CN113311300B - 一种积污饱和特性试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种积污饱和特性试验平台，包括：支撑框架和位于支撑框架底部的污秽沉积装置，支撑框架上设置有污秽发生装置，污秽发生装置包括污秽参数控制装置和污秽荷电装置，污秽沉积装置包括电场调节装置和风速调节装置；污秽参数控制装置包括调速电机和驱动机构，调速电机通过驱动机构制造污秽颗粒；污秽荷电装置包括金属盘、金属网和屏蔽盘；电场调节装置包括高压金属板和绝缘框架，高压金属板上设置有外绝缘切片，高压金属板两侧设置有接地金属板，高压金属板及接地金属板均与绝缘框架滑动连接。本发明提供的积污饱和特性试验平台具有模拟参数连续可调、操作简单省时、成本低廉、测量精度高的特点。

Description

一种积污饱和特性试验平台

技术领域

本发明涉及输电线路外绝缘技术领域，特别是涉及一种积污饱和特性试验平台。

背景技术

近年来，我国大气质量逐年恶化，沙尘天气频发，而输电线路运行电压逐年升高，因此对外绝缘提出了很高的要求。随着运行时间的增长，输电线路外绝缘表面积累的污秽将大大降低其绝缘性能，并可能引发污闪等重大事故。外绝缘污秽层的形成是悬浮在空气中的固体或液体微粒在其表面附近受到重力、曳力和电场力综合作用，进而逐渐沉积的过程。相关研究指出，外绝缘表面积污存在饱和特性，即经过若干年后表面积污达到动态平衡，污秽量基本不变。

目前，针对外绝缘饱和积污特性规律的研究主要通过自然积污、人工积污及仿真三种方式开展，多数研究表明外绝缘积污与其表面的电场力、污秽的带电量及其所受的曳力有关。现有的试验装置及方法多考虑各种环境条件下的综合影响，未能对单一因素以及多因素共同作用下外绝缘的积污速率进行定量探究，并且存在自然积污试验成本高、时间周期长的问题；已开展的人工积污试验则未能定量模拟自然环境中的污秽带电这一关键因素，单纯仿真研究则存在缺乏试验证实的缺陷。基于以上问题，迫切需要提出一种能够定量研究电场、风速、以及颗粒带电单一或共同作用下的外绝缘室内人工污秽沉积装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种积污饱和特性试验平台，该平台能够准确定量模拟外绝缘工况下的关键参数，进而对外绝缘饱和积污特性进行研究，具有模拟参数连续可调、操作简单省时、成本低廉、测量精度高的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种积污饱和特性试验平台，所述平台包括：支撑框架和位于所述支撑框架底部的污秽沉积装置，所述支撑框架上固定连接有污秽发生装置，所述污秽发生装置包括从上向下依次设置的污秽参数控制装置和污秽荷电装置，所述污秽沉积装置包括电场调节装置和风速调节装置；

所述污秽参数控制装置包括调速电机和驱动机构，所述驱动机构与所述调速电机驱动连接，所述驱动机构连接有圆盘，所述圆盘下方设置有分样筛，所述分样筛内部装有污秽颗粒，所述调速电机通过所述驱动机构带动所述圆盘拍打所述分样筛内部的污秽颗粒；

所述污秽荷电装置包括在所述支撑框架上由上至下依次设置的金属盘、金属网和屏蔽盘，所述金属盘及屏蔽盘均接地，所述金属盘上设置所述分样筛，所述金属网连接高压电源，所述金属盘及屏蔽盘中间位置均设置有开孔，所述开孔用于污秽颗粒的掉落；

所述电场调节装置包括高压金属板和绝缘框架，所述高压金属板连接有高压电源，所述高压金属板上设置有凹槽，所述凹槽内部插有外绝缘切片，所述高压金属板两端卡接在所述绝缘框架上，所述高压金属板两侧设置有接地金属板，所述高压金属板及接地金属板均与所述绝缘框架滑动连接；

所述电场调节装置下部设置所述风速调节装置，所述风速调节装置的扇叶正对所述外绝缘切片。

可选的，所述支撑框架包括四个竖直设置的支撑杆，四个所述支撑杆呈矩形排布。

可选的，所述平台还包括圆柱形支架，所述圆柱形支架垂直于所述支撑杆并与所述支撑杆固定连接，每四个所述圆柱形支架为一组，在平面上呈中心对称设置并组成支撑结构，所述金属盘、金属网和屏蔽盘均通过所述支撑结构固定连接在所述支撑框架上。

