CN113567264B - 一种可同时模拟gil内导体高电压和高温度的实验装置及实验方法 - Google Patents

一种可同时模拟gil内导体高电压和高温度的实验装置及实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置及实验方法，包括热油循环机、第一段GIL腔体、第二段GIL腔体和高压实验电源，热油循环机上设有热油循环机热油出口和热油循环机冷油入口，第一段GIL腔体和第二段GIL腔体间设有盆式绝缘子，盆式绝缘子上设有金属触头，第一段GIL腔体内设有中空加热导电杆，中空加热导电杆的一端设有GIL腔体热油入口和GIL腔体冷油出口，中空加热导电杆的另一端插入金属触头中，第一段GIL腔体上设有观察窗，第二段GIL腔体上设有高电压终端，高电压终端通过送电杆与金属触头相连，高电压终端和高压实验电源相连，安全可靠、密封性好，并能够同时模拟GIL内导体高电压和高温度条件。

Description

一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置及实 验方法
技术领域
本发明涉及GIL运行维护加护领域，具体涉及一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置及实验方法。
背景技术
气体绝缘输电管道(GIL)技术日渐成熟，其在输电领域的应用逐渐增多。但是，GIL内的固体绝缘部件较多，在高电压的工作条件下容易产生局部放电，并致GIL设备的绝缘失效。此外GIL在运行时会通过大电流并导致GIL内导体产生温升。在高电压和高温度的共同作用下，GIL内的缺陷发展机理也会较单一因素有所不同。因此，为提高GIL的运行稳定性，有必要对GIL内的电压和高温度环境进行模拟，从而对其绝缘缺陷发展机理进行试验研究。
然而传统的高温度模拟方法一般使用升流器对GIL设备输出大电流的方式进行。若要同时施加高电压，会将升流器的电位抬升，这会严重威胁实验人员的操作安全环境。而且，该方法升温效率较低，温度控制难度较大，对于千安级的电流模拟也比较困难，这些缺陷都严重限制了相关试验的进行。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置及实验方法，安全可靠、密封性好，并能够同时模拟GIL内导体高电压和高温度条件。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置，包括热油循环机、第一段GIL腔体、第二段GIL腔体和高压实验电源，所述热油循环机上设有热油循环机热油出口和热油循环机冷油入口，所述第一段GIL腔体的一端和所述第二段GIL腔体的一端密封，所述第一段GIL腔体的另一端和所述第二段GIL腔体的另一端间设有盆式绝缘子，所述盆式绝缘子上设有金属触头，所述第一段GIL腔体内设有中空加热导电杆，所述中空加热导电杆的一端设有GIL腔体热油入口和GIL腔体冷油出口，所述热油循环机热油出口和所述GIL腔体热油入口通过热油管相连，所述热油循环机冷油入口和所述GIL腔体冷油出口通过冷油管相连，所述中空加热导电杆的另一端插入所述金属触头中，所述第一段GIL腔体上设有能够观测到所述中空加热导电杆的观察窗，所述第一段GIL腔体上设有用于抽真空和充气的第一充气阀门，所述第二段GIL腔体上设有用于抽真空和充气的第二充气阀门，所述第二段GIL腔体上设有高电压终端，所述高电压终端通过送电杆与所述金属触头相连，所述高电压终端通过高压导线和所述高压实验电源相连。
进一步地，所述高电压终端和所述第二段GIL腔体间设有绝缘伞裙，所述绝缘伞裙和所述第二段GIL腔体通过第一法兰相连，所述送电杆一部分设在所述绝缘伞裙内，另一部分设在所述第二段GIL腔体内。
进一步地，所述第一充气阀门和所述第二充气阀门上均设有压力表。
进一步地，所述观察窗采用石英玻璃制成，所述观察窗和所述第一段GIL腔体通过第三法兰相连。
进一步地，所述中空加热导电杆为中空且两端密封的杆体结构，所述中空加热导电杆包括依次相连的中空加热导电杆首段、中空绝缘子和中空加热导电杆尾段，所述中空绝缘子两侧均设有金属屏蔽环，所述中空加热导电杆首段与所述第一段GIL腔体相连。
进一步地，所述中空加热导电杆首段、所述中空加热导电杆尾段和所述中空绝缘子与所述金属屏蔽环接触面的边缘均做圆角处理。
