CN112130041B - Gil支柱绝缘子炸裂故障模拟试验平台与测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了GIL支柱绝缘子炸裂故障模拟实验平台与测量方法。该平台特征在于，由气隔绝缘盆子将GIL试验腔体分成左右两个腔室，左右两个腔室分别安装有气压表和充放气口，其中左侧腔室通过法兰与出线套管相连，右侧腔室设置有用于观察GIL支柱绝缘子炸裂过程的观察窗以及用于记录支柱绝缘子炸裂过程的检测装置。检测装置主要包括温度检测装置、超声局放检测装置、超高频局放检测装置和SF6气体分解产物检测装置。采用本申请的GIL支柱绝缘子炸裂故障模拟试验平台，在观察支柱绝缘子的炸裂过程的同时，通过对不同时刻连续测量支柱绝缘子的温度、局放量以及振动等参量，应用多元统计分析方法建立作业相关矩阵来分析各特征参量的自相关性。

Description

GIL支柱绝缘子炸裂故障模拟试验平台与测量方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种GIL支柱绝缘子炸裂故障模拟试验平台与测量方法。
背景技术
气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)与气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)中的母线结构相似，均由外壳和中间导体阻成。GIL具有电能损耗小、传输容量大、可靠性高、适用于高落差场合、电磁辐射低、使用寿命长、适用于恶劣环境的特点。基于以上特点，GIL被广泛应用于地下输电、复杂线路交叉跨越、长距离竖井输电、变电站改扩建等场合。
但是，在GIL的长期运行中，由于外壳和支柱绝缘子中心的电位差，经常会出现局部放电的情况，当局放量过高时，甚至会击穿造成绝缘子炸裂的后果。经研究和试验表明，绝缘子发生炸裂现象的发生与支柱绝缘子环氧树脂和支柱绝缘子低电位金属嵌件结合面的间隙有很大关系；另外，支柱绝缘子环氧树脂绝缘材料在成模时，由于浇注不均匀、模具出现漏料等现象而在其内部产生的气泡，在电场的作用下逐步劣化，最终也会造成支柱绝缘子的炸裂。
GIL设备在长期运行过程中主要受到热场和电场的综合作用。南方电网超高压输电公司检修试验中心研发了一套GIL设备三支柱绝缘子绝缘故障和发热故障模拟试验平台，该平台能够很好地模拟支柱绝缘子表面毛刺、污秽、金属颗粒、金属悬浮等绝缘故障，有利于查明GIL运行过程三支柱绝缘子发生的绝缘故障和发热故障的原因。但是，该发明在观察支柱绝缘子的炸裂现象，以及监测炸裂前后绝缘子各种特征参量变化方面存在空缺，无法建立支柱绝缘子温度、振动和局放量的变化与绝缘子炸裂之间的关联特性，关于查明绝缘子的炸裂过程及其成因还需要进一步的工作。
因此，亟待研发一种GIL设备支柱绝缘子炸裂故障模拟试验平台。
发明内容
本申请提供一种GIL设备支柱绝缘子炸裂故障模拟试验平台，以解决现有的试验平台无法定量地建立支柱绝缘子温度、振动和局放量的变化与绝缘子炸裂之间的关联特性的问题，同时提供了人为设置绝缘子缺陷以模拟真实现场工况的方法，有利于让试验人员通过对绝缘子炸裂前后对不同时刻的连续监测，应用多元统计分析方法，建立作业相关矩阵用于分析绝缘子温度、振动和局放量等特征参量之间的自相关性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种GIL支柱绝缘子炸裂故障模拟实验平台，其特征在于，该装置包括出线套管，其底部为由气隔绝缘盆子分隔开的左右两个腔室，左右两个腔室均设置有气压表和充放气孔；右侧腔室，其一端密封且与左侧腔室的外壁相连，另一端通过气隔绝缘盆子密封；在右侧腔体上设置有用于观察GIL支柱绝缘子炸裂过程的观察窗；在右侧腔体上设置有手孔，手孔处设置有超高频局放耦合器和声表面波读写器及其天线；三支柱绝缘子，其置于右侧腔室内，用于模拟绝缘子炸裂时的不同故障工况；三支柱绝缘子的金属嵌件中镶嵌有声表面波传感器，用于监测支柱绝缘子炸裂过程的温度变化；在支柱绝缘子金属嵌件与外壳连接处，设置有超声局放传感器，用于监测支柱绝缘子炸裂过程的振动与局放变化。
