CN110865302B - 模拟gis内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电气绝缘技术领域，提供了一种模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，包括第一筒体、第二筒体和套管，所述套管设于所述第一筒体的第一端外侧，所述第二筒体与所述第一筒体垂直设置且连通，所述第一筒体内设有导杆，所述导杆的一端与所述套管连接，所述导杆的另一端安装在所述第一筒体的第二端内侧，所述导杆上设有屏蔽罩；所述第二筒体内设有与所述导杆垂直的绝缘拉杆，所述绝缘拉杆的第一端与所述屏蔽罩连接，所述第二筒体的内侧壁上设有可沿所述绝缘拉杆的长度方向移动的铝板，所述第二筒体的内侧壁还设有与所述铝板相对设置的风扇。实现对金属微屑致绝缘拉杆故障的真实模拟，为绝缘拉杆的缺陷提供研究数据。
Description
技术领域
本发明涉及电气绝缘技术领域，特别是涉及一种模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置。
背景技术
特高压GIS(Gas Insulated Switchgear，气体绝缘金属封闭开关设备)/GIL(Gas-insulated Metal Enclosed Transmission Line，气体绝缘金属封闭输电线路)断路器或隔离开关使用的绝缘拉杆均采用纤维增强的环氧树脂制作而成，分为采用芳纶纤维增强的空心管型和采用玻璃纤维增强的实心板型两种技术路线。在现场应用过程中，实心板型绝缘拉杆表现出了更为稳定的电气和机械性能，故障率非常低；而空心管型的开关拉杆则表现出更高的故障率。
根据绝缘拉杆在断路器或隔离开关内的位置结构，可知绝缘拉杆作为连接高压带电导体部分和零电位罐体之间的绝缘连接件，承受着很大的电压降。一方面，绝缘拉杆的布置及其他部位的影响使得绝缘拉杆上的电场分布极不均匀，靠近中心导杆处的四分之一导杆几乎承担的50％的电压降；另一方面，绝缘拉杆承受着很大的机械力作用，在此过程中因金属摩擦而产生的金属微屑，包括毫米级及以上级别的金属微粒或微米级及以下级别的金属粉尘等，都可能对绝缘拉杆的绝缘性能产生影响，造成绝缘拉杆的沿面闪络故障。
而当前对绝缘拉杆缺陷的研究，尤其在悬浮或附着金属微屑缺陷方面，主要采取仿真手段，计算微粒或粉尘附近的电场分布，从而判断其对绝缘拉杆的危害程度。但相关仿真手段也大都停留在静态仿真，而金属粉尘在绝缘拉杆附近是不断运动并沉积的过程，仅通过仿真手段无法反映现场实际故障状况。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，实现对金属微屑致绝缘拉杆故障的真实模拟，为绝缘拉杆的缺陷提供研究数据。
根据本发明实施例的一种模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，包括第一筒体、第二筒体和套管，所述套管设于所述第一筒体的第一端外侧，所述第二筒体与所述第一筒体垂直设置且连通，所述第一筒体内设有导杆，所述导杆的一端与所述套管连接，所述导杆的另一端安装在所述第一筒体的第二端内侧，所述导杆上设有屏蔽罩；
所述第二筒体内设有与所述导杆垂直的绝缘拉杆，所述绝缘拉杆的第一端与所述屏蔽罩连接，所述第二筒体的内侧壁上设有可沿所述绝缘拉杆的长度方向移动的铝板，所述第二筒体的内侧壁还设有与所述铝板相对设置的风扇。
根据本发明实施例的模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，通过设置第一筒体、第二筒体和套管，套管设置在第一筒体的第一端外侧，第一筒体内设置导杆，套管与导杆连接，第二筒体内设置绝缘拉杆，绝缘拉杆通过屏蔽罩与导杆连接，实现实际工况的电场环境的真实模拟，在第二筒体的内侧壁上设置相对的风扇和铝板，实现对实际工况中金属微屑运动的真实模拟，提高了金属微屑致绝缘拉杆故障的真实模拟，保证实验数据的真实可靠，为绝缘拉杆的缺陷研究提供可靠信息。
