CN110146796A - 一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置及其试验方法，包括模拟塔身、模拟横担、绝缘子串、模拟导线和工频高压发生器，模拟横担一端悬臂固定连接在模拟塔身顶部，模拟横担下方悬挂有绝缘子串，绝缘子串下端悬挂模拟导线，模拟导线通过导线电连接到工频高压发生器，还包括连接在绝缘子串上端的泄露电流采集系统和正对模拟导线和绝缘子串安装的红外成像仪。本发明能够实现零值绝缘子串发热特性的快速测量以及泄露电流的快速测量，模拟结构与实际结构相同，模拟效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置及其试验方法，属于零值绝缘子串发热特性模拟设备技术领域。
背景技术
瓷绝缘子是架空输电线路使用最多的外绝缘部件，承担着电气和机械应力的作用，对输电线路的运行安全和可靠性具有重要影响。 在电气和机械应力以及恶劣的外绝缘环境的综合作用下，瓷绝缘子本身存在自然劣化过程。 因此，随着运行年限的增加，输电线路上的劣化瓷绝缘子将越积越多，和玻璃劣化绝缘子会自爆存在明显差异的地方在于：劣化的零值或低值绝缘子并不能通过外观进行判断。低值或零值的悬式瓷绝缘子的主要特征是绝缘电阻下降， 绝缘性能逐渐降低，会导致整串的闪络电压下降， 可能在雷电冲击、污秽闪络等情况下，内部绝缘被击穿并引发爆炸，进而导致掉线事故。 因此，高压架空输电线路盘形悬式瓷绝缘子应定期检测、更换低值或零值绝缘子。
目前输电线路瓷绝缘子的低值和零值检测主要依靠人工操作。低零值绝缘子检测方法主要有：绝缘子电阻测量法；基于绝缘子串电压分布规律的分布电压检测法、分布电场检测法；基于绝缘子放电现象的脉冲电流法、紫外成像法；基于绝缘子发热现象的红外成像法等。 其中绝缘电阻法、电压法和电场法都是接触式检测方法，需要作业人员登高，存在检测效率低、人工成本高、安全风险大等缺点。而放电脉冲法、红外成像和紫外检测法都是非接触是检测方法。相对于放电脉冲和紫外成像法，红外成像法相对来说操作简单并且受线路上的电晕放电的干扰较小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置及其试验方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置，包括模拟塔身、模拟横担、绝缘子串、模拟导线和工频高压发生器，模拟横担一端悬臂固定连接在模拟塔身顶部，模拟横担下方悬挂有绝缘子串，绝缘子串下端悬挂模拟导线，模拟导线通过导线电连接到工频高压发生器，还包括连接在绝缘子串上端的泄露电流采集系统和正对模拟导线和绝缘子串安装的红外成像仪。
优选的，上述绝缘子串上端连接有伸缩杆，伸缩杆上端悬挂在滑动导轨上，滑动导轨安装在模拟横担并与其保持平行，模拟导线为伸缩结构，模拟导线与绝缘子串间安装有电位分布调整环。
优选的，上述工频高压发生器通过硬导线连接到绝缘支柱顶端，硬导线通过伸缩电缆连接到模拟导线上。
优选的，上述红外成像仪固定在三脚架顶端。
优选的，上述绝缘子串顶端安装有取样电阻，取样电阻通过屏蔽电缆连接到泄露电流采集系统。
优选的，上述模拟塔身下端固定连接在铁板上，铁板接地。
一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置的试验方法，该方法为：先通过电磁场仿真软件对拟模拟的塔型的A、B和C相的绝缘子串的电位分布进行计算，获取沿串的电位分布，然后调整模拟横担和模拟塔身的长度和宽度以及模拟导线的长度对电场的大体分布进行模拟，然后通过调整绝缘子串对横担和塔身的距离来对电位分布进行微调，导线端的电位分布还通过电位分布调整环进行控制和调整，装置对绝缘子串流入接地端的泄漏电流进行测量，在确保绝缘子串在干燥和洁净状态的电位分布后，通过调整环境因素以及绝缘子的表面状况以及低零值绝缘子在串中的位置，来获取不同工况下绝缘子串的发热特性以及红外成像特性。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：
（1）本发明能够实现零值绝缘子串发热特性的快速测量以及泄露电流的快速测量，模拟结构与实际结构相同，模拟效果好；
（2）采用滑动导轨悬挂绝缘子串、伸缩杆连接绝缘子串、电位分布调整环实现绝缘子距离杆塔位置、高度位置以及电位分布的调整，并配合伸缩式的模拟导线，实现绝缘子串不同使用情况以及不同型号的绝缘子串模拟，降低模拟成本，调节方便，操作容易；
（3）更全面地获得绝缘子发热参数。通过获取绝缘子的泄漏电流，提取泄漏电流中的容性分量和阻性分量，结合绝缘子的电位分布，获得绝缘子沿串的发热性及红外成像的规律；