可选的，所述污秽参数控制装置设置有电机固定杆，所述调速电机通过所述电机固定杆与所述支撑框架固定连接。

可选的，所述驱动机构包括凸轮和圆盘连接杆，所述凸轮与所述调速电机的输出轴固定连接，所述圆盘连接杆与所述圆盘固定连接，所述圆盘连接杆顶部固定连接有第一挡板，所述第一挡板顶在所述凸轮下方，所述圆盘连接杆中部设置有第二挡板，所述第二挡板与所述圆盘连接杆滑动连接，所述圆盘连接杆在所述第一挡板和第二挡板之间穿设有弹簧，所述弹簧为压缩弹簧，所述第二挡板与所述调速电机固定杆通过螺纹固定连接。

可选的，所述圆盘的半径小于所述分样筛的半径，所述屏蔽盘上的开孔大于所述污秽沉积装置的大小。

可选的，所述风速调节装置包括依次电性连接PID调节器、变频器和变频电机，所述变频电机的输出轴与所述扇叶固定连接，所述扇叶位置设置有风速传感器，所述风速传感器的信号输出端与所述PID调节器的信号输入端电性连接。

可选的，所述平台还包括污秽收集盒，所述污秽收集盒设置在所述污秽沉积装置底部。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的积污饱和特性试验平台，通过污秽荷电装置完成对污秽微粒的荷电过程，保证了污秽颗粒电量的连续可调及污秽微粒的弥散下落，确保荷电充分；通过电场调节装置可以对外绝缘切片施加不同角度、不同电压等级的电场，能够研究电场力的切法向分量对污秽微粒沉积的影响；通过风速调节装置可以模拟外绝缘运行工况中的各种风速，实现风速的连续可调。本发明提供的积污饱和特性试验平台，电场力、曳力、极化力以及污秽的带电量均可定量控制，可定量研究单一因素或多因素共同作用下外绝缘的表面积污特性，具有模拟参数连续可调、操作简单省时、成本低廉、测量精度高的特点。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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他的附图。

图1为本发明积污饱和特性试验平台的结构示意图；

图2为本发明积污饱和特性试验平台的污秽参数控制装置的结构示意图；

图3为本发明积污饱和特性试验平台的污秽沉积装置的结构示意图；

图4为本发明积污饱和特性试验平台的风速调节装置的控制模块图；

附图标记说明：1、支撑框架；2、污秽参数控制装置；3、污秽荷电装置；4、电场调节装置；5、绝缘框架；6、风速调节装置；7、污秽收集盒；8、外绝缘切片；201、调速电机；202、凸轮；203、圆盘；204、分样筛；205、电机固定杆；206、第一挡板；207、弹簧；208、第二挡板；209、圆盘连接杆；301、金属盘；302、金属网；303、圆柱型支架；304、屏蔽盘；401、高压金属板；402、接地金属板；601、风速传感器；602、PID调节器；603、变频器；604、变频电机；605、扇叶。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种积污饱和特性试验平台，该平台能够准确定量模拟外绝缘工况下的关键参数，进而对外绝缘饱和积污特性进行研究，具有模拟参数连续可调、操作简单省时、成本低廉、测量精度高的特点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供的积污饱和特性试验平台，如图1所示，所述平台包括：支撑框架1和位于所述支撑框架1底部的污秽沉积装置，所述支撑框架1上固定连接有污秽发生装置，所述污秽发生装置包括从上向下依次设置的污秽参数控制装置2和污秽荷电装置3，所述污秽沉积装置包括电场调节装置4和风速调节装置6；所述支撑框架1包括四个竖直设置的支撑杆，四个所述支撑杆呈矩形排布，所述支撑杆由铝型材和外角件连接组成，用于支撑固定所述污秽发生装置，铝型材和外角件型号尺寸统一，便于购买、安装和拆卸；所述平台还包括污秽收集盒7，所述污秽收集盒7设置在所述污秽沉积装置底部；