根据本发明的一个实施例，所述第一筒体的侧壁设有与所述第一筒体连通的充放气三通阀。
根据本发明的一个实施例，所述套管的第一端连接有高压引线，所述套管的第二端通过法兰与所述第一筒体的第一端连接。
根据本发明的一个实施例，所述第一筒体的侧壁上设有第一操作窗。
根据本发明的一个实施例，所述第二筒体的敞口端与所述第一筒体的一侧连接，所述第二筒体的封闭端设有第二操作窗。
根据本发明的一个实施例，所述绝缘拉杆的第二端与所述第二操作窗连接并接地。
根据本发明的一个实施例，所述第二筒体的内侧壁沿所述绝缘拉杆的长度方向设有导轨，所述铝板为与所述第二筒体的内侧壁弧度适配的弧形结构，所述铝板安装在所述导轨上。
根据本发明的一个实施例，还包括第一相机，所述第二筒体的材质为有机玻璃，所述第一相机与所述第二筒体相对设置，用以拍摄所述第二筒体内金属微屑的运动情况。
根据本发明的一个实施例，还包括第二相机，所述第二相机与所述第二筒体相对设置，用以拍摄所述绝缘拉杆吸附金属微屑的情况。
根据本发明的一个实施例，所述第一筒体上设有气压表。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置的第二筒体的纵剖视图。
附图标记：
1：T形装置；11：第一筒体；111：充放气三通阀；112：气压表；113：第一操作窗；12：第二筒体；121：第二操作窗；122：风扇；2：套管；21：高压引线；3：导杆；4：屏蔽罩；5：橡胶块；6：铝板；61：导轨；7：绝缘拉杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，包括第一筒体11、第二筒体12和套管2，套管2设于第一筒体11的第一端外侧，第二筒体12与第一筒体11垂直设置且连通，第一筒体11内设有导杆3，导杆3的一端与套管2连接，导杆3的另一端安装在第一筒体11的第二端内侧，导杆3上设有屏蔽罩4；
第二筒体12内设有与导杆3垂直的绝缘拉杆7，绝缘拉杆7的第一端与屏蔽罩4连接，第二筒体12的内侧壁上设有可沿绝缘拉杆7的长度方向移动的铝板6，第二筒体12的内侧壁还设有与铝板6相对设置的风扇122。
根据本发明实施例的模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，通过设置第一筒体11、第二筒体12和套管2，套管2设置在第一筒体11的第一端外侧，第一筒体11内设置导杆3，套管2与导杆3连接，第二筒体12内设置绝缘拉杆7，绝缘拉杆7通过屏蔽罩4与导杆3连接，实现实际工况的电场环境的真实模拟，在第二筒体12的内侧壁上设置相对的风扇122和铝板6，实现对实际工况中金属微屑运动的真实模拟，提高了金属微屑致绝缘拉杆7故障的真实模拟，保证实验数据的真实可靠，为绝缘拉杆7的缺陷研究提供可靠信息。
可以理解的，第二筒体12与第一筒体11垂直设置且连通构成本发明实施例的T形装置1，第一筒体11内设有竖置腔，第二筒体12内设有横置腔，竖置腔与横置腔组成T形耐压腔，可承受高达0.4MPa的气压，T形装置1接地处理，为零电位。
进一步地，套管2安装在第一筒体11的上端，导杆3设于竖置腔内，且导杆3的中心线与第一筒体11的中心线重合，导杆3的上端与套管2连接，用以实现导电作用，导杆3的下端固定安装在竖置腔的底端，在一个例子中，导杆3的下端通过绝缘的橡胶块5固定安装在竖置腔的底部。
其中，第二筒体12的横置腔内设有绝缘拉杆7，绝缘拉杆7的中心线与第二筒体12的中线重合，即绝缘拉杆7与导杆3垂直设置。导杆3的中间部位设有屏蔽罩4，导杆3的第一端通过屏蔽罩4与导杆3连接，用来模拟高压断路器或隔离开关动触头屏蔽罩附近的电场，且能够防止屏蔽罩4与绝缘拉杆7连接处表面毛刺等引起的电源放电，消除电晕对试验的影响。绝缘拉杆7为较易出故障的空心管芳纶纤维增强绝缘拉杆。