通过气隔绝缘盆子和支柱绝缘子将GIL导电杆固定于GIL试验腔体的中轴位置。
GIL试验腔体的左右两个腔体均设置有气压表和充放气孔，其中，所述充放气孔用于像GIL试验腔体内部冲入SF6气体和试验过程中SF6气体成分检测；所述气压表用于检测GIL试验腔体内部的压力值。
超高频耦合器能接收到的超高频信号频率为500MHz以上；声表面波温度传感器的工作频率在429～436MHz之间，与超高频信号互不干扰。
所述GIL试验腔体由不锈钢制成，腔体壁厚6mm,能耐受高达0.6Mpa的气压。
GIL支柱绝缘子炸裂故障模拟测量方法，其特征在于，通过人为设置绝缘子缺陷来模拟现实工况，进而观察绝缘子的炸裂过程。
所述人为设置绝缘子缺陷，在支柱绝缘子金属嵌件表面涂抹脱模剂，面积为3cm×3cm,同时，调整模具温度为85℃，脱模后敞开放置，不进行保温措施，固化结束后直接出炉，不进行随炉降温，来模拟支柱绝缘子环氧树脂绝缘材料和金属嵌件结合面存在间隙的故障工况。
所述人为设置绝缘子缺陷，在浇注过程中用环氧树脂吹成的薄膜包裹气体填入模具，可通过薄膜包裹气体的多少来控制气泡的大小，来模拟因绝缘子加工过程内部残留气泡而引发绝缘子炸裂的故障工况。
所述人为设置绝缘子缺陷，在环氧树脂浇注过程中通过微型针孔向环氧树脂中吹入空气，通过吹入空气的多少来控制气泡的大小，模拟因绝缘子加工过程内部残留气泡而引发绝缘子炸裂的故障工况。
所述人为设置绝缘子缺陷，可以通过X光探伤来检测人为设置缺陷的GIL支柱绝缘子内部情况，检测GIL支柱绝缘子绝缘材料中气泡的形状、大小和数量，检测绝缘材料和金属嵌件结合面间隙的大小和形状。
GIL设备支柱绝缘子炸裂绝缘故障模拟方法，其特征在于，试验步骤如下：
步骤1.断开电源条件下，通过GIL试验腔体左右腔体上的气压表检查其气压是否维持在0.5Mpa；
步骤2.通过左侧腔体上的充放气孔回收SF6，使得左侧腔体气压降至0.25Mpa为止；
步骤3.通过右侧腔体上的充放气孔回收SF6，使得右侧腔体气压降至零压停止；
步骤4.将腔体最右端气隔绝缘盆子卸下；
步骤5.将人为设置缺陷的支柱绝缘子安装在试验位置；
步骤6.利用百洁布和酒精擦拭右侧腔体内壁；
步骤7.将GIL试验腔体最右侧气隔绝缘盆子回装；
步骤8.将右侧腔体抽真空，至100pa维持0.5h；
步骤9.将合格SF6通过充放气空孔回充至右侧腔体，当气压表压力为0.5Mpa时停止充气；
步骤10.将高压引线接出线套管的均压环内；
步骤11.将高速摄像机对准观察窗；
步骤12.均匀提高试验电压，连续选取不同时刻通过各传感器监测记录支柱绝缘子的温度、振动和局放情况。
GIL设备支柱绝缘子炸裂发热故障模拟方法，其特征在于，试验步骤如下：
步骤1.断开电源条件下，通过GIL试验腔体左右腔体上的气压表检查其气压是否维持在0.5Mpa；
步骤2.通过左侧腔体上的充放气孔回SF6，使得左侧腔体气压降至0.25Mpa为止；
步骤3.通过右侧腔体上的充放气孔回收SF6，使得右侧腔体气压降至零压停止；
步骤4.将腔体最右端气隔绝缘盆子卸下；
步骤5.将人为设置缺陷的支柱绝缘子安装在试验位置；
步骤6.将软铜带紧固于导电杆端部的螺栓上；
