CN113433432A - 一种材料表面绝缘性能实时监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力的发电、变电或配电技术领域，尤其涉及一种材料表面绝缘性能实时监测装置，包括外腔、上电极、绝缘护套、下电极；所述外腔用于密封和支撑固定，所述上电极用于电压施加和散热，所述绝缘护套用于将上电极与外腔电气绝缘，所述下电极用于固定试样、温度控制、升降调节和测量；本发明的监测装置可以满足多物理场联合作用下的多试样长期同时测量；测试条件能满足实际工况需求，通过一体式温度梯度‑电场调控电极系统设计方法与实现方法实现高电压应力作用下温度梯度、气压同时可调；能实现温度梯度、气压、电信号、光信号多物理量的长期测量，且能保证高电场应力下没有干扰。
Description
技术领域
本发明属于电力的发电、变电或配电技术领域，尤其涉及一种材料表面绝缘性能实时监测装置。
背景技术
特高压直流输电技术称为超大容量、超远距离输电的首选，直流输电技术的关键是SF6气体绝缘金属全封闭开关设备、管道母线及干式气体绝缘穿墙套管。其中支撑绝缘子是GIS、GIL和穿墙套管等关键设备的主要绝缘构件，也是制约设备整体性能的核心部件，绝缘子的可靠性直接决定了气体绝缘设备的可靠性。
工程运行经验表明，气体绝缘设备故障或事故率已远超预期而相关绝缘设计经验依旧不足，新型装备如特高压直流穿墙套管等发生内部绝缘子的击穿的事故时有发生。绝大多数接地故障均是由设备内部绝缘子的沿面闪络引起的，对支撑绝缘子材料的绝缘特性测量、诊断、预测是研究特高压直流套管绝缘问题的重要手段，因此需要一套基于特高压直流套管的绝缘试验装置。
由于特高压直流套管的支撑绝缘子工作在高电压、大温度梯度、高气压的工况下，绝缘特性的测量需要同时测量大批量试样的温度梯度、气压、电信号、光信号等众多信号，包含以上特点的绝缘试验装置为研究特高压直流套管的基础。本发明针对以上特点提供了一种材料表面绝缘性能实时监测装置。
发明内容
为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于提供一种材料表面绝缘性能实时监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的一种材料表面绝缘性能实时监测装置，其特征在于，包括外腔、上电极、绝缘护套、下电极；
所述外腔包括腔体外壳1、端盖2、升降机构盒3、观察窗4、取放窗5、绝缘护套接口6、引线端子接口7、油路进出接口8、气压表9、气阀10和换气阀11；
所述腔体外壳1的横置圆柱体的顶部安装有绝缘护套接口6和油路进出接口8，油路进出接口8与外部油路相连；
所述腔体外壳1的横置圆柱体的中部安装有观察窗4、取放窗5以及引线端子接口7，观察窗4用于在测量时观测信号，取放窗5可打开以便取放试样，在实验时保持密闭，引线端子接口7用于连接低压信号电缆，传输控制信号；
所述腔体外壳1的横置圆柱体的底部安装有绝缘护套接口6、升降机构盒3、气压表9、气阀10和换气阀11，所述气阀10用于连接保护气气瓶或真空泵，所述换气阀11用于控制连接腔体外气体环境；
所述上电极包括上电极杆12、上电极板13、内部油路14、支撑机构15；所述上电极杆12的上部通过绝缘护套固定并与腔体外壳1形成电气隔离，下部连接上电极板13；
所述绝缘护套包括护套顶盖16、护套主体17、护套法兰18、护套底盖19；
所述下电极包括下电极板20、加热单元21、隔热层22、升降托板23、升降杆24。
优选地，所述腔体外壳1采用不锈钢制造，其两端由端盖2通过螺钉、密封圈紧固密封。
优选地，所述上电极杆12采用铝合金材质，所述上电极板13采用碳钢材质；上电极板13有两个供冷却油的进出接口，和油路进出接口8相连；上电极板13两侧加装有支撑机构15。
优选地，所述护套主体17采用聚四氟乙烯材质，护套顶盖16采用聚四氟材质。
优选地，绝缘护套上端通过护套顶盖16、聚苯硫醚耐热绝缘材料螺丝与密封圈固定密封；与上电极杆12中部至少采用3层密封圈密封。护套法兰18上端采用聚碳酸酯材料制作的法兰环、聚苯硫醚耐热绝缘螺钉与密封圈共同实现护套主体17与腔体的固定与气密；绝缘护套下端采用聚四氟乙烯制造的护套底盖19与密封圈密封。
优选地，所述下电极板20采用紫铜材质。
优选地，所述加热单元21为采用PTC陶瓷铸铝材质的加热板，加热板外部有二氧化硅纳米气凝胶隔热材料的隔热层。
优选地，所述升降机构托板23位于升降杆24顶端，升降托板23为下极板及其附属机构提供支撑，升降托板23上开有螺纹孔，便于固定其上方的机构，通过外部控制升降杆24的升降，使得升降托板23在一定范围内上下移动，最低可以降至升降机构盒3处。
本发明的材料表面绝缘性能实时监测装置具有以下有益效果：