进一步地，第二筒体12的内侧壁上设有可沿绝缘拉杆7的长度方向移动的铝板6，用以放置金属微屑，并调整至试验所需要的位置进行试验，第二筒体12的内侧壁还设有与铝板6相对设置的风扇122，本发明实施例共设置四个风扇122，可提供不同方向、不同流速的气流，用以模拟实际工况下气流的流动对金属微屑运动行为的影响。值得说明的，风扇122安装在第二筒体12靠近第一筒体11的一端。
根据本发明的一个实施例，第一筒体11的侧壁设有与第一筒体11连通的充放气三通阀111，可向第一筒体11内充入纯SF6、SF6/N2混合气体，满足不同气压试验条件的要求。
根据本发明的一个实施例，套管2的第一端连接有高压引线21，套管2的第二端通过法兰与第一筒体11的第一端连接，用以为导杆3提供高压直流电源。
根据本发明的一个实施例，第一筒体11的侧壁上设有第一操作窗113，通过打开第一操作窗113实现对导杆3的操作。
根据本发明的一个实施例，第二筒体12的敞口端与第一筒体11的一侧连接，第二筒体11的封闭端设有第二操作窗121。可以理解的，第二筒体12的敞口端与第一筒体11一侧的开口固定连接适配，实现第二筒体12与第一筒体11的连通。第二筒体11的封闭端设置第二操作窗121，通过开启第二操作窗121，实现对绝缘拉杆7的操作，以及将金属微屑放置在铝板6上。
根据本发明的一个实施例，绝缘拉杆7的第二端与第二操作窗121连接并接地，保证零电位，同时，保证绝缘拉杆7的水平设置。
根据本发明的一个实施例，第二筒体12的内侧壁沿绝缘拉杆7的长度方向设有导轨61，铝板6为与第二筒体12的内侧壁弧度适配的弧形结构，铝板6安装在导轨61上。可以理解的，铝板6为120°弧形结构，且与第二筒体12的轴线重合，导轨61对称水平设置两根，均与绝缘拉杆7平行，铝板6安装在两根导轨61上，保证铝板6处于横置腔的底部中央位置，同时，铝板6可沿导轨61的长度方向自由移动。值得说明的，铝板6的移动驱动力可以为操作者手动移动，也可以通过步进电机进行控制。铝板6接地，为零电位。
根据本发明的一个实施例，还包括第一相机，第二筒体12的材质为有机玻璃，第一相机与第二筒体12相对设置，用以拍摄第二筒体12内金属微屑的运动情况。第一相机的安装位置及拍摄角度可根据实际情况具体设置选择，以实现对第二筒体12内的金属微屑的运动情况的清晰拍摄为目的。
根据本发明的一个实施例，还包括第二相机，第二相机与第二筒体11相对设置，用以拍摄绝缘拉杆7吸附金属微屑的情况。第二相机的安装位置及拍摄角度可根据实际实验情况具体设置选择，以实现对第二筒体12内绝缘拉杆7吸附金属微屑情况的清晰拍摄为目的。
根据本发明的一个实施例，第一筒体11上设有气压表112，实现对第一筒体11内气压的实时监测，保证实验安全。
该装置安全可靠、控制简便，能够实现金属微粒/金属粉尘在绝缘拉杆附近的运动行为及放电行为的观察，同时刻模拟实际开关关断过程中的气体流动，再现粉尘主动吸附并引发闪络故障的全过程，对于研究金属微粒/金属粉尘缺陷对绝缘拉杆危害性评估具有重要的意义。
需要说明的，本发明实施例同样可以用以模拟与GIS设备原理或结构相类似的GIL设备，基于本发明实施例可对GIS或GIL进行试验。
本发明实施例模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置具体试验过程如下：
试验预处理
打开第一操作窗和第二操作窗，对T形耐压腔内进行清理，尤其对绝缘拉杆7及铝板6进行酒精擦拭、调节风扇122的方向；
选定实验用金属微粒或金属粉尘，通过控制移动铝板6将金属微屑放置在所需实验的位置；
封闭T形耐压腔，并对T形耐压腔进行抽真空处理，当满足真空度要求后，对T形耐压腔充入0.4Mpa实验用纯SF6、SF6/N2混合气体。
实验观察阶段(模拟GIS/GIL正常运行情况)
调整第一相机角度，使其能够拍摄实验区域内金属微屑的运动情况；
通过高压引线21对导杆3施加电压，根据需要将电压升高到某一电压值U；
