CN203386543U - 一种配置有内屏蔽电极的特高压直流支柱复合绝缘子 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种特高压直流支柱复合绝缘子，包括：多节绝缘子、内屏蔽电极和多个屏蔽环，多节绝缘子中相邻的两节绝缘子之间通过中间法兰连接在一起，在多节绝缘子中最靠近高压端的绝缘子称为第一节绝缘子，在第一节绝缘子的顶端设置有顶端法兰，在第一节绝缘子的尾端和第二节绝缘子的顶端之间设置有中间法兰，在距离顶端法兰和中间法兰各自一定距离处分别安装有屏蔽环，内屏蔽电极包括第一内屏蔽电极和第二内屏蔽电极，第一内屏蔽电极设置在第一节绝缘子的顶端，第二内屏蔽电极设置在第一节绝缘子的尾端，第一内屏蔽电极的一端与顶端法兰连接，另一端向第一节绝缘子内延伸，第二内屏蔽电极的一端与中间法兰连接，另一端向第一节绝缘子内延伸。

Description

一种配置有内屏蔽电极的特高压直流支柱复合绝缘子

技术领域

本实用新型属于特高压直流输电用支柱绝缘子技术领域，具体涉及一种特高压直流支柱复合绝缘子的端部结构。

背景技术

我国能源资源和生产力发展呈逆向分布，西北、西南地区能源蕴藏丰富而负荷少，东部地区经济发达、能源消费量大，资源却十分匮乏。由于西部能源基地与东部负荷中心距离在1000～3000km左右，所以大力开发西部水电、火电资源，实施西电东送，同时实现电力南北互供、全国联网，以实现全国范围内的资源优化配置和能源优化供给，是21世纪中国能源和电力工业建设的基本战略。特高压直流输电是目前解决高电压、大容量、远距离和电网互联的一个重要手段。

在特高压直流电站中，支柱绝缘子用于高压电气设备（平波电抗器、母线和隔离开关等）与接地体之间的绝缘介质和机械连接。目前电站中使用的支柱绝缘子主要有全瓷柱绝缘子、全瓷芯棒复合外套支柱绝缘子、空心套筒复合外套支柱绝缘子以及环氧纤维芯棒复合外套支柱绝缘子。由于复合支柱绝缘子重量轻、体积小、不易破碎、运输安装方便，特别是具有优异的耐污闪和耐湿闪性能，其在电站中得到了广泛的应用。

由于受到电站内高压母线、高压设备、其他浮动电位设备和大地电位分布阻抗的影响，支柱绝缘子的电场分布极不均匀。支柱绝缘子高压侧的电场分布畸变严重，特别是法兰附近的伞群和复合外套表面，承受着比中部伞裙高几倍的电场强度。此外，在绝缘子端部金具、芯棒和复合外套的连接处，由于电场分布十分集中，在雨雾、风尘等污秽条件下，易受到电蚀损，加速绝缘子劣化，甚至造成绝缘子断裂。为此，有必要对支柱复合绝缘子的结构型式加以改进，来改善其电位、电场分布，以达到防止电晕、抑制电蚀损、抑制局部放电、延缓绝缘老化和提高闪络电压的目的，从而保证电站安全可靠运行。

支柱复合绝缘子的电位、电场分布的改善，主要的方法是安装屏蔽环。但在，特高压电站中，由于电压等级较高，支柱绝缘子直径变大，单纯依靠安装屏蔽环的方法，对绝缘子端部金具、芯棒和复合外套三界面处的高场强改善程度有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有高压支柱复合绝缘子及其均压装置存在的问题，提供一种改善支柱复合绝缘子端部电位、电场分布的方法，即配置有内电极的支柱复合绝缘子。