步骤7.利用百洁布和酒精擦拭右侧腔体内壁；
步骤8.将GIL试验腔体最右侧气隔绝缘盆子回装；
步骤9.将右侧腔体抽真空，至100pa维持0.5h；
步骤10.将合格SF6通过充放气空孔回充至右侧腔体，当气压表压力为0.5Mpa时停止充气；
步骤11.将大电流发生器的输出端紧固到出线套管中导电杆端部的螺栓上；
步骤12.改变大电流发生器的输出电流，连续选取不同时刻通过各传感器监测记录支柱绝缘子的温度、振动和局放情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）通过人为设置绝缘子缺陷，可根据研究需要与实际工况，定量改变绝压缘子绝缘材料与低电位嵌件间隙的形状和大小，以及绝缘材料内气泡的大小和数量，有利于量化条件分析试验结果；（2）通过对绝缘子炸裂前后各种特征参量不同时刻连续监测，对测量结果进行多元统计分析，建立作业相关矩阵用于分析各特征参量之间的自相关性。观测更加全面，数据测量准确、可靠；（3）本发明的平台设计易于实现、操作简单，为研究GIL支柱绝缘子炸裂故障模拟提供了可靠、有效的试验平台。
附图说明
图1为本发明实施例模拟绝缘故障示意图；
图2为本发明实施例模拟发热故障示意图；
图中：1、出线套管；2、气压表；3、充放气孔；4、气隔绝缘盆子；5、观察窗；6、试验用支柱绝缘子；7、超声波局放传感器；8、声表面波温度传感器；9、超高频局放耦合器；10、声表面波温度传感器接收天线及读写器；11、数据分析与控制装置；12、GIL金属试验腔体；13、法兰；14、导电杆；15、手孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例：
参阅图1-2所示，本实例提供的GIL设备三支柱绝缘子炸裂故障模拟实验平台包括出线套管1、气压表2、充放气孔3、气隔绝缘盆子4、观察窗5、试验用支柱绝缘子6、超声波局放传感器7、声表面波温度传感器8、超高频局放耦合器9、声表面波温度传感器接收天线及读写器10、数据分析与控制装置11、GIL金属试验腔体12、法兰13、导电杆14、手孔15、GIS外壳。
试验平台在GIL试验腔体中设置左右两个腔室通过气隔绝缘盆子隔开，每个气室相互独立且均设置有气压表和充放气孔，试验时腔室内气压稳定在0.5Mpa以模拟正常现场工况；其中，左侧腔室一端通过法兰密封并于出现套管相连，为保证其气密性法兰采用双层密封技术，腔室内导电杆利用气隔绝缘盆子固定于GIL试验腔体中轴位置。
右侧腔体为模拟绝缘子炸裂故障试验腔体，在腔体上设有手孔用于安装超高频局放耦合器9和声表面波温度传感器接收天线及读写器10；声表面波温度传感器8安装于试验绝缘子低电位金属嵌件中用于监测支柱绝缘子温度变化；超声波局放传感器7安装于支柱绝缘子所对应位置的外壳外表面，通过监测局部放电伴随的超声波振荡获得局放量。
试验所用的带有缺陷的支柱绝缘子为根据试验需要或实际工况人为设置的；通过在支柱绝缘子金属嵌件表面涂抹脱模剂，设置涂抹面积为3cm×3cm,同时，调整模具温度为85℃，脱模后敞开放置，不进行保温措施，固化结束后直接出炉，不进行随炉降温，来模拟支柱绝缘子环氧树脂绝缘材料和金属嵌件结合面存在间隙的故障工况；在浇注过程中用环氧树脂吹成的薄膜包裹气体填入模具，可通过薄膜包裹气体的多少来控制气泡的大小，来模拟因绝缘子加工过程内部残留气泡而引发绝缘子炸裂的故障工况；在环氧树脂浇注过程中通过微型针孔向环氧树脂中吹入空气，通过吹入空气的多少来控制气泡的大小，模拟因绝缘子加工过程内部残留气泡而引发绝缘子炸裂的故障工况。
通过X光探伤来检测人为设置缺陷的GIL支柱绝缘子内部情况，检测GIL支柱绝缘子绝缘材料中气泡的形状、大小和数量，检测绝缘材料和金属嵌件结合面间隙的大小和形状。