记录金属微屑的运动及放电情况。
实验观察阶段(模拟GIS/GIL开关动作情况)
调整第一相机角度，使其能够拍摄实验区域内金属微屑的运动情况；
通过高压引线21对导杆3施加电压，根据需要将电压升高到某一电压值U并加压2小时以上，用以模拟正常运行过程；
通过调节风扇122打开的数量、风速等，模拟开关开断过程中气流对金属微屑的影响；
记录金属微屑的运动及放电情况；
模拟开断过程结束，关闭风扇，待金属微屑运动静止；
控制铝板6缓慢移动，露出绝缘拉杆7上微屑的吸附区域，用第二相机进行拍摄；
持续加压，直至绝缘拉杆7故障，并用第二相机记录故障的发展过程。
试验结束后处理
停止对设备进行放电处理；
释放T形耐压腔内所充气体；
打开第一操作窗113和第二操作窗121，对绝缘拉杆7、导杆3及T形耐压腔进行清理，为下一次试验做准备。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (9)
1.一种模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，其特征在于，包括第一筒体、第二筒体和套管，所述套管设于所述第一筒体的第一端外侧，所述第二筒体与所述第一筒体垂直设置且连通，所述第一筒体内设有导杆，所述导杆的一端与所述套管连接，所述导杆的另一端安装在所述第一筒体的第二端内侧，所述导杆上设有屏蔽罩；
所述第二筒体内设有与所述导杆垂直的绝缘拉杆，所述绝缘拉杆的第一端与所述屏蔽罩连接，所述第二筒体的内侧壁上设有可沿所述绝缘拉杆的长度方向移动的铝板，所述第二筒体的内侧壁还设有与所述铝板相对设置的风扇；
所述第二筒体的内侧壁沿所述绝缘拉杆的长度方向设有导轨，所述铝板为与所述第二筒体的内侧壁弧度适配的弧形结构，所述铝板安装在所述导轨上。
2.根据权利要求1所述的模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，其特征在于，所述第一筒体的侧壁设有与所述第一筒体连通的充放气三通阀。
3.根据权利要求1所述的模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，其特征在于，所述套管的第一端连接有高压引线，所述套管的第二端通过法兰与所述第一筒体的第一端连接。
4.根据权利要求1所述的模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，其特征在于，所述第一筒体的侧壁上设有第一操作窗。
5.根据权利要求1所述的模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，其特征在于，所述第二筒体的敞口端与所述第一筒体的一侧连接，所述第二筒体的封闭端设有第二操作窗。
6.根据权利要求5所述的模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，其特征在于，所述绝缘拉杆的第二端与所述第二操作窗连接并接地。
7.根据权利要求1所述的模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，其特征在于，还包括第一相机，所述第二筒体的材质为有机玻璃，所述第一相机与所述第二筒体相对设置，用以拍摄所述第二筒体内金属微屑的运动情况。
8.根据权利要求7所述的模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，其特征在于，还包括第二相机，所述第二相机与所述第二筒体相对设置，用以拍摄所述绝缘拉杆吸附金属微屑的情况。
9.根据权利要求1-8任一项所述的模拟GIS内金属微屑致绝缘拉杆故障的装置，其特征在于，所述第一筒体上设有气压表。
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