所述污秽参数控制装置2包括调速电机201和驱动机构，所述驱动机构与所述调速电机201驱动连接，所述驱动机构连接有圆盘203，所述圆盘203下方设置有分样筛204，所述圆盘203的半径小于所述分样筛204的半径，所述分样筛204中盛有一定量的污秽微粒，所述分样筛204具有多种目数，可根据积污试验中所用微粒粒径的大小而进行选择，所述调速电机201通过所述驱动机构带动所述圆盘203拍打所述分样筛204内部的污秽颗粒；所述污秽参数控制装置2还设置有电机固定杆205，所述调速电机201通过所述电机固定杆205与所述支撑框架1固定连接；所述驱动机构包括凸轮202和圆盘连接杆209，所述凸轮202与所述调速电机201的输出轴固定连接，所述圆盘连接杆209与所述圆盘203固定连接，所述圆盘连接杆209顶部固定连接有第一挡板206，所述第一挡板206顶在所述凸轮202下方，所述圆盘连接杆209中部设置有第二挡板208，所述第二挡板208与所述圆盘连接杆209滑动连接，所述圆盘连接杆209在所述第一挡板206和第二挡板208之间穿设有弹簧207，所述弹簧207为压缩弹簧，所述第二挡板208内侧设有螺纹孔，所述电机固定杆205表面经攻螺纹处理，所述第二挡板208与所述调速电机固定杆通过螺纹固定连接；所述调速电机201工作时带动所述凸轮202做圆周运动，所述驱动机构在所述凸轮202的转动下带动所述圆盘203在竖直方向上不断起落，进而匀速拍打所述分样筛204，使污秽微粒从所述分样筛204的筛网中以弥散的形式均匀下落；事先对所述圆盘203进行加工使其表面和曲面边缘相对光滑，保证所述分样筛204上各处的污秽微粒在被拍打时受力相等，且减小摩擦损耗；

所述污秽荷电装置3包括在所述支撑框架1上由上至下依次设置的金属盘301、金属网302、屏蔽盘304和圆柱形支架303，所述金属盘301上设置所述分样筛204；所述圆柱形支架303垂直于所述支撑杆并与所述支撑杆固定连接，每四个所述圆柱形支架303为一组，在平面上呈中心对称设置并组成支撑结构，所述金属盘301、金属网302和屏蔽盘304均通过所述支撑结构固定连接在所述支撑框架1上；所述金属盘301中间位置及所述屏蔽盘304中间位置分别设置有开孔，所述金属盘301开孔大于所述分样筛204的大小，所述金属盘301及分样筛204均设置在所述支撑结构上，所述金属盘301上的开孔用于使所述分样筛204中的污秽颗粒全部下落；所述屏蔽盘304开孔大于所述污秽沉积装置的大小，所述屏蔽盘304上的开孔用于所述污秽沉积装置收集污秽颗粒；所述金属盘301及屏蔽盘304均连接大地，所述金属网302连接高压电源，电势差导致所述金属网302间形成很强的空间电场，在达到空气的击穿场强后，空气将发生电晕，与此同时产生大量的空气离子，空间中的空气离子在电场力的作用下朝着电极运动，污秽微粒在下落过程中经过此区域时，便会与空气离子碰撞形成带电微粒，完成荷电过程，之后微粒在重力的作用下进入所述屏蔽盘304下方的所述污秽沉积装置，所述屏蔽盘304可以屏蔽所述污秽沉积装置上方的空间电场，防止所述污秽沉积装置因空间电场产生感应电荷，造成测量误差；

所述电场调节装置4包括高压金属板401和绝缘框架5，所述高压金属板401连接有高压电源发生器，保持其上的电压等级连续可调，其上电压类型同时也可改变，所述高压金属板401上设置有凹槽，所述凹槽内部插有外绝缘切片8；所述高压金属板401两端卡接在所述绝缘框架5上，所述高压金属板401两侧设置有接地金属板402，所述高压金属板401及接地金属板402均与所述绝缘框架5滑动连接；所述高压金属板401与接地金属板402平行放置时，可形成近似均匀电场；所述绝缘框架5由亚克力板组成，用于固定和调节所述高压金属板401及接地金属板402的位置，其材质不会对外绝缘周围的电场情况产生影响；

所述电场调节装置4下部设置所述风速调节装置6，所述风速调节装置6包括PID调节器602、变频器603和变频电机604，所述PID调节器602的调节信号输出端与所述变频器603的控制信号输入端连接，所述变频器603的变频电压输出端与所述变频电机604的电源输入端连接，所述变频电机604的输出轴与所述扇叶605固定连接；所述扇叶605位置设置有风速传感器601，所述风速传感器601的信号输出端与所述PID调节器602的信号输入端电性连接，所述风速调节装置6的扇叶605正对所述外绝缘切片8；所述风速传感器601型号为：QS-FS电流输出型；所述PID调节器602选用S7-300系列PLC，型号：6ES7322-1HH01-0AA0和变频器型号：JTE330-K0550G3；通过所述风速调节装置6调节风速，可研究曳力对污秽微粒在外绝缘表面沉积的影响；

所述调速电机201连接的所述圆盘203在匀速拍打所述分样筛204时，可使得所述分样筛204的筛网受力较为均匀，使污秽微粒以弥散的形式下落，确保荷电充分；通过改变所述高压金属板401放置的位置及角度，可为所述外绝缘切片8提供切向电场或法向电场，研究电场力的切法向分量对污秽微粒沉积的影响；通过调节所述绝缘框架5上的所述高压金属板401与接地金属板402之间的距离，进而改变电场强度；通过所述污秽收集盒7可计算下落污秽质量与绝缘子表面沉积污秽质量的数值关系，同时还通过回收利用下落的污秽，实现资源二次利用。

