CN113311252A

CN113311252A - 直流gil绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法

Info

Publication number: CN113311252A
Application number: CN202110417544.8A
Authority: CN
Inventors: 汪沨; 梁芳蔚; 陈赦; 钟理鹏; 翟雨佳; 孙秋芹
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2021-08-27

Abstract

本发明提供一种直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，包括如下步骤：绝缘子采用无水乙醇清洗后，安装于GIL试验管道内，其中所述GIL试验管道包括密闭腔体，所述绝缘子放置于所述密闭腔体内；将所述GIL试验管道抽真空后，充入预设气压的绝缘气体；采用X射线第一次照射所述绝缘子表面，以移除所述绝缘子表面残留的电荷；在所述绝缘子上施加电压，采用X射线第二次照射所述绝缘子表面；断开所述绝缘子上的电压，采用静电计测量所述绝缘子表面的电势分布，利用所述绝缘子表面的电势表征电荷分布评估所述绝缘子表面电荷的积聚程度。本发明提供的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法高效、快捷。

Description

直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法

技术领域

本发明涉及电学技术领域，具体涉及一种直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法。

背景技术

以SF₆或SF₆/N₂混合气体为绝缘介质的气体绝缘输电线路(Gas Insulatedtransmission GIL)具有输送容量大、占地面积小、运行稳定性高等优点，可长距离直埋地下或安装于隧道，逐渐替代架空输电线路与绝缘电缆。但现阶段的GIL基本为交流系统，很少有直流GIL，这主要是由于交直流绝缘系统之间不同电场分布的缘故。对于交流系统，电场分布取决于材料介电常数，而直流系统主要由材料电阻率决定。当直流电压作用于绝缘子，随着气固相界面表面电荷的积聚，电场分布逐渐由初始的容性分布过渡为稳态的阻性分布。另一方面，GIL绝缘子具有支撑运行导体与电气绝缘的作用，是GIL的重要组成部分。但由于表面电荷积聚，绝缘子仍然是直流GIL绝缘中最为薄弱的部件。绝缘子表面电荷积聚容易畸变电场，导致闪络电压降低，是除自由金属微粒之外制约直流GIL广泛应用的关键因素之一。因此，有必要评估表面电荷积聚程度，为直流GIL绝缘子的优化设计、出厂验收提供理论支撑。

为了评估绝缘子表面电荷积聚程度，主要的方法有高压耐压试验与电晕带电试验。其中，高压耐压试验通过在GIL内导体上施加指定的直流电压，耐压一定时间从而积聚表面电荷，高压耐压试验评估绝缘子表面电荷积聚严重程度，试验周期往往需要几个星期，甚至更长，主要是由于GIL绝缘子为高电阻率材料(如，环氧树脂)，表面电荷积聚时间常数大，电荷积聚极其缓慢。因此，该试验过低的评估效率不适用于绝缘子的出厂验收；电晕带电试验采用电晕针积聚表面电荷，电晕放电产生的带电粒子在GIL中心内导杆直流高压下，沿电场线运动于绝缘子表面。电荷积聚后，由静电计测量绝缘子表面电势分布，经反演算法计算表面电荷分布，但电晕针的布置受GIL几何尺寸的限制。特别地，对于盆式绝缘子的凹面。由于正对着GIL中心内导杆，电晕针与中心导杆之间的间隙较小，绝缘强度难以保证。此外，即使加装多排电晕针，受电极布置的影响，各电晕针针尖的电场强度存在差异。因此，难以保证绝缘气体的电离强度一致，评估方案的可靠性差。

因此，实有必要提供一种新的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种高效、快捷的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，包括如下步骤：