(1)测量装置可以满足多物理场联合作用下的多试样(最多28个试样)长期同时测量；
(2)测试条件能满足实际工况需求，通过一体式温度梯度-电场调控电极系统设计方法与实现方法实现高电压应力作用下温度梯度、气压同时可调；
(3)能实现温度梯度、气压、电信号、光信号多物理量的长期测量，且能保证高电场应力下没有干扰。
附图说明
图1为本发明的装置中腔体整体结构示意图；
图2为本发明的装置中上电极示意图；
图3为本发明的装置中绝缘护套示意图；
图4为本发明的装置中下电极示意图。
图中附图标记为：
1腔体外壳、2端盖、3升降机构盒、4观察窗、5取放窗、6绝缘护套接口、7引线端子接口、8油路进出接口、9气压表、10气阀、11换气阀；
12上电极杆、13上电极板、14内部油路、15支撑机构；
16护套顶盖、17护套主体、18护套法兰、19护套底盖；
20下电极板、21加热单元、22隔热层、23升降托板、24升降杆。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
本发明的一项宽泛实施例中，一种材料表面绝缘性能实时监测装置，其特征在于，包括外腔、上电极、绝缘护套、下电极。
所述外腔用于密封和支撑固定，所述上电极用于电压施加和散热，所述绝缘护套用于将上电极与外腔电气绝缘，所述下电极用于固定试样、温度控制、升降调节和测量。
所述外腔包括腔体外壳1、端盖2、升降机构盒3、观察窗4、取放窗5、绝缘护套接口6、引线端子接口7、油路进出接口8、气压表9、气阀10和换气阀11。
为了保证外腔的结构强度，腔体外壳1的材料采用不锈钢材质；腔体外壳1两端由端盖2通过螺钉、密封圈紧固密封。
所述腔体外壳1的横置圆柱体的顶部安装有绝缘护套接口6和油路进出接口8，油路进出接口8与外部油路相连；
所述腔体外壳1的横置圆柱体的中部安装有观察窗4、取放窗5以及引线端子接口7，观察窗4用于在测量时观测信号，取放窗5可打开以便取放试样，在实验时保持密闭，引线端子接口7用于连接低压信号电缆，传输控制信号；
所述腔体外壳1的横置圆柱体的底部安装有绝缘护套接口6、升降机构盒3、气压表9、气阀10和换气阀11，所述气阀10用于连接保护气气瓶或真空泵，所述换气阀11用于控制连接腔体外气体环境；除底部传动机构采用特殊动密封结构外，其余端口均采用双圈静密封结构外腔顶部法兰和绝缘护套通过螺钉、密封圈紧固密封，所有端口均采用双圈静密封结构。
所述上电极包括上电极杆12、上电极板13、内部油路14、支撑机构15；所述上电极杆12采用铝合金材质，所述上电极板13采用碳钢材质，所述上电极杆12的上部通过绝缘护套固定并与腔体外壳1形成电气隔离，下部连接上电极板13。上电极板13有两个供冷却油进出的接口，和油路进出接口8相连。正常工作时通过冷却油在上电极内部油路的对流散热，带走电极板的热能，从而将上电极板13的温度维持在某一恒定低温。上电极板13两侧加装有聚四氟乙烯材料的支撑机构15。
所述绝缘护套包括护套顶盖16、护套主体17、护套法兰18、护套底盖19；所述护套主体17采用聚四氟乙烯材质，护套顶盖16采用聚四氟材质，绝缘护套上端通过护套顶盖16、聚苯硫醚耐热绝缘材料螺丝与密封圈固定密封；与上电极杆12中部至少采用3层密封圈密封；护套法兰18上端采用聚碳酸酯材料制作的法兰环、聚苯硫醚耐热绝缘螺钉与密封圈共同实现护套主体17与腔体的固定与气密；绝缘护套下端采用聚四氟乙烯制造的护套底盖19与密封圈密封。
所述下电极包括下电极板20、加热单元21、隔热层22、升降托板23、升降杆24。下电极板20采用紫铜材质。为了保证高温环境，通过加热单元测量温度并升高温度，加热单元21采用PTC陶瓷铸铝加热板。加热板外部有二氧化硅纳米气凝胶隔热材料的隔热层。升降机构托板23位于升降杆24顶端，升降托板23为下极板及其附属机构提供支撑，升降托板23上开有螺纹孔，便于固定其上方的机构。通过外部控制升降杆24的升降，使得升降托板23在一定范围内上下移动，最低可以降至升降机构盒3处。
本发明的监测装置可以满足多物理场联合作用下的多试样(最多28个试样)长期同时测量。由于实验需要对试样进行长期监测，为提升效率，本发明可对多个试样同时测量，最多可以对28个试样进行测量。同时测量需要保证试样与电极的安装位置都保持高度一直，尤其是要确保每一个试样与电极的紧密接触。由于实验环境为高温，上电极板13采用碳钢材料以防止电极加工成型后发生热变形。此外为了保证上电极板13的水平放置，且在高电场应力下保证与腔体外壳1的电气隔离，在上电极板两侧加装聚四氟乙烯材料的支撑机构15来保持水平。