（4）多角度多方位获取绝缘子串的红外成像图像，通过多角度和不同距离下获取绝缘子串的红外成像图像。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为接地端绝缘子泄漏电流采集电路，图中P放电管，L为限流电感，C为高频冲击电压抑制电容，R为泄漏电流取样电阻；
图3为伸缩导线结构示意图；
图4为电位调节环结构示意图；
图5为滑动导轨结构示意图；
图6为泄漏电流采集系统安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-6所示，一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置，包括模拟塔身1、模拟横担2、绝缘子串3、模拟导线4和工频高压发生器5，模拟横担2一端悬臂固定连接在模拟塔身1顶部，模拟横担2下方悬挂有绝缘子串3，绝缘子串3下端悬挂模拟导线4，模拟导线4通过导线电连接到工频高压发生器5，还包括连接在绝缘子串3上端的泄露电流采集系统6和正对模拟导线4和绝缘子串3安装的红外成像仪7，工频高压发生器5通过控制箱18连接到380V交流电源，工频高压发生器5为250kV工频电压发生器。
优选的，上述绝缘子串3上端连接有伸缩杆8，伸缩杆8上端悬挂在滑动导轨9上，滑动导轨9安装在模拟横担2并与其保持平行，模拟导线4为伸缩结构，模拟导线4与绝缘子串3间安装有电位分布调整环10，电位分布调整环10，滑动导轨9包括导轨条901和滑块902，滑块902挂接在导轨条901上，下端通过隔离绝缘子903连接到伸缩杆8，滑块902通过丝杠丝母副驱动行走，丝杠丝母副的丝母通过丝母座与滑块902固定连接，丝杠丝母副的丝杠两端通过轴承座固定连接在模拟横担上，一端伸出轴承座后连接驱动电机，驱动电机固定连接在模拟横担上，电位分布调整环10包括可调整金属扇面101和螺栓102，可调整金属扇面101采用四块伸缩导电材料制作，通过伸缩拉伸，改变扇面面积，从而实现电位分布调节，相对两块的可调整金属扇面101内侧均设置有弧形板，两弧形板通过螺栓102连接，相邻两块可调整金属扇面101间相邻处紧密导电接触，确保整个电位分布调整环10电位相等。
优选的，上述工频高压发生器5通过直径为2cm的硬导线11连接到500kV绝缘支柱12顶端，硬导线11通过伸缩电缆13连接到模拟导线4上，设置绝缘支柱，便于布置导线和电缆，采用伸缩电缆，能够实现伸缩，避免影响模拟导线的状态以及能够适应模拟导线的长短变化，伸缩电缆13包括铝合金内管1301、铝合金外管1302和绝缘波纹管1303，铝合金内管1301和铝合金外管1302均为锥形结构，铝合金内管1301大端设置有两对称的开口1304，开口1304分割的两片铝合金间设置有压缩弹簧，铝合金内管1301大端嵌入到铝合金外管1302小端并能保持紧密接触和进行伸缩，铝合金内管1301和铝合金外管1302连接处外部套接有绝缘波纹管1303，该伸缩式的伸缩电缆，连接可靠稳定。
优选的，上述红外成像仪7固定在三脚架14顶端，安装方便快捷。
优选的，上述绝缘子串3顶端安装有取样电阻15，取样电阻15通过屏蔽电缆16连接到泄露电流采集系统6，泄露电流采集系统6连接到计算机19。
优选的，上述模拟塔身1下端固定连接在铁板17上，铁板17接地。
实验原理：该装置接入380V交流市电，通过控制箱接入250kV工频电压发生器，然后连接至500kV支柱绝缘子上的直径为2cm的硬导线，硬导线的通过波纹导线与模拟导线连接。在试验加压前，按照电磁场仿真计算的结果调整好试验电极系统，接地端的金属电极通过1MΩ的取样电阻连接到NI6210数据采集卡对泄漏电流进行采集，采集到的信号输入到计算机。在施加电压的过程中，同步对电压和电流进行采集。按照试验原理图连接电路，待电压升高到设定值后，保持电压恒定，一般为1h，若沿串的红外成像稳定，则记录环境的温度、湿度和风速等信息，然后在距离绝缘子串不同距离和不同角度下拍摄红外成像图像。
实施例2：一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置的试验方法，该方法为：先通过电磁场仿真软件对拟模拟的塔型的A、B和C相的绝缘子串的电位分布进行计算，获取沿串的电位分布，然后调整模拟横担和模拟塔身的长度和宽度以及模拟导线的长度对电场的大体分布进行模拟，然后通过调整绝缘子串对横担和塔身的距离来对电位分布进行微调，导线端的电位分布还可以通过电位分布调整环进行控制和调整，装置对绝缘子串流入接地端的泄漏电流进行测量，在确保绝缘子串在干燥和洁净状态的电位分布后，可以通过调整环境因素以及绝缘子的表面状况以及低零值绝缘子在串中的位置，来获取不同工况下绝缘子串的发热特性以及红外成像特性。
利用工频电压发生器输出交流电压，输出电压连接到模拟导线，根据模拟绝缘子串的电压等级施加相应电压等级的电压1h，试验过程中电压的施加采用点升法。