本发明提供的积污饱和特性试验平台，通过污秽荷电装置完成对污秽微粒的荷电过程，保证了污秽颗粒电量的连续可调及污秽微粒的弥散下落，确保荷电充分；通过电场调节装置可以对外绝缘切片施加不同角度、不同电压等级的电场，能够研究电场力的切法向分量对污秽微粒沉积的影响；通过风速调节装置可以模拟外绝缘运行工况中的各种风速，实现风速的连续可调。本发明提供的积污饱和特性试验平台，电场力、曳力、极化力以及污秽的带电量均可定量控制，可定量研究单一因素或多因素共同作用下外绝缘的表面积污特性，具有模拟参数连续可调、操作简单省时、成本低廉、测量精度高的特点。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种积污饱和特性试验平台，其特征在于，包括：支撑框架和位于所述支撑框架底部的污秽沉积装置，所述支撑框架上固定连接有污秽发生装置，所述污秽发生装置包括从上向下依次设置的污秽参数控制装置和污秽荷电装置，所述污秽沉积装置包括电场调节装置和风速调节装置；

所述污秽参数控制装置包括调速电机和驱动机构，所述驱动机构与所述调速电机驱动连接，所述驱动机构连接有圆盘，所述圆盘下方设置有分样筛，所述分样筛内部装有污秽颗粒，所述调速电机通过所述驱动机构带动所述圆盘拍打所述分样筛内部的污秽颗粒；

所述污秽荷电装置包括在所述支撑框架上由上至下依次设置的金属盘、金属网和屏蔽盘，所述金属盘及屏蔽盘均接地，所述金属盘上设置所述分样筛，所述金属网连接高压电源，所述金属盘及屏蔽盘中间位置均设置有开孔，所述开孔用于污秽颗粒的掉落；

所述电场调节装置包括高压金属板和绝缘框架，所述高压金属板连接有高压电源，所述高压金属板上设置有凹槽，所述凹槽内部插有外绝缘切片，所述高压金属板两端卡接在所述绝缘框架上，所述高压金属板两侧设置有接地金属板，所述高压金属板及接地金属板均与所述绝缘框架滑动连接；

所述电场调节装置下部设置所述风速调节装置，所述风速调节装置的扇叶正对所述外绝缘切片。

2.根据权利要求1所述的积污饱和特性试验平台，其特征在于，所述支撑框架包括四个竖直设置的支撑杆，四个所述支撑杆呈矩形排布。

3.根据权利要求2所述的积污饱和特性试验平台，其特征在于，所述平台还包括圆柱形支架，所述圆柱形支架垂直于所述支撑杆并与所述支撑杆固定连接，每四个所述圆柱形支架为一组，在平面上呈中心对称设置并组成支撑结构，所述金属盘、金属网和屏蔽盘均通过所述支撑结构固定连接在所述支撑框架上。

4.根据权利要求1所述的积污饱和特性试验平台，其特征在于，所述污秽参数控制装置设置有电机固定杆，所述调速电机通过所述电机固定杆与所述支撑框架固定连接。

5.根据权利要求1所述的积污饱和特性试验平台，其特征在于，所述驱动机构包括凸轮和圆盘连接杆，所述凸轮与所述调速电机的输出轴固定连接，所述圆盘连接杆与所述圆盘固定连接，所述圆盘连接杆顶部固定连接有第一挡板，所述第一挡板顶在所述凸轮下方，所述圆盘连接杆中部设置有第二挡板，所述第二挡板与所述圆盘连接杆滑动连接，所述圆盘连接杆在所述第一挡板和第二挡板之间穿设有弹簧，所述弹簧为压缩弹簧，所述第二挡板与所述调速电机固定杆通过螺纹固定连接。

6.根据权利要求1所述的积污饱和特性试验平台，其特征在于，所述圆盘的半径小于所述分样筛的半径，所述屏蔽盘上的开孔大于所述污秽沉积装置的大小。

7.根据权利要求1所述的积污饱和特性试验平台，其特征在于，所述风速调节装置包括依次电性连接PID调节器、变频器和变频电机，所述变频电机的输出轴与所述扇叶固定连接，所述扇叶位置设置有风速传感器，所述风速传感器的信号输出端与所述PID调节器的信号输入端电性连接。

8.根据权利要求1所述的积污饱和特性试验平台，其特征在于，所述平台还包括污秽收集盒，所述污秽收集盒设置在所述污秽沉积装置底部。