为达到以上目的，本实用新型的特高压直流支柱复合绝缘子，其包括：多节绝缘子、内屏蔽电极和多个屏蔽环，其特征在于，多节绝缘子中相邻的两节绝缘子之间通过中间法兰连接在一起，在多节绝缘子中最靠近高压端的绝缘子称为第一节绝缘子，在第一节绝缘子的顶端设置有顶端法兰，在第一节绝缘子的尾端和第二节绝缘子的顶端之间设置有上述中间法兰，在距离上述顶端法兰和上述中间法兰各自一定距离处分别安装有屏蔽环，上述内屏蔽电极包括第一内屏蔽电极和第二内屏蔽电极，上述第一内屏蔽电极设置在上述第一节绝缘子的顶端，上述第二内屏蔽电极设置在上述第一节绝缘子的尾端，上述第一内屏蔽电极的一端与上述顶端法兰连接，另一端向上述第一节绝缘子内延伸，上述第二内屏蔽电极的一端与上述中间法兰连接，另一端向上述第一节绝缘子内延伸。

在上述本实用新型的特高压直流支柱复合绝缘子中，上述屏蔽环、上述第一内屏蔽电极、上述第二内屏蔽电极、上述顶端法兰以及上述中间法兰均为金属材料，上述第一内屏蔽电极与上述顶端法兰电气连接，上述第二内屏蔽电极与上述中间法兰电气连接。

在上述本实用新型的特高压直流支柱复合绝缘子中，上述屏蔽环包括：在上述顶端法兰之上100-500mm处通过支架安装的、与上述顶端法兰等电位的第一屏蔽环；在上述顶端法兰之下100-500mm处通过支架安装的、与上述顶端法兰等电位的第二屏蔽环；在第一节绝缘子和第二节绝缘子之间的中间法兰之上或者之下0-500mm处通过支架安装的、与该中间法兰等电位的第三屏蔽环。

在上述本实用新型的特高压直流支柱复合绝缘子中，上述屏蔽环还包括：在上述顶端法兰与上述第二屏蔽环之间且在顶端法兰之下50-200mm处安装的、与上述顶端法兰等电位的第四屏蔽环；在第一节绝缘子和第二节绝缘子之间的中间法兰之上50-200mm处通过支架安装的、与该中间法兰等电位的第五屏蔽环。

在上述本实用新型的特高压直流支柱复合绝缘子中，上述第一、第二、第三屏蔽环直径为1000-2000mm，管截面直径为120mm-300mm，上述第四、第五屏蔽环直径为400-800mm，管截面直径为40-100mm。

在上述本实用新型的特高压直流支柱复合绝缘子中，所述多节绝缘子为由复合外套与空心套筒或者复合外套与实心芯棒构成的复合外套支柱绝缘子，所述复合外套套设在所述空心套筒或者所述实心芯棒的外部，上述第一内屏蔽电极埋置在上述第一节绝缘子顶端的空心套筒或者实心芯棒内，上述第二内屏蔽电极埋置在上述第一节绝缘子尾端的空心套筒或者实心芯棒内。

在上述本实用新型的特高压直流支柱复合绝缘子中，上述第一内屏蔽电极和上述第二内屏蔽电极的结构为环状或柱状，延伸到上述第一节绝缘子内的端部倒圆角。

在上述本实用新型的特高压直流支柱复合绝缘子中，上述第一、第二内屏蔽电极的长度均为60-200mm。

在上述本实用新型的特高压直流支柱复合绝缘子中，上述第一内屏蔽电极与上述顶端法兰通过整体铸件一次成形然后与上述实心环氧芯棒通过胶装连接，上述第二内屏蔽电极与上述中间法兰通过整体铸件一次成形然后与上述实心环氧芯棒通过胶装连接。

在上述本实用新型的特高压直流支柱复合绝缘子中，在实心环氧芯棒制造过程中先将上述第一内屏蔽电极和上述第二内屏蔽电极嵌入，然后通过螺杆将上述顶端法兰与上述第一内屏蔽电极连接、将上述中间法兰与上述第二内屏蔽电极连接，上述顶端法兰和上述中间法兰分