进一步地，所述中空加热导电杆内设有绝缘内管，所述绝缘内管的一端伸出所述第一段GIL腔体作为GIL腔体热油入口，另一端悬空且开启，所述中空加热导电杆上设有金属弯管，所述金属弯管的一端与所述中空加热导电杆连通，另一端伸出所述第一段GIL腔体作为GIL腔体冷油出口。
进一步地，所述绝缘内管的一端通过密封胶水固定在中空加热导电杆首段上。
进一步地，所述第一段GIL腔体和所述第二段GIL腔体间设有第二法兰，所述盆式绝缘子设在所述第二法兰上，所述第一段GIL腔体上设有用于密封的第一端盖，所述GIL腔体热油入口和所述GIL腔体冷油出口设在所述第一端盖上，所述第二段GIL腔体上设有用于密封的第二端盖。
一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验方法，其特征在于，包括：
步骤1、将缺陷模型和监测设备安置在第一段GIL腔体内；
步骤2、打开第二充气阀门，对第二段GIL腔体进行抽真空和充入绝缘气体，使第二段GIL腔体和送电杆间绝缘；
步骤3、打开第一充气阀门，对第一段GIL腔体进行抽真空和充入绝缘气体，检查装置气密性；
步骤4、打开热油循环机，使绝缘油通过热油循环机冷油入口、热油循环机热油出口、冷油管、热油管、GIL腔体冷油出口和GIL腔体热油入口在中空加热导电杆进行循环加热，直至温度满足设定要求；
步骤5、打开高压实验电源，逐步升高电压至设定值，开始高电压高温度的运行模拟实验。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明所述的一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置及实验方法，可同时模拟GIL内中空加热导电杆的高电压和高温度运行条件。
2.本发明所述的一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置及实验方法，采用热绝缘油加热GIL内中空加热导电杆，并在加热装置和高电压装置之间通过盆式绝缘子和绝缘油提供电气绝缘，防止高电压装置对温升装置的操作安全在成影响，安全性更高。
3.本发明所述的一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置及实验方法，升温方便，加热效率高，温度控制准确。
4.本发明所述的一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置及实验方法，增设观察窗，方便观察反应。
附图说明
图1是本发明实验装置的整体组成和使用连接示意图。
图2是本发明第一段GIL腔体和第二段GIL腔体的组成结构示意图。
图3是本发明中空加热导电杆的组成结构示意图。
图4是本发明布置好绝缘缺陷的装置局部结构图。
其中：1、热油循环机；11、热油循环机冷油入口；12、热油循环机热油出口；13、冷油管；14、热油管；15、高压导线；2、第一段GIL腔体；21、GIL腔体冷油出口；22、GIL腔体热油入口；23、中空加热导电杆；231、中空加热导电杆首段；232、中空加热导电杆尾段；233、中空绝缘子；234、金属屏蔽环；235、绝缘内管；236、金属弯管；24、观察窗；25、第一充气阀门；26、第二法兰；27、第三法兰；28、第一端盖；3、第二段GIL腔体；31、高电压终端；32、第二充气阀门；33、绝缘伞裙；34、送电杆；35、第一法兰；36、第二端盖；4、高压实验电源；5、盆式绝缘子；51、金属触头。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
结合图1-图4，一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置，包括热油循环机1、第一段GIL腔体2、第二段GIL腔体3和高压实验电源4，热油循环机1上设有热油循环机热油出口12和热油循环机冷油入口11，第一段GIL腔体2的一端和第二段GIL腔体3的一端密封，第一段GIL腔体2的另一端和第二段GIL腔体3的另一端间设有盆式绝缘子5，盆式绝缘子5上设有金属触头51，第一段GIL腔体2内设有中空加热导电杆23，中空加热导电杆23的一端设有GIL腔体热油入口22和GIL腔体冷油出口21，热油循环机热油出口12和GIL腔体热油入口22通过热油管14相连，热油循环机冷油入口11和GIL腔体冷油出口21通过冷油管13相连，中空加热导电杆23的另一端插入金属触头51中，第一段GIL腔体2上设有观察窗24，第一段GIL腔体2上设有用于抽真空和充气的第一充气阀门25，第二段GIL腔体3上设有用于抽真空和充气的第二充气阀门32，第二段GIL腔体3上设有高电压终端31，高电压终端31通过送电杆34与金属触头51相连，高电压终端31通过高压导线15和高压实验电源4相连。
