CN110554288B - 一种用于模拟gil/gis实际运行工况下金属微粒附着行为及放电特性的装置 - Google Patents

一种用于模拟gil/gis实际运行工况下金属微粒附着行为及放电特性的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于模拟GIL/GIS实际运行工况下金属微粒附着行为及放电特性的装置，包括高压套管1、L形高压导杆2、耐压密封腔体3、支撑架4、出气管7、模拟金属微粒生成区8、气压表9、操作窗10、进气装置11、高速相机观察窗12、进气装置13、实验用绝缘子15。所述模拟金属微粒生成区8包括mm级金属微粒容器85和μm级金属微屑生成器86，二者可自由拆卸、安装在腔体上壁面。所述进气装置11和进气装置13可模拟断路器开断过程中气体的流动，通过流体力的作用，使得不同种类的金属微粒吸附在绝缘子的凹面或凸面。该装置可模拟GIL/GIS正常运行工况下，金属微粒的产生、运动及放电过程，对于分析GIS/GIL中金属微粒的危险程度具有重要意义。

Description

一种用于模拟GIL/GIS实际运行工况下金属微粒附着行为及 放电特性的装置
技术领域
本发明涉及一种用于模拟GIL/GIS实际运行工况下金属微粒附着行为及放电特性的装置，属于电气绝缘领域，尤其涉及附着金属微粒运动及放电特性领域。
背景技术
GIS/GIL金属微粒附着在绝缘子表面是造成GIS/GIL中设备沿面闪络故障的主要影响因素之一。常见的金属微粒主要包含线形、球形、片状和金属粉尘等形式。
在对线形金属微粒的运动行为观察实验中，多次发现线形金属微粒吸附在绝缘子凸侧的现象，且当微粒附着在绝缘子上后，在发生闪络故障之前，金属微粒的位置基本不变，但是附着的金属微粒会显著降低绝缘子的闪络电压。为研究附着金属微粒对绝缘子闪络特性的影响，研究者们展开了大量研究。由于金属微粒出现吸附线性金属微粒的概率低，且仅能实现对GIS/GIL升压过程中线性金属微粒吸附运动行为的模拟。因此一般均采取胶水固定的方式将线形金属微粒以不同的角度、位置粘附在绝缘子上。在此基础上，施加电压，研究绝缘子附着金属微粒前后气-固界面电荷积聚的变化。在此过程中忽略了胶水对电荷积聚的影响，与实际工程条件不符。
此外，不少研究认为金属微粒不会出现吸附在绝缘子凹侧的行为。而事实上，在实际的故障现场中，有时，盆式绝缘子凹侧表面也存在贯穿性烧伤痕迹，且在放电痕迹上发现有金属丝。这是由于断路器在吹弧过程中，将金属微粒吹到了绝缘子表面，进而发生了故障。
现有技术针对数量较多的金属粉尘的研究，一般是事先将粉尘放置在实验腔体中的固定位置，或者通过胶粘方式将粉尘粘附在绝缘子表面固定位置，从而研究粉尘引发的放电行为。但实际运行中，粉尘通过导杆摩擦不断产生，或受吹弧作用将直接堆积在绝缘子表面，当前研究显然不能实现对实际工况的模拟。
综上，现有对附着金属微粒的研究装置中，微粒吸附概率低；采用粘附固定的方式时，忽略掉了胶水等粘附剂在其中产生的作用；没有将气流作用考虑在内，不能很好的模拟实际工况。本发明装置考虑上述不足，设计金属微粒生成部分和送气部分，能更好的模拟实际正常运行工况下金属微粒附着之后的运动行为及放电特征。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有装置不足，提供一种模拟实际工况生成金属微粒，并在GIL/GIS正常运行时，使微粒依靠电场力或流体力吸附在绝缘子上，克服了微粒吸附率低、难以吸附在绝缘子凹面的困难。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于模拟GIL/GIS金属微粒附着行为及放电特性的装置，其特征在于，该装置包括高压套管1、L形高压导杆2、耐压密封腔体3、支撑架4、第一固定支撑绝缘子5、第二固定支撑绝缘子6、出气孔7、模拟金属微粒生成区8、气压表9、操作窗10、进气装置S111、高速相机观察窗12、进气装置S2 13、操作观察窗14、试验用绝缘子15；
