CN109659102A - 基于气固界面电场优化的gil绝缘子闪络电压提高方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于气固界面电场优化的GIL绝缘子闪络电压提高方法。通过对环氧绝缘子进行表面分区，对其不同部位分别进行不同程度的氟化处理，在电场出现畸变的三结合点处，绝缘子的表面电导率大，从而改善电场分布，以提高绝缘子沿面闪络电压，提升其绝缘性能。
Description
技术领域
本发明属于改性聚合材料及设备制造领域，具体涉及一种基于气固界面电场优化的GIL绝缘子闪络电压提高方法。
背景技术
GIL与架空线和电缆传输相比，具有敷设方式灵活、传输容量大、可靠性高及环境友好等优点，近年来，其在解决特殊区域的电力传输方面取得了很大进展。在GIL的气/固复合绝缘系统中，通常选择环氧浇注盆式和柱状绝缘体用于导体支撑和电气绝缘。研究表明，在直流电场下，电荷在长期运行时往往会集聚在绝缘体表面，从而增强局部电场并引起局部放电，从而导致沿绝缘体表面闪络，极大威胁了整个系统的安全运行。例如，由于负电荷累积引起的电场畸变，会导致绝缘子的闪络电压显着降低22.8％。因此，迫切需要解决电场畸变问题的有效方法。对绝缘子进行表面设计，使其具有表面电导二维梯度分布，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。
实际电气系统中的绝缘子多采用环氧树脂/Al2O3复合材料，本发明将氟化表面处理技术用于绝缘子，通过控制氟化条件，根据设计方案在绝缘子表面形成梯度氟化层，从而实现表面电导梯度分布，提高绝缘子的直流闪络电压。研究表明，按照表面几何结构设计的氟化处理后，环氧绝缘子的氟化层厚度和表面电导率呈梯度分布，闪络电压将有所提升。因此，设计和制作梯度氟化改性绝缘子对于优化GIL绝缘子的绝缘性能和输电系统整体的可靠性有重要的理论价值和指导意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于气固界面电场优化的GIL绝缘子闪络电压提高方法。通过对环氧绝缘子进行表面分区，对其不同部位分别进行不同程度的氟化处理，在电场出现畸变的三结合点处，绝缘子的表面电导率大，从而改善电场分布，以提高绝缘子沿面闪络电压，提升其绝缘性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于气固界面电场优化的GIL绝缘子闪络电压提高方法，通过调控绝缘子氟化层厚度与表层电导分布，以优化电场分布，具体包括以下步骤：
(1)自绝缘子的表面、高压电极以及气体侧的结合点处开始，将绝缘子表面分区为A、B、…、n个区域(n≥2)；
(2)隔离其他区域，仅让区域A暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中，温度25℃，氟化处理时间为tA，区域A氟化层厚度为dA；
(3)隔离其他区域，仅让区域B暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中，温度25℃，氟化处理时间为tB，tA﹥tB；区域B氟化层厚度为dB，dA﹥dB；
(4)以此类推，自绝缘子的表面、高压电极以及气体侧的结合点处开始的区域A、B、…，暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中的氟化处理时间tA﹥tB﹥…tn，氟化层厚度dA﹥dB﹥…dn；即可得到闪络电压提高的绝缘子。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明通过设计梯度方案、控制氟化条件将环氧树脂绝缘子进行氟化处理，得到表面改性的绝缘子，形成氟化层厚度、表面电导率的梯度分布，优化聚合物材料的结构，提高绝缘子沿面闪络电压，提升其性能。对优化GIL绝缘子性能、提高输电整体的可靠性有重要的理论价值和指导意义。
附图说明
图1-1和图1-2分别实施例中实验室制备的三层梯度绝缘子和四层梯度绝缘子的结构示意图。
图2是直流闪络电压数据分布图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了基于气固界面电场优化的GIL绝缘子闪络电压提高方法，通过氟化表面处理，调控绝缘子氟化层厚度与表层电导分布，以优化电场分布；绝缘子的氟化层厚度与表层电导梯度分布依赖于表面几何结构设计。
如图1-1所示，实施例一的表面处理流程如下：
(1)自绝缘子的表面、高压电极以及气体侧的结合点处开始，将绝缘子表面分区为A、B、C 3个区域。
(2)隔离其他区域，仅让区域A暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中，温度25℃，氟化处理时间为30min，区域A氟化层厚度约为457.8nm。
(3)隔离其他区域，仅让区域B暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中，温度25℃，氟化处理时间为15min，区域B氟化层厚度约为178.6nm。
(4)区域A、B、C，暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中的氟化处理时间分别为30min、15min、0min，氟化层厚度递减，即可得到闪络电压提高的绝缘子。
如图1-2所示，实施例二的表面处理流程如下：
(1)自绝缘子的表面、高压电极以及气体侧的结合点处开始，将绝缘子表面分区为A、B、C、D 4个区域。
(2)隔离其他区域，仅让区域A暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中，温度25℃，氟化处理时间为45min，区域A氟化层厚度约为602.9nm。
(3)隔离其他区域，仅让区域B暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中，温度25℃，氟化处理时间为30min，区域B氟化层厚度约为457.8nm。
(4)隔离其他区域，仅让区域C暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中，温度25℃，氟化处理时间为15min，区域C氟化层厚度约为178.6nm。
(5)区域A、B、C、D，暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中的氟化处理时间分别为45min、30min、15min、0min，氟化层厚度递减。即可得到闪络电压提高的绝缘子。
实验得到的直流闪络电压数据分布图如图2所示。可知通过对环氧绝缘子进行表面分区，对其不同部位分别进行不同程度的氟化处理，可改善电场分布，提高绝缘子沿面闪络电压，提升其绝缘性能。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.基于气固界面电场优化的GIL绝缘子闪络电压提高方法，其特征在于，通过调控绝缘子氟化层厚度与表层电导分布，以优化电场分布，具体包括以下步骤：
(1)自绝缘子的表面、高压电极以及气体侧的结合点处开始，将绝缘子表面分区为A、B、…、n个区域(n≥2)；
(2)隔离其他区域，仅让区域A暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中，温度25℃，氟化处理时间为tA，区域A氟化层厚度为dA；
(3)隔离其他区域，仅让区域B暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中，温度25℃，氟化处理时间为tB，tA﹥tB；区域B氟化层厚度为dB，dA﹥dB；
(4)以此类推，自绝缘子的表面、高压电极以及气体侧的结合点处开始的区域A、B、…，暴露于N2/F2＝4/1的混合气体中的氟化处理时间tA﹥tB﹥…tn，氟化层厚度dA﹥dB﹥…dn；即可得到闪络电压提高的绝缘子。
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