实验装置的使用过程中：将缺陷模型和监测设备安置在第一段GIL腔体2内，在第一段GIL腔体2内设置中空加热导电杆23，第一段GIL腔体2和第二段GIL腔体3间设置盆式绝缘子5，将热油循环机热油出口12和GIL腔体热油入口22通过热油管14相连，热油循环机冷油入口11和GIL腔体冷油出口21通过冷油管13相连，将高电压终端31通过送电杆34与金属触头51相连，高电压终端31通过高压导线15和高压实验电源4相连，打开第二充气阀门32，对第二段GIL腔体3充入绝缘气体，例如SF6，使第二段GIL腔体3和送电杆34间绝缘，打开第一充气阀门25，对第一段GIL腔体2进行抽真空和充入绝缘气体，充入SF6或其它想要研究的绝缘气体，使第一段GIL腔体2和中空加热导电杆23间绝缘，打开热油循环机1，使绝缘油通过热油循环机冷油入口11、热油循环机热油出口12、冷油管13、热油管14、GIL腔体冷油出口21和GIL腔体热油入口22在中空加热导电杆23内进行循环加热，直至中空加热导电杆23的温度达到所需温度，打开高压实验电源4，逐步升高电压至所需高电压，开始同时进行第一段GIL腔体2中的中空加热导电杆23高电压和高温度的模拟实验，盆式绝缘子5的作用是将高电压经高电压终端31且通过送电杆34引入到中空加热导电杆23上，另外，通常情况下，第一段GIL腔体2是接地的，因此高电压的中空加热导电杆23不能直接与第一段GIL腔体2接触，盆式绝缘子5可以作为绝缘支撑将中空加热导电杆23和第一段GIL腔体2隔开，防止送电杆34将高电压引入到第一段GIL腔体2上，当然，盆式绝缘子5还有良好的密封性，使第一段GIL腔体2和第二段GIL腔体3分开工作，可防止第一段GIL腔体2内的绝缘气体流入第二段GIL腔体3，由于第一段GIL腔体2是主功能区，为绝缘测试提供实验环境，其压力和绝缘气体的种类根据实验决定，会根据实验发生变化，而第二段GIL腔体3的作用是为中空加热导电杆23提供高电压，第二段GIL腔体3充入绝缘气体后通常不发生变化。
另外，在第一段GIL腔体2内，会发生很多放电或化学反应，这会使第一段GIL腔体2内的绝缘气体发生分解变质，若流入第二段GIL腔体3内，会严重影响第二段GIL腔体3的气体纯度和绝缘水平，导致整个装置的绝缘性能下降，因此，通过盆式绝缘子5可以使第二段GIL腔体3和第一段GIL腔体2隔离。
模拟实际GIL工作时的高温和高电压情况，具体要模拟的温度和电压，需要根据用户需求或现场GIL运行标准来设置。例如要模拟550kV，120度的运行情况，则打开高压实验电源4，逐步升高电压至550kV，将绝缘油通过热油循环机1加热到120度再通入中空加热导电杆23内。
优选地，热油循环机1采用选择绝缘油作为热介质进行热循环，绝缘油可作为热介质的同时还可以为中空加热导电杆23和热油循环机1之间提供绝缘，防止中空加热导电杆23通过热介质对热油循环机1放电，对GIL内导体高电压和高温度的模拟实验造成不良影响。
结合图1和图2，高电压终端31和第二段GIL腔体3间设有绝缘伞裙33，第一段GIL腔体2为圆筒状结构，第二段GIL腔体3为T形腔体结构，绝缘伞裙33和第二段GIL腔体3通过第一法兰35相连，送电杆34一部分设在绝缘伞裙33内，另一部分设在第二段GIL腔体3内。由于高电压终端31为一块金属，如果直接连到第二段GIL腔体3会和第二段GIL腔体3电连接，这样在使高电压终端31加高压时发生短路，绝缘伞裙33的目的和盆式绝缘子5的目的类似，是为了将第二段GIL腔体3与加了高电压的送电杆34分隔开。
第一充气阀门25和第二充气阀门32上均设有压力表，用以监测第一段GIL腔体2和第二段GIL腔体3内的压力变化。
观察窗24采用石英玻璃制成，防止对局部放电紫外信号的观测造成影响，观察窗24和第一段GIL腔体2通过第三法兰27相连，进行密封。