S1：绝缘子采用无水乙醇清洗后，安装于GIL试验管道内，其中所述GIL试验管道包括密闭腔体，所述绝缘子放置于所述密闭腔体内；

S2：将所述GIL试验管道抽真空后，充入预设气压的绝缘气体；

S3：采用X射线第一次照射所述绝缘子表面，以移除所述绝缘子表面残留的电荷；

S4：在所述绝缘子上施加电压，采用X射线第二次照射所述绝缘子表面；

S5：断开所述绝缘子上的电压，采用静电计测量所述绝缘子表面的电势分布，利用所述绝缘子表面的电势表征电荷分布评估所述绝缘子表面电荷的积聚程度。

优选的，所述GIL试验管道还包括X射线源，所述X射线源的数量为两个，两个所述X射线源沿所述GIL试验管的中轴线设置于所述GIL试验管道的相对两侧。

优选的，所述X射线源为X光机，其型号为ERESCO-65-MF4。

优选的，所述绝缘气体为SF₆或SF₆/N₂混合气体。

优选的，所述步骤S2中预设气压为0.1MPa-1.0MPa。

优选的，所述步骤S3之后还包括：X射线第二次照射完成后采用静电计测量所述绝缘子表面的电势分布，确保所述绝缘子表面电荷擦除干净。

优选的，所述步骤S4中，所述绝缘子上施加的电压为-(0-800)KV。

优选的，所述步骤S4中，X射线的管电压为0-300KV，管电流为0-5mA，照射时间为0-1min。

与相关技术相比，本发明提供的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法中采用短时间的X射线照射绝缘子表面，可快速评估GIL绝缘子表面电荷积聚程度，相比于高压耐压试验，该方法高效、快捷；相比于电晕带电试验，省去了电晕针的结构，可以保证绝缘气体的电离强度一致。此外，由于试验采用的X射线源安装于GIL试验管道外，不受GIL试验管道尺寸的限制，方便灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图，其中：

图1为本发明提供的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法的步骤流程图；

图2为实施例一中简化的GIL试验管道中绝缘子与高压电极及接地电极的连接结构示意图；

图3为实施例一中X射线第二次照射后绝缘子表面的电势分布图；

图4为实施例二中盆式绝缘子GIL试验管道的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请结合参阅图1-4，本发明提供一种直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，包括如下步骤：

S1：绝缘子采用无水乙醇清洗后，安装于GIL试验管道内，其中所述GIL试验管道包括密闭腔体，所述绝缘子放置于所述密闭腔体内。

S2：将所述GIL试验管道抽真空后，充入预设气压的绝缘气体。

优选的，所述绝缘气体为SF₆或SF₆/N₂混合气体，预设气压为0.1MPa-1.0MPa。

S3：采用X射线第一次照射所述绝缘子表面，以移除所述绝缘子表面残留的电荷。

电荷移除的原理为：X射线波长约0.012-0.005纳米，具有较高的能量。采用X射线照射已积聚电荷的绝缘子表面，表面电荷吸收X光，具有较高的能量可以摆脱绝缘子材料表面陷阱的束缚，从而加速其沿面消散。此外，周围绝缘气体电离产生的带电粒子与绝缘子表面异极性电荷中和，可有效减少积聚的表面电荷。由于绝缘气体(如SF₆、SF₆/N₂混合气体)具有自恢复特性，待照射结束后，将自行恢复其绝缘特性。试验前，所述绝缘子表面的电荷为试验中的干扰因子，移除所述绝缘子表面残留的电荷可以避免影响后续的评估准确性。

X射线照射完成后采用静电计测量所述绝缘子表面的电势分布，确保所述绝缘子表面电荷擦除干净。

S4：在所述绝缘子上施加电压，采用X射线第二次照射所述绝缘子表面。

其中，该步骤中，绝缘子上施加的电压为-(0-800)KV，X射线的管电压为0-300KV，管电流为0-5mA，照射时间为0-1min。

由于X射线波长为纳米级，可忽略传播路径上的能量衰减。因此，可保证绝缘子周围绝缘气体的电离强度一致，同时X射线的照射时间极短，可以提高评估效率。

采用X射线短时照射绝缘子表面，可以促进绝缘子周围气体均匀电离。电离产生的带电粒子在电压的作用下，沿电场线迁移至盆式绝缘子表面。电荷积聚后，由静电计测量绝缘子表面电势分布，从而评估绝缘子表面电荷积聚程度。

实施例一

在本实施方式中，所述绝缘子为圆柱形绝缘子。本实施方式中提供一种简化的GIL试验管道，所述GIL试验管道包括绝缘子10、高压电极20、接地电极30及不锈钢罐体。可以理解的是，所述不锈钢罐体充当了所述GIL试验管道的外壳，所述高压电极20和所述接地电极30分别与所述绝缘子10的两端连接，用于在所述绝缘子10上施加电压。