右侧腔体GIL支柱绝缘子安装处正前方设置Φ45cm观察窗，试验时，将高速相机对准观察窗，监测记录绝缘子炸裂过程；与此同时，超声局放传感器、声表面波温度传感器和超高频局放传感器在不同时刻连续对炸裂过程的相关参量进行监测与记录，最终通过光缆传输到数据分析与控制装置。
另外，本实例还提供了一种GIL支柱绝缘子炸裂绝缘故障模拟方法，该试验在上述平台通过上述方法进行，具体步骤如下：
步骤1.断开电源条件下，通过GIL试验腔体左右腔体上的气压表检查其气压是否维持在0.5Mpa；
步骤2.通过左侧腔体上的充放气孔回收SF6，使得左侧腔体气压降至0.25Mpa为止；
步骤3.通过右侧腔体上的充放气孔回收SF6，使得右侧腔体气压降至零压停止；
步骤4.将腔体最右端气隔绝缘盆子卸下；
步骤5.将人为设置缺陷的支柱绝缘子安装在试验位置；
步骤6.利用百洁布和酒精擦拭右侧腔体内壁；
步骤7.将GIL试验腔体最右侧气隔绝缘盆子回装；
步骤8.将右侧腔体抽真空，至100pa维持0.5h；
步骤9.将合格SF6通过充放气空孔回充至右侧腔体，当气压表压力为0.5Mpa时停止充气；
步骤10.将高压引线接出线套管的均压环内；
步骤11.将高速摄像机对准观察窗；
步骤12.均匀提高试验电压，连续选取不同时刻通过各传感器监测记录支柱绝缘子的温度、振动和局放情况。
同时，本实例还提供了一种GIL支柱绝缘子炸裂发热故障模拟方法，该试验在上述平台通过上述方法进行，具体步骤如下：
步骤1.断开电源条件下，通过GIL试验腔体左右腔体上的气压表检查其气压是否维持在0.5Mpa；
步骤2.通过左侧腔体上的充放气孔回SF6，使得左侧腔体气压降至0.25Mpa为止；
步骤3.通过右侧腔体上的充放气孔回收SF6，使得右侧腔体气压降至零压停止；
步骤4.将腔体最右端气隔绝缘盆子卸下；
步骤5.将人为设置缺陷的支柱绝缘子安装在试验位置；
步骤6.将软铜带紧固于导电杆端部的螺栓上；
步骤7.利用百洁布和酒精擦拭右侧腔体内壁；
步骤8.将GIL试验腔体最右侧气隔绝缘盆子回装；
步骤9.将右侧腔体抽真空，至100pa维持0.5h；
步骤10.将合格SF6通过充放气空孔回充至右侧腔体，当气压表压力为0.5Mpa时停止充气；
步骤11.将大电流发生器的输出端紧固到出线套管中导电杆端部的螺栓上；
步骤12.改变大电流发生器的输出电流，连续选取不同时刻通过各传感器监测记录支柱绝缘子的温度、振动和局放情况。

Claims (3)

1.一种GIL支柱绝缘子炸裂故障模拟实验平台，其特征在于，包括出线套管，其底部为由气隔绝缘盆子分隔开的GIL试验腔体的左右两个腔室，左右两个腔室均设置有气压表和充放气孔；右侧腔室，其一端密封且与左侧腔室的外壁相连，另一端通过气隔绝缘盆子密封；在右侧腔室上设置有用于观察GIL支柱绝缘子炸裂过程的观察窗；在右侧腔室上设置有手孔，手孔处设置有超高频局放耦合器和声表面波温度传感器读写器及其天线；三支柱绝缘子，其置于右侧腔室内，用于模拟绝缘子炸裂时的不同故障工况；三支柱绝缘子的金属嵌件中镶嵌有声表面波温度传感器，用于监测支柱绝缘子炸裂过程的温度变化；在支柱绝缘子金属嵌件与外壳连接处，设置有超声波局放传感器，用于监测支柱绝缘子炸裂过程的振动与局放变化；
通过气隔绝缘盆子和支柱绝缘子将GIL导电杆固定于GIL试验腔体的中轴位置；
GIL试验腔体的左右两个腔室均设置有气压表和充放气孔，其中所述充放气孔用于向GIL试验腔体内部充入SF6气体和试验过程中SF6气体成分检测；所述气压表用于检测GIL试验腔体内部的压力值；
