在导电压线板4上，且多组分裂导线在导电压线板4上的固定点呈环形等距分布。
本发明在实际制作时，可以将分裂式扩径导线做成多种常用规格的单元长度，如20m、15m、10m、5m等，在特殊情况下，可根据试验需要，利用连接挂耳5将多个分裂式扩径导线单元之间进行加长串接。
下面结合实施例对本发明进一步说明，实施例中所述的用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，采用大分裂+小分裂的组合形式，包括12组分裂导线，每一组分裂导线是由2根钢丝绳组成。本发明采用半径为1.5mm不锈钢钢丝绳，间隔盘1采用环径570mm、管径17.5mm的空芯铝制圆管作为各组分裂子导线间的间隔盘，每间隔1m布置一个间隔盘，防止各组子导线间的相互缠绕、鞭击；在间隔盘1上等间距布置12组分裂导线穿孔，每组分裂导线穿孔包括2个小孔，用于穿过每组分裂子导线的2根钢丝绳，2个小孔间距10mm。每根钢丝绳安装穿过间隔盘后，采用硬铜丝进行绑扎，固定间隔盘1与钢丝绳之间的相对位置；分裂子导线两端收拢固定在导电压线板4内，压线板顶部装有连接挂耳，便于在现场进行试验导线与设备间的连接；在两侧导电压线板4上还各预留一根铜线，便于与试验装置、电气设备的接线头、端子排进行可靠的电气连接。
在全屏蔽高压试验大厅内，利用交流耐压试验装置对分裂式导线进行试验，分裂式导线的安装位置与现有特高压试验中铝箔扩径导线的安装位置相同，直接将分裂式导线替换现有的铝箔扩径导线，将分裂式导线的其中一端连接在试验装置顶部的均压环上，并通过该端部导电压线板4上电气连接导线6与试验装置顶部接线头相连；另一端连接在被试设备顶部，也通过该端部导电压线板4上电气连接导线6与被试设备的接线端子排相连，其试验过程与现有的特高压试验过程相同。经实测，在1000kV试验电压(有效值)下，本发明提出的分裂导线上场强分布均匀，未出现强烈放电，紫外检测光子数计数率为160，其测试结果如图3所示。同时采用等直径的铝箔扩径导线进行相同的试验，其试验结果如图4所示，会出现明显的间歇性放电，光子计数率超过6200。因此，本发明能用于现场开展对电晕、局部放电要求极为严苛的局部放电试验，而且本发明中的分裂式扩径导线耐磨，不易断裂，其使用寿命更长。本发明中的分裂式扩径导线，在使用完毕后还可以收拢，便于储存。
本发明中分裂式扩径导线的参数值是根据导线表面最大场强计算公式计算得到的。
首选基于模拟电荷法，计算各子导线表面最大场强。
为了使用模拟电荷法计算各模拟电荷量Q，需要建立电荷-电位方程，即
V＝PQ (1)
式(1)中电压矩阵V代表导线上各匹配点的电压值，此处取试验电压的最大值，电荷矩阵Q为待求的导线上的模拟电荷值；矩阵P为各模拟电荷与各匹配点的关系矩阵，P中的各元素值如式(2)所示：
式(2)中dij+为第j个模拟电荷本身到第i个匹配点的距离，dij-为第j个模拟电荷对地的镜像到第i个匹配点的距离，其分别计算公式如下：
通过求解式(1)，即可得到各向量Q值，即各模拟电荷点的电荷量，并据此计算导线表面的电场如(4)所示：
式(4)中，Fx和Fy为模拟电荷与x、y方向电场的关系矩阵。Fx和Fy中各元素值如式(5)所示：
通过计算导线表面电场的x、y方向分量，可以得出其幅值，并提取最大量Emax，得出各子导线表面最大场强Emax随子导线半径的变化曲线，见图5。
其次，基于PEEK公式，计算分裂导线表面起晕场强。
如式(6)所示。其中，m为表面粗糙系数，全面电晕时m＝0.82，局部电晕时m＝0.72；δ为空气相对密度，在海拔高度为0时取值为1，其他海拔高度下的取值如表2所示；r为导线半径，单位为cm；计算出的起晕电场Ec的单位为Kv/cm。
计算得出分裂导线表面起晕场强Ec随子导线半径的变化曲线，见图5。
最后，通过导线表面最大场强与起晕场强的比较，决定分裂导线的参数值，其子导线半径与最大场强的关系如图5所示，表面最大场强随子导线半径增加是单调递减关系，且变化幅度大。在理想状态下，1000kV电压下，分裂导线的表面最大场强与起晕电场强度相等时的子导线临界起晕半径值为4.2940mm，但在参数下，子导线重量过重，将达到约10kg/m。为在重量上进行综合优化，在应用状态下，低于技术标准要求控制值(300pC)的低能量电晕可以接受，因此，可将导线表面最大场强保持在起晕场强的2～3倍的范围内。综合考虑后，选取子导线半径为1mm～1.5mm。