结合图3，中空加热导电杆23为中空且两端密封的杆体结构，使绝缘油可以通过中空加热导电杆23，模拟GIL内导体高温度，且将中空加热导电杆23设置成两端密封的杆体结构，可以防止绝缘油泄漏。中空加热导电杆23包括依次相连的中空加热导电杆首段231、中空绝缘子233和中空加热导电杆尾段232，中空绝缘子233两侧均设有金属屏蔽环234。通过设置中空绝缘子233，中空绝缘子233中空的目的是让绝缘油流入中空加热导电杆23内，另外，由于中空加热导电杆23中中空加热导电杆首段231与第一段GIL腔体2相连，中空加热导电杆尾段232是低电压，中空加热导电杆尾段232与盆式绝缘子5相连，中空加热导电杆尾段232是高电压，不加中空绝缘子233进行绝缘，相当于短路，则不能进行同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验。
另外，由于中空绝缘子233两端容易产生电场畸变，而绝缘气体在畸变电场下很容易发生局部放电和击穿等故障，严重影响该装置的运行稳定性，通过该增设金属屏蔽环234可以削弱电场畸变，从而起到提高装置安全性和稳定性。
中空加热导电杆23内设有绝缘内管235，绝缘内管235的一端伸出第一段GIL腔体2作为GIL腔体热油入口22，另一端悬空且开启，中空加热导电杆23上设有金属弯管236，金属弯管236的一端与中空加热导电杆23连通，另一端伸出第一段GIL腔体2作为GIL腔体冷油出口21，绝缘内管235的目的是将热绝缘油导入中空加热导电杆23内，由于绝缘内管235需要穿过第一段GIL腔体2并通过热油管14与热油循环机热油出口12相连，如果绝缘内管235因为某些原因和中空加热导电杆23接触上，且绝缘内管235的材料不是绝缘的，会使高电压与第一段GIL腔体2的低电压直接相连，导致设备短路。所以为了安全起见，绝缘内管235采用绝缘材料制作且一端伸出第一段GIL腔体2作为GIL腔体热油入口22，另一端悬空且开启。
中空加热导电杆首段231、中空加热导电杆尾段232和中空绝缘子233与金属屏蔽环234接触面的边缘均做圆角处理，防止电晕和沿面放电的发生。
绝缘内管235的一端通过密封胶水固定在中空加热导电杆首段231上，保证第二段GIL腔体3和中空加热导电杆23的密封性。
结合图1和图2，GIL腔体内要形成严格的密封环境，因为实际GIL工作时，腔体内部要充入高气压的绝缘气体，这就要求装置需要教高的气密性防止装置充入的绝缘气体泄露出来，第一段GIL腔体2和第二段GIL腔体3间设有第二法兰26，盆式绝缘子5设在第二法兰26上，第一段GIL腔体2上设有用于密封的第一端盖28，GIL腔体热油入口22和GIL腔体冷油出口21设在第一端盖28上，第二段GIL腔体3上设有用于密封的第二端盖36。
结合图1-图4，本发明还提供一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验方法，包括：
步骤1、将缺陷模型和监测设备安置在第一段GIL腔体2内；
步骤2、打开第二充气阀门32，对第二段GIL腔体3进行抽真空和充入绝缘气体，使第二段GIL腔体3和送电杆34间绝缘；
步骤3、打开第一充气阀门25，对第一段GIL腔体2进行抽真空和充入绝缘气体，检查装置气密性；
步骤4、打开热油循环机1，使绝缘油通过热油循环机冷油入口11、热油循环机热油出口12、冷油管13、热油管14、GIL腔体冷油出口21和GIL腔体热油入口22在中空加热导电杆进行循环加热，直至温度满足设定要求；
步骤5、打开高压实验电源3，逐步升高电压至设定值，开始高电压高温度的运行模拟实验。
在步骤1中，高电压终端31和第二段GIL腔体3间设有绝缘伞裙33，送电杆34一部分设在绝缘伞裙33内，另一部分设在第二段GIL腔体3内。
在步骤1中，中空加热导电杆23为中空且两端密封的杆体结构，中空加热导电杆23包括依次相连的中空加热导电杆首段231、中空绝缘子233和中空加热导电杆尾段232，中空绝缘子233两侧均设有金属屏蔽环234，中空加热导电杆23中中空加热导电杆首段231与第一段GIL腔体2相连。