本发明的测试条件能满足实际工况需求，通过一体式温度梯度-电场调控电极系统设计方法与实现方法实现高电压应力作用下温度梯度、气压同时可调。温度调节范围为0℃～160摄氏度，由于特高压直流套管中心导杆使用过程中的热效应，实际运行时在套管外壳的环境温度与中心导杆之间的支撑绝缘子形成一定的温度梯度。为了更加准确模拟实际运行条件，加热单元21钳在下电极板20下，通过下电极板的铝合金罩和隔热层22固定，使得加热单元21尽可能的接近被测试品，实现被测试品的快速升温。内部油路14通过控制冷却油的流速来改变散热能力，达到控制上电极板13的温度。
本发明气压调节范围为50Pa～0.6MPa，通过气压表9、气阀10、换气阀11、外接真空泵和保护气气瓶配合实现。气阀11连接真空泵，打开气阀11的阀门，开启真空泵，直至气压表9显示50Pa，关闭气阀11的阀门，关闭并断开真空泵。连接气阀11和保护气气瓶，打开气阀11的阀门，开启保护气气瓶，直至气压表9显示至规定气压，关闭气阀11和保护气气瓶阀门并断开连接。在气压低于0.1MPa，需要往外排气时，连接气阀11和真空泵，打开气阀11的阀门，开启真空泵，直至气压表3显示50Pa，关闭气阀11的阀门，关闭真空泵并断开连接，再打开换气阀11，进入空气，直至腔内气压为0.1MPa。
本发明能实现温度梯度、气压、电信号、光信号多物理量的长期测量，且能保证高电场应力下没有干扰。
油路进出接口8外接温度传感器来测量上电极板13的温度，内部油路14通过控制冷却油的流速保证上电极板13的温度保持为设定温度，下电极板20的温度通过内含热电偶的加热单元21测量，经数据传输线通过引线端子接口7外接到显示屏显示，因此可以实现上电极板13与下电极板20温度的测量，即实现了温度梯度的测量。气压通过气压表9测量并显示。电信号测量通过与下电极相连的外接测量回路测量，并通过数据传输线通过端盖2的传输线接头外界至测量设备。光信号测量通过将测量设备安装在观察窗4上进行测量。测量装置的上电极可以施加60kV正极性直流电压，而上电极的含有内部油路14等复杂控温装置。在加高电压时，上电极承受高压，上电极板13与的进油接口和出油接口外侧采用屏蔽环减小表面电场至起晕场强以下。
最后需要指出的是：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。
Claims (8)
1.一种材料表面绝缘性能实时监测装置，其特征在于，包括外腔、上电极、绝缘护套、下电极；
所述外腔包括腔体外壳(1)、端盖(2)、升降机构盒(3)、观察窗(4)、取放窗(5)、绝缘护套接口(6)、引线端子接口(7)、油路进出接口(8)、气压表(9)、气阀(10)和换气阀(11)；
所述腔体外壳(1)的横置圆柱体的顶部安装有绝缘护套接口(6)和油路进出接口(8)，油路进出接口(8)与外部油路相连；
所述腔体外壳(1)的横置圆柱体的中部安装有观察窗(4)、取放窗(5)以及引线端子接口(7)，观察窗(4)用于在测量时观测信号，取放窗(5)可打开以便取放试样，在实验时保持密闭，引线端子接口(7)用于连接低压信号电缆，传输控制信号；
所述腔体外壳(1)的横置圆柱体的底部安装有绝缘护套接口(6)、升降机构盒(3)、气压表(9)、气阀(10)和换气阀(11)，所述气阀(10)用于连接保护气气瓶或真空泵，所述换气阀(11)用于控制连接腔体外气体环境；
所述上电极包括上电极杆(12)、上电极板(13)、内部油路(14)、支撑机构(15)；所述上电极杆(12)的上部通过绝缘护套固定并与腔体外壳(1)形成电气隔离，下部连接上电极板(13)；
所述绝缘护套包括护套顶盖(16)、护套主体(17)、护套法兰(18)、护套底盖(19)；
所述下电极包括下电极板(20)、加热单元(21)、隔热层(22)、升降托板(23)、升降杆(24)。
2.根据权利要求1所述的材料表面绝缘性能实时监测装置，其特征在于，所述腔体外壳(1)采用不锈钢制造，其两端由端盖(2)通过螺钉、密封圈紧固密封。
3.根据权利要求1所述的材料表面绝缘性能实时监测装置，其特征在于，所述上电极杆(12)采用铝合金材质，所述上电极板(13)采用碳钢材质；上电极板(13)有两个供冷却油的进出接口，和油路进出接口(8)相连；上电极板(13)两侧加装有支撑机构(15)。
4.根据权利要求1所述的材料表面绝缘性能实时监测装置，其特征在于，所述护套主体(17)采用聚四氟乙烯材质，护套顶盖(16)采用聚四氟材质。
5.根据权利要求1所述的材料表面绝缘性能实时监测装置，其特征在于，绝缘护套上端通过护套顶盖(16)、聚苯硫醚耐热绝缘材料螺丝与密封圈固定密封；与上电极杆(12)中部至少采用3层密封圈密封。护套法兰(18)上端采用聚碳酸酯材料制作的法兰环、聚苯硫醚耐热绝缘螺钉与密封圈共同实现护套主体(17)与腔体的固定与气密；绝缘护套下端采用聚四氟乙烯制造的护套底盖(19)与密封圈密封。
6.根据权利要求1所述的材料表面绝缘性能实时监测装置，其特征在于，所述下电极板(20)采用紫铜材质。