所述耐压密封腔体3竖置部分包含模拟金属微粒生成区8、出气孔7、气压表9、进气装置S111、进气装置S2 13；正对试验用绝缘子15的位置有高速相机观察窗12；所述模拟金属微粒生成区8包含固定在腔体上壁面的一对固定J形构件81、导轨83、第一导杆84、mm级金属微粒容器85及μm级金属微屑生成器86；一对固定J形构件81及导轨83固定在耐压密封腔体3竖置部分上壁面内侧；
所述第一导杆84两端含有螺纹结构，其中一端固定在导轨83上的滑块上，可随导轨移动；另一端连接在mm级金属微粒容器85或μm级金属微屑生成器86上；
所述mm级金属微粒容器85包含挂钩851、微粒槽852、插槽853及移动插件854；所述微粒槽852没有底，为中通结构；所述插槽853中插有移动插件854，形成微粒槽852的底；所述mm级金属微粒容器85一端通过挂钩851与固定J形构件81相连接，一端通过移动插件854与第一导杆84连接，从而固定在耐压密封腔体3的上壁面；
所述μm级金属微屑生成器86包含固定挂环861和移动粗糙导杆862，所述μm级金属微屑生成器86一端通过固定挂环861与固定J形构件81连接，一端通过移动粗糙导杆862与第一导杆84连接，从而固定在耐压密封腔体3的上壁面；
所述进气装置S111与耐压密封腔体3壁面成一定角度倾斜输送气体，包含第一进气孔111、第一气体流量计112以及锥形管113，所述锥形管113可吹出朝向试验用绝缘子15方向的气流；
所述进气装置S2 13安装在耐压密封腔体3的底部，包含第二进气孔131、第二气体流量计132以及半锥形管133，所述半锥形管133正对试验用绝缘子15，可吹出朝向试验用绝缘子15方向的气流。
优选地，耐压密封腔体3可承受0.6MPa的气压，通过充入纯SF6或SF6/N2混合气体获得不同气压的试验条件。
优选地，试验用绝缘子15为凸面或凹面绝缘子。
优选地，所述的mm级金属微粒容器85，将试验用mm级金属微粒放入所述微粒槽852，通过电机控制第一导杆84运动，使得移动插件854移动，逐渐漏出微粒槽852中的金属微粒。
优选地，μm级金属微屑生成器86中，所述固定挂环861含有挂孔8611、空隙8612、粗糙齿8613，通过电机控制第一导杆84运动，可控制移动粗糙导杆862运动，与固定挂环861发生摩擦，产生金属微屑。
优选地，所述的mm级金属微粒容器85和μm级金属微屑生成器86，可自由拆卸地安装在固定J形构件81上，二者一起可模拟实际工况中各种类型金属微粒的生成过程。
优选地，进气装置S111和进气装置S2 13通过调节进气流量，模拟断路器开断过程中的气流流动。
优选地，所述的进气装置S111和进气装置S213，将自由落体的金属微粒或者已经落于耐压密封腔体3内壁上金属微粒吹送到试验用绝缘子15的表面。
本发明的有益效果为：该机构具有功能全面，控制方便，安全可靠等优点，能在GIL/GIS正常运行过程中释放微粒，模拟实际绝缘子中金属微粒的运动行为；通过模拟断路器气流作用使得微粒吸附在绝缘子上的概率提高，便于研究附着之后微粒的运动及放电特征。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明的附图做详细介绍。
图1为现有技术中线形金属微粒引发的盆式绝缘子沿面闪络故障的图片；
图2为本发明的一种用于模拟GIL/GIS实际运行工况下金属微粒附着行为及放电特性的装置；
图3为mm级金属微粒容器安装运行图；
图4为mm级金属微粒容器各部件示意图；
图5为μm级金属微屑生成器安装运行图；
图6为μm级金属微屑生成器各部件示意图；
图7为使用本发明装置拍摄到的线形金属微粒附着图；
图8为使用本发明装置拍摄到的附着线形金属微粒引起的放电行为。
附图标记：
1—高压套管；2—L形高压导杆；3—耐压腔体；4—支撑架；5—固定支撑绝缘子；6—固定支撑绝缘子；7—出气孔；
8—模拟金属微粒生成区；81—固定J形构件；82—竖置腔体外壳上壁面；83—导轨；84—第一导杆；85—mm级金属微粒容器；851—挂钩；852—微粒槽；853—插槽；854—移动插件；86—μm级金属微屑生成器；861—固定挂环；8611—挂孔；8612—孔隙；8613—粗糙齿；862—移动粗糙导杆；
9—气压表；10—操作窗；