所述绝缘子10为圆柱形PTFE(Poly tetra fluoroethylene，聚四氟乙烯)绝缘子，其高度为50mm，半径为42mm。所述高压电极20和所述接地电极30分别设置于绝缘子10的两端，所述高压电极20部分嵌入所述绝缘子内，其中嵌入部分的高度为6mm，半径为40mm；所述接地电极30的半径为137mm。

将所述高压电极20、接地电极30与所述绝缘子10连接完成后放置于所述不锈钢罐体内，将所述不锈钢罐体抽真空，然后注入0.1MPa的SF₆气体，静置10分钟待气体混合均匀。

采用X射线(X光机型号为ERESCO-65-MF4)照射绝缘子10表面以移除表面残留的电荷。一旦表面电荷清除干净，高压电极20施加-2kV电压，然后再次采用X射线(管电压为125kV，管电流为1mA)照射绝缘子10表面20s，撤掉所述高压电极20上的电压后，测量所述绝缘子10表面的电势分布，如图3所示。

由图3可知，经X射线照射后，绝缘子10表面绝大部分积聚有少量正极性电荷，仅接地电极30附近出现了负极性电荷。这是由于X射线促进了SF₆气体电离，导致气体中正负粒子增多，在高压电极20负极性电压的作用下沿电场线迁移至绝缘子10表面的缘故。因此，X射线可用于快速评估绝缘子10的表面电荷积聚程度。对于同一绝缘子10高度，圆周方向的电荷分布一致。从而说明了气体电离均匀。因此，相比于电晕带电试验，X射线用于评估结缘子表面电荷积聚程度具有较高的可靠性。此外，沿绝缘子高度方向，正极性表面电荷逐渐增多。这主要是由于离高压电极越近，绝缘子10表面法向电场强度越大。由此推断，绝缘子10表面电荷分布可以表征绝缘子10表面法向电场分布，可为GIL直流绝缘子的优化设计提供实验验证。

实施例二

在本实施中，所述绝缘子为盆式绝缘子，本实施方式提供一种盆式绝缘子GIL试验管道，其包括外壳1、导杆2及X射线源3，所述导杆2的中轴线与所述外壳1的中轴线位于同一直线上，所述X射线源3的数量为两个，两个所述X射线源3沿所述壳体1的中轴线设置于所述GIL试验管道的相对两侧。其相比于电晕带电试验，省去了电晕针的结构，采用X射线进行照射，并且通过X射线源3位置的合理设置，可以保证绝缘气体的电离强度一致。

优选的，所述X射线源3为X光机，其型号为ERESCO-65-MF4。所述X射线源3发射X射线，可灵活控制辐射时间，通过调节所述X射线源3的管电压与管电流，可以调整X射线能量与单次的辐射剂量。

由于盆式绝缘子为盆式结构，直接将所述盆式绝缘子套设于所述导杆2上，所述导杆2起到导电作用，在所述导杆2的一端连接高压电极，另一端连接接地电极，可以在所述盆式绝缘子上施加电压。

采用上述的盆式绝缘子GIL试验管道进行本发明提供的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法相应步骤。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，其特征在于，所述GIL试验管道还包括X射线源，所述X射线源的数量为两个，两个所述X射线源沿所述GIL试验管的中轴线设置于所述GIL试验管道的相对两侧。

3.根据权利要求2所述的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，其特征在于，所述X射线源为X光机，其型号为ERESCO-65-MF4。

4.根据权利要求1所述的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，其特征在于，所述绝缘气体为SF₆或SF₆/N₂混合气体。

5.根据权利要求4所述的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，其特征在于，所述步骤S2中预设气压为0.1MPa-1.0MPa。

6.根据权利要求1所述的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括：X射线第二次照射完成后采用静电计测量所述绝缘子表面的电势分布，确保所述绝缘子表面电荷擦除干净。

7.根据权利要求1所述的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述绝缘子上施加的电压为-(0-800)KV。

8.根据权利要求1所述的直流GIL绝缘子表面电荷积聚严重程度快速评估方法，其特征在于，所述步骤S4中，X射线的管电压为0-300KV，管电流为0-5mA，照射时间为0-1min。