超高频局放耦合器能接收到的超高频信号频率为500MHz以上；声表面波温度传感器的工作频率在429～436MHz之间，与超高频信号互不干扰；
GIL试验腔体由不锈钢制成，腔体壁厚6mm，能耐受高达0.6Mpa的气压；
在绝缘子炸裂故障模拟实验过程中用高速相机通过右侧腔室上的观察窗来记录绝缘子的炸裂过程；
用于监测GIL支柱绝缘子炸裂故障时温度变化的声表面波温度传感器接收天线及其读写器、超声波局放传感器、超高频局放耦合器通过同轴电缆将监测数据传输到数据分析装置；
通过人为设置绝缘子缺陷来模拟现实工况，进而观察绝缘子的炸裂过程。在支柱绝缘子金属嵌件表面涂抹脱模剂，面积为3cm×3cm，同时，调整模具温度为85℃，脱模后敞开放置，不进行保温措施，固化结束后直接出炉，不进行随炉降温，来模拟支柱绝缘子环氧树脂绝缘材料和金属嵌件结合面存在间隙的故障工况；在浇注过程中用环氧树脂吹成的薄膜包裹气体填入模具，可通过薄膜包裹气体的多少来控制气泡的大小，来模拟因绝缘子加工过程内部残留气泡而引发绝缘子炸裂的故障工况；在环氧树脂浇注过程中通过微型针孔向环氧树脂中吹入空气，通过吹入空气的多少来控制气泡的大小，模拟因绝缘子加工过程中内部残留气泡而引发绝缘子炸裂的故障工况；通过X光探伤来检测人为设置缺陷的GIL支柱绝缘子内部情况，检测GIL支柱绝缘子绝缘材料中气泡的形状、大小和数量，检测绝缘材料和金属嵌件结合面间隙的大小和形状。
2.一种基于权利要求1所述的GIL支柱绝缘子炸裂故障模拟实验平台的GIL支柱绝缘子炸裂故障试验方法，其特征在于，试验步骤如下：
步骤1.断开电源条件下，通过GIL试验腔体左右腔室上的气压表检查其气压是否维持在0.5Mpa；
步骤2.通过左侧腔室上的充放气孔回收SF6，使得左侧腔室气压降至0.25Mpa为止；
步骤3.通过右侧腔室上的充放气孔回收SF6，使得右侧腔室气压降至零压停止；
步骤4.将GIL试验腔体最右端气隔绝缘盆子卸下；
步骤5.将人为设置缺陷的支柱绝缘子安装在试验位置；
步骤6.利用百洁布和酒精擦拭右侧腔室内壁；
步骤7.将GIL试验腔体最右端气隔绝缘盆子回装；
步骤8.将右侧腔室抽真空，至100pa维持0.5h；
步骤9.将合格SF6通过充放气孔回充至右侧腔室，当气压表压力为0.5Mpa时停止充气；
步骤10.将高压引线接出线套管的均压环内；
步骤11.将高速相机对准观察窗；
步骤12.均匀提高试验电压，连续选取不同时刻通过各传感器监测记录支柱绝缘子的温度、振动和局放情况。
3.一种基于权利要求1所述的GIL支柱绝缘子炸裂故障模拟实验平台的GIL设备支柱绝缘子炸裂发热故障模拟方法，其特征在于，试验步骤如下：
步骤1.断开电源条件下，通过GIL试验腔体左右腔室上的气压表检查其气压是否维持在0.5Mpa；
步骤2.通过左侧腔室上的充放气孔回收SF6，使得左侧腔室气压降至0.25Mpa为止；
步骤3.通过右侧腔室上的充放气孔回收SF6，使得右侧腔室气压降至零压停止；
步骤4.将GIL试验腔体最右端气隔绝缘盆子卸下；
步骤5.将人为设置缺陷的支柱绝缘子安装在试验位置；
步骤6.将软铜带紧固于导电杆端部的螺栓上；
步骤7.利用百洁布和酒精擦拭右侧腔室内壁；
步骤8.将GIL试验腔体最右端气隔绝缘盆子回装；
步骤9.将右侧腔室抽真空，至100pa维持0.5h；
步骤10.将合格SF6通过充放气孔回充至右侧腔室，当气压表压力为0.5Mpa时停止充气；
步骤11.将大电流发生器的输出端紧固到出线套管中导电杆端部的螺栓上；
步骤12.改变大电流发生器的输出电流，连续选取不同时刻通过各传感器监测记录支柱绝缘子的温度、振动和局放情况。
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