11—进气装置S1；111—进气孔；112—气体流量计；113—锥形管；
12—高速相机观察窗；
13—进气装置S2；131—进气孔；132—气体流量计；133—半锥形管；
14—操作观察窗；15—试验用绝缘子。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步解释说明。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
模拟GIL/GIS实际运行工况下金属微粒附着行为及放电特性的装置，包括模拟金属微粒生成区和模拟断路器开端过程吹气装置。其中，模拟金属微粒生成区包含mm级金属微粒容器85和μm级金属微屑生成器86，可自由拆卸、安装。实验时，安装所需金属微粒装置，一端通过一对固定J形构件81固定，另一端通过第一导杆84连接在导轨83的滑块上。通过控制滑块的运动，带动金属微粒生成装置运动，使所需金属微粒掉落。而当需要模拟吹气过程时，打开进气装置11和进气装置13，通过调节进气流量，使金属微粒受流体力作用吸附在绝缘子表面。
模拟GIL/GIS实际运行工况下金属微粒附着行为及放电特性的装置，其特殊设计部分有：
1.为了模拟实际GIS/GIL腔体中的气体环境，所述密封耐压腔体3可承受高达0.6MPa的气压。
2.为模拟实际GIS/GIL腔体正常运行过程中金属微粒的运动行为，设计了金属微粒生成装置，包括mm级金属微粒容器85和μm级金属微屑生成器86，可模拟腔体正常运行过程中金属微粒掉落、吸附、放电行为。
3.为模拟实际GIS/GIL腔体正常运行过程中由于断路器开断导致的金属微粒吸附行为，设计了进气装置11和进气装置13，吹气管113和133设计为锥形，增大吹气面积，提高金属微粒的吸附概率。
使用本发明所述的模拟GIL/GIS实际运行工况下金属微粒附着行为及放电特性的装置，其工作过程包括试验预处理阶段、试验加压阶段、金属微粒吸附阶段，试验结束后处理阶段。各工作阶段的操作具体如下：
试验预处理阶段
1)选定试验用金属微粒种类，并将对应金属微粒生成装置固定在固定J形构件81上，并通过第一导杆84与导轨83连接，并调整导轨滑块到合适位置。
2)封闭耐压腔体3，并对耐压腔体3进行抽真空处理，当满足真空度要求(气压降到100Kpa以下)后，对耐压腔体3充入0.3Mpa试验用纯SF6或SF6/N2混合气体。
试验加压阶段
1)通过高压套管1加压一段时间，用以模拟实际GIL/GIS正常运行工况。
金属微粒吸附阶段
1)启动电机，使金属微粒掉落。对于mm级金属微粒容器85，控制电机带孔移动插件854缓慢移动；对于μm级金属微屑生成器86，控制电机带动移动粗糙导杆862来回移动。
2)待金属微粒掉落，通过高速相机观察窗12观察金属微粒的运动吸附行为。
3)打开进气装置11和进气装置13，控制气体流速，直至金属微粒吸附在绝缘子表面。在此过程中，时刻关注气压表读数，当气压接近0.6Mpa时，立即打开出气孔7释放气体。
4)通过高速相机观察窗12观察金属微粒附着后的运动及放电行为。
5)根据需要升高电压，并观察、拍摄金属微粒附着后的运动及放电行为。
试验结束后处理阶段
1)停止电机，对设备进行放电处理；
2)释放耐压腔体内纯SF6或SF6/N2混合气体；
3)打开腔体，对绝缘件进行清理，为下一次试验做准备。
如图7、图8所示，使用本发明的装置分别拍摄到了线形金属微粒附着图、附着线形金属微粒引起的放电行为，充分证明了使用本发明的装置可以高效地模拟GIL/GIS实际运行工况下金属微粒附着行为及放电特性。

Claims (8)

1.一种用于模拟GIL/GIS金属微粒附着行为及放电特性的装置，其特征在于，该装置包括高压套管(1)、L形高压导杆(2)、耐压密封腔体(3)、支撑架(4)、第一固定支撑绝缘子(5)、第二固定支撑绝缘子(6)、出气孔(7)、模拟金属微粒生成区(8)、气压表(9)、操作窗(10)、进气装置S1(11)、高速相机观察窗(12)、进气装置S2(13)、操作观察窗(14)、试验用绝缘子(15)；