7.根据权利要求1所述的材料表面绝缘性能实时监测装置，其特征在于，所述加热单元(21)为采用PTC陶瓷铸铝材质的加热板，加热板外部有二氧化硅纳米气凝胶隔热材料的隔热层。
8.根据权利要求1任一项所述的材料表面绝缘性能实时监测装置，其特征在于，所述升降机构托板(23)位于升降杆(24)顶端，升降托板(23)为下极板及其附属机构提供支撑，升降托板(23)上开有螺纹孔，便于固定其上方的机构，通过外部控制升降杆(24)的升降，使得升降托板(23)在一定范围内上下移动，最低可以降至升降机构盒(3)处。
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| CN202110556376.0A CN113433432A (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 一种材料表面绝缘性能实时监测装置 |
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| CN202110556376.0A CN113433432A (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 一种材料表面绝缘性能实时监测装置 |
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| CN113433432A true CN113433432A (zh) | 2021-09-24 |
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| CN202110556376.0A Pending CN113433432A (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 一种材料表面绝缘性能实时监测装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114005623A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-02-01 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 电容式绝缘支撑装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08248093A (ja) * | 1995-03-09 | 1996-09-27 | Fujikura Ltd | 空間電荷の測定装置 |
| CN101738546A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-06-16 | 西安交通大学 | 一种电声脉冲法空间电荷测量装置、系统及方法 |
| CN105092990A (zh) * | 2015-09-28 | 2015-11-25 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 一种基于电声脉冲法的空间电荷测量装置 |
| CN105759131A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-07-13 | 哈尔滨理工大学 | 一种油-纸双层介质在宽温度梯度下空间电荷测量装置 |
| CN205427056U (zh) * | 2016-03-23 | 2016-08-03 | 哈尔滨理工大学 | 一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置 |
-
2021
- 2021-05-18 CN CN202110556376.0A patent/CN113433432A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114005623A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-02-01 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 电容式绝缘支撑装置 |
| CN114005623B (zh) * | 2021-10-20 | 2024-01-09 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 电容式绝缘支撑装置 |
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