在步骤1中，中空加热导电杆23内设有绝缘内管235，绝缘内管235的一端伸出第一段GIL腔体2作为GIL腔体热油入口22，另一端悬空且开启，中空加热导电杆23上设有金属弯管236，金属弯管236的一端与中空加热导电杆23连通，另一端伸出第一段GIL腔体2作为GIL腔体冷油出口21。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置，其特征在于：包括热油循环机、第一段GIL腔体、第二段GIL腔体和高压实验电源，所述热油循环机上设有热油循环机热油出口和热油循环机冷油入口，所述第一段GIL腔体的一端和所述第二段GIL腔体的一端密封，所述第一段GIL腔体的另一端和所述第二段GIL腔体的另一端间设有盆式绝缘子，所述盆式绝缘子上设有金属触头，所述第一段GIL腔体内设有中空加热导电杆，所述中空加热导电杆的一端设有GIL腔体热油入口和GIL腔体冷油出口，所述热油循环机热油出口和所述GIL腔体热油入口通过热油管相连，所述热油循环机冷油入口和所述GIL腔体冷油出口通过冷油管相连，所述中空加热导电杆的另一端插入所述金属触头中，所述第一段GIL腔体上设有能够观测到所述中空加热导电杆的观察窗，所述第一段GIL腔体上设有用于抽真空和充气的第一充气阀门，所述第二段GIL腔体上设有用于抽真空和充气的第二充气阀门，所述第二段GIL腔体上设有高电压终端，所述高电压终端通过送电杆与所述金属触头相连，所述高电压终端通过高压导线和所述高压实验电源相连，所述高电压终端和所述第二段GIL腔体间设有绝缘伞裙，所述绝缘伞裙和所述第二段GIL腔体通过第一法兰相连，所述送电杆一部分设在所述绝缘伞裙内，另一部分设在所述第二段GIL腔体内，所述中空加热导电杆为中空且两端密封的杆体结构，所述中空加热导电杆包括依次相连的中空加热导电杆首段、中空绝缘子和中空加热导电杆尾段，所述中空绝缘子两侧均设有金属屏蔽环，所述中空加热导电杆首段与所述第一段GIL腔体相连。
2.根据权利要求1所述的可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置，其特征在于：所述第一充气阀门和所述第二充气阀门上均设有压力表。
3.根据权利要求1所述的可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置，其特征在于：所述观察窗采用石英玻璃制成，所述观察窗和所述第一段GIL腔体通过第三法兰相连。
4.根据权利要求1所述的可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置，其特征在于：所述中空加热导电杆首段、所述中空加热导电杆尾段和所述中空绝缘子与所述金属屏蔽环接触面的边缘均做圆角处理。
5.根据权利要求1所述的可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置，其特征在于：所述中空加热导电杆内设有绝缘内管，所述绝缘内管的一端伸出所述第一段GIL腔体作为GIL腔体热油入口，另一端悬空且开启，所述中空加热导电杆上设有金属弯管，所述金属弯管的一端与所述中空加热导电杆连通，另一端伸出所述第一段GIL腔体作为GIL腔体冷油出口。
6.根据权利要求5所述的可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置，其特征在于：所述绝缘内管的一端通过密封胶水固定在中空加热导电杆首段上。
7.根据权利要求1所述的可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置，其特征在于：所述第一段GIL腔体和所述第二段GIL腔体间设有第二法兰，所述盆式绝缘子设在所述第二法兰上，所述第一段GIL腔体上设有用于密封的第一端盖，所述GIL腔体热油入口和所述GIL腔体冷油出口设在所述第一端盖上，所述第二段GIL腔体上设有用于密封的第二端盖。
8.一种可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验方法，采用权利要求1-7任一项所述的可同时模拟GIL内导体高电压和高温度的实验装置，其特征在于，包括：
步骤1、将缺陷模型和监测设备安置在第一段GIL腔体内；
步骤2、打开第二充气阀门，对第二段GIL腔体进行抽真空和充入绝缘气体，使第二段GIL腔体和送电杆间绝缘；
步骤3、打开第一充气阀门，对第一段GIL腔体进行抽真空和充入绝缘气体，检查装置气密性；
步骤4、打开热油循环机，使绝缘油通过热油循环机冷油入口、热油循环机热油出口、冷油管、热油管、GIL腔体冷油出口和GIL腔体热油入口在中空加热导电杆进行循环加热，直至温度满足设定要求；
步骤5、打开高压实验电源，逐步升高电压至设定值，开始高电压高温度的运行模拟实验。
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