所述耐压密封腔体(3)竖置部分包含模拟金属微粒生成区(8)、出气孔(7)、气压表(9)、进气装置S1(11)、进气装置S2(13)；正对试验用绝缘子(15)的位置有高速相机观察窗(12)；所述模拟金属微粒生成区(8)包含固定在腔体上壁面的一对固定J形构件(81)、导轨(83)、第一导杆(84)、mm级金属微粒容器(85)及μm级金属微屑生成器(86)；一对固定J形构件(81)及导轨(83)固定在耐压密封腔体(3)竖置部分上壁面内侧；
所述第一导杆(84)两端含有螺纹结构，其中一端固定在导轨(83)上的滑块上，可随导轨移动；另一端连接在mm级金属微粒容器(85)或μm级金属微屑生成器(86)上；
所述mm级金属微粒容器(85)包含挂钩(851)、微粒槽(852)、插槽(853)及移动插件(854)；所述微粒槽(852)没有底，为中通结构；所述插槽(853)中插有移动插件(854)，形成微粒槽(852)的底；所述mm级金属微粒容器(85)一端通过挂钩(851)与固定J形构件(81)相连接，一端通过移动插件(854)与第一导杆(84)连接，从而固定在耐压密封腔体(3)的上壁面；
所述μm级金属微屑生成器(86)包含固定挂环(861)和移动粗糙导杆(862)，所述μm级金属微屑生成器(86)一端通过固定挂环(861)与固定J形构件(81)连接，一端通过移动粗糙导杆(862)与第一导杆(84)连接，从而固定在耐压密封腔体(3)的上壁面；
所述进气装置S1(11)与耐压密封腔体(3)壁面成一定角度倾斜输送气体，包含第一进气孔(111)、第一气体流量计(112)以及锥形管(113)，所述锥形管(113)可吹出朝向试验用绝缘子(15)方向的气流；
所述进气装置S2(13)安装在耐压密封腔体(3)的底部，包含第二进气孔(131)、第二气体流量计(132)以及半锥形管(133)，所述半锥形管(133)正对试验用绝缘子(15)，可吹出朝向试验用绝缘子(15)方向的气流。
2.如权利要求1所述的一种用于模拟GIL/GIS金属微粒附着行为及放电特性的装置，其特征在于，耐压密封腔体(3)可承受0.6MPa的气压，通过充入纯SF6或SF6/N2混合气体获得不同气压的试验条件。
3.如权利要求1所述的一种用于模拟GIL/GIS金属微粒附着行为及放电特性的装置，其特征在于，试验用绝缘子(15)为凸面或凹面绝缘子。
4.如权利要求1所述用于模拟GIL/GIS金属微粒附着行为及放电特性的装置，其特征在于，所述的mm级金属微粒容器(85)，将试验用mm级金属微粒放入所述微粒槽(852)，通过电机控制第一导杆(84)运动，使得移动插件(854)移动，逐渐漏出微粒槽(852)中的金属微粒。
5.如权利要求4所述的一种用于模拟GIL/GIS金属微粒附着行为及放电特性的装置，其特征在于，μm级金属微屑生成器(86)中，所述固定挂环(861)含有挂孔(8611)、空隙(8612)、粗糙齿(8613)，通过电机控制第一导杆(84)运动，可控制移动粗糙导杆(862)运动，与固定挂环(861)发生摩擦，产生金属微屑。
6.如权利要求5所述的一种用于模拟GIL/GIS金属微粒附着行为及放电特性的装置，所述的mm级金属微粒容器(85)和μm级金属微屑生成器(86)，可自由拆卸地安装在固定J形构件(81)上，二者一起可模拟实际工况中各种类型金属微粒的生成过程。
7.如权利要求1所述的一种用于模拟GIL/GIS金属微粒附着行为及放电特性的装置，其特征在于，进气装置S1(11)和进气装置S2(13)通过调节进气流量，模拟断路器开断过程中的气流流动。
8.如权利要求7所述的一种用于模拟GIL/GIS金属微粒附着行为及放电特性的装置，所述的进气装置S1(11)和进气装置S2(13)，将自由落体的金属微粒或者已经落于耐压密封腔体(3)内壁上金属微粒吹送到试验用绝缘子(15)的表面。
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等离子体复合薄膜沉积抑制金属微粒启举;程显 等;《电工技术学报》;20181031;第33卷(第20期);第4672-4681页 *

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