模拟电极系统，包括模拟横担、模拟塔身、固定于模拟横档上的滑动导轨、连接在取样电阻两端的金具、绝缘子串、伸缩杆、可伸缩的模拟导线和电位分布调整环。绝缘子的发热源的不同主要来源于绝缘子串的分布和泄漏电流的大小和流过路径，因而确保模拟试验过程中绝缘子串的电位分布对确保试验和实际布置的等价性具有重要意义。根据电磁场仿真软件计算得到输电线路的塔型、导线和绝缘子串型等对沿串电位分布的影响及分布规律，通过调整滑动导轨、伸缩杆、可伸缩的模拟导线和电位分布调整环改变模拟电极系统的电位分布，使其与典型的输电线路杆塔系统的电位分布规律相同。
泄漏电流采集系统，泄漏电流采集系统连接在绝缘子串与横担间的连接处，通过采样电阻R把泄漏电流信号转变为电压信号，然后通过屏蔽电缆传输至泄漏电流采集系统，然后传输给计算机对采集的信号进行处理、保存和显示。
红外成像系统，为了获得不同角度和距离下的红外成像的图像数据，试验过程中，在绝缘子串温度稳定后，在距离绝缘子串10m、15m和20m的条件下分别测量相对绝缘子串的视角范围为[-45，45]之间的图像。
采用模拟的等价性更高，通过仿真获取模拟电极系统对绝缘子串电位分布的影响，建立模拟电极系统与实际输电线路绝缘子串电位分布的等价性，能更好地模拟沿串绝缘子串的电位分布；模拟的塔型、串型和导线型号更多且调整方面，基于沿串电位分布的等价性，通过调整相应的模拟横担、模拟塔身、伸缩杆和电位调整环等来模拟不同的塔型、串型和导线的线路瓷绝缘子串的电位分布特性以及发热特性；全面地获得绝缘子发热参数。通过获取绝缘子的泄漏电流，提取泄漏电流中的容性分量和阻性分量，结合绝缘子的电位分布，获取绝缘子沿串的发热性及红外成像的规律；多角度多方位获取绝缘子串的红外成像图像。通过多角度和不同距离下获取绝缘子串的红外成像图像，为相关算法提供丰富的学习样本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置，其特征在于：包括模拟塔身（1）、模拟横担（2）、绝缘子串（3）、模拟导线（4）和工频高压发生器（5），模拟横担（2）一端悬臂固定连接在模拟塔身（1）顶部，模拟横担（2）下方悬挂有绝缘子串（3），绝缘子串（3）下端悬挂模拟导线（4），模拟导线（4）通过导线电连接到工频高压发生器（5），还包括连接在绝缘子串（3）上端的泄露电流采集系统（6）和正对模拟导线（4）和绝缘子串（3）安装的红外成像仪（7）。
2.根据权利要求1所述的一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置，其特征在于：绝缘子串（3）上端连接有伸缩杆（8），伸缩杆（8）上端悬挂在滑动导轨（9）上，滑动导轨（9）安装在模拟横担（2）并与其保持平行，模拟导线（4）为伸缩结构，模拟导线（4）与绝缘子串（3）间安装有电位分布调整环（10）。
3.根据权利要求1所述的一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置，其特征在于：工频高压发生器（5）通过硬导线（11）连接到绝缘支柱（12）顶端，硬导线（11）通过伸缩电缆（13）连接到模拟导线（4）上。
4.根据权利要求1所述的一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置，其特征在于：红外成像仪（7）固定在三脚架（14）顶端。
5.根据权利要求1所述的一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置，其特征在于：绝缘子串（3）顶端安装有取样电阻（15），取样电阻（15）通过屏蔽电缆（16）连接到泄露电流采集系统（6）。
6.根据权利要求1所述的一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置，其特征在于：模拟塔身（1）下端固定连接在铁板（17）上，铁板（17）接地。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种零值绝缘子串发热特性的模拟试验装置的试验方法，其特征在于：该方法为：先通过电磁场仿真软件对拟模拟的塔型的A、B和C相的绝缘子串的电位分布进行计算，获取沿串的电位分布，然后调整模拟横担和模拟塔身的长度和宽度以及模拟导线的长度对电场的大体分布进行模拟，然后通过调整绝缘子串对横担和塔身的距离来对电位分布进行微调，导线端的电位分布还通过电位分布调整环进行控制和调整，装置对绝缘子串流入接地端的泄漏电流进行测量，在确保绝缘子串在干燥和洁净状态的电位分布后，通过调整环境因素以及绝缘子的表面状况以及低零值绝缘子在串中的位置，来获取不同工况下绝缘子串的发热特性以及红外成像特性。
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