本申请对分裂式导线在不同直径和不同分裂数的情况下其等效电阻变化以及品质因数变化进行试验对比分析，其具体如下：在全屏蔽高压试验大厅内，利用同一套调频式串联谐振交流耐压试验装置对不同参数的分裂式扩径导线进行试验，每100kV记录一次试验装置输出占空比，并以此计算回路品质因数和分裂式扩径导线的等效电阻，其中，不同参数的分裂式扩径导线的品质因数变化如图6，所述不同参数的分裂式扩径导线的等效电阻变化如图7；通过各个参数的对比，在相同环径下，分裂数量越多，分裂式扩径导线的品质因数越高、等效电阻越小，更有利于试验的开展，但随着分裂数量的增加，分裂数量对品质因数、等效电阻的增益效果逐步减弱，因此选择12分裂组数；在相同分裂数量下，环径越小，其表面屏蔽效果越密集，分裂式扩径导线的品质因数越高、等效电阻越小，更有利于试验的开展，但随着环径的减小，子导线间容易发生相互缠绕和鞭击，不便于使用，空芯铝管对于导线整体重量的影响较小，可选择直径550mm～600mm；在不改变其他参数的条件下，增加小分裂组合后，分裂式扩径导线的品质因数明显提升，等效电阻明显降低，有利于试验过程中电晕损耗的控制、装置发热的抑制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，其特征在于：所述分裂式扩径导线包括至少两个间隔盘（1）和多组分裂导线，每组分裂导线包括至少两根子导线（2），在每个间隔盘（1）上对应开设有多组分裂导线穿孔，多组分裂导线穿孔呈环形分布在间隔盘（1），每组分裂导线穿孔包括至少两个子导线孔（3），所述多组分裂导线中的每根子导线分别穿过每个间隔盘（1）上对应的子导线孔（3），至少两个间隔盘（1）间隔固定在多组分裂导线上，且多组分裂导线的两端分别通过导电压线板（4）固定；
所述分裂导线设有8～16组，每组分裂导线包括2～4根子导线（2），每根子导线（2）的半径为1～1.5mm；所述开设在间隔盘（1）上的分裂导线穿孔有8～16组，且8～16组分裂导线穿孔等距分布在间隔盘（1）靠近外缘的位置，每组分裂导线穿孔包括2～4个间距为5～10mm的子导线孔（3），每个子导线孔（3）的孔径与子导线（2）的直径相等；
所述分裂导线的等效半径为Ri：
式中，R为分裂圆的半径，n为导线分裂数，r为子导线的半径。
2.根据权利要求1所述的一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，其特征在于：所述间隔盘（1）为金属管制成的环形间隔盘，且间隔盘（1）分布在分裂导线上的间距为0.8～2m。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，其特征在于：在每个导电压线板（4）上设有连接挂耳（5），并在两侧导电压线板（4）上预留电气连接导线（6）。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，其特征在于：所述导电压线板（4）采用铝制圆板，设置在多组分裂导线端部与间隔盘（1）同轴的位置，每组分裂导线中的至少两根子导线（2）的两端拧紧后固定在导电压线板（4）上，且多组分裂导线在导电压线板（4）上的固定点呈环形等距分布。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，其特征在于：所述每组分裂导线中的每根子导线（2）通过金属丝与间隔盘（1）绑扎固定。
6.根据权利要求1所述的一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，其特征在于：所述分裂导线设有12组，每组分裂导线是由2根半径为1.5mm的钢丝绳组成；在间隔盘（1）上等距开设有12组分裂导线穿孔，每组分裂导线穿孔包括2个间距10mm的子导线孔（3）。
7.根据权利要求2所述的一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，其特征在于：所述间隔盘（1）是由管径16～18mm的空芯铝制圆管制成的环径为550～600mm的圆环状结构，且间隔盘（1）分布在分裂导线上的间距为1～1.5m。
8.根据权利要求3所述的一种用于特高压现场试验中的分裂式扩径导线，其特征在于：所述电气连接导线（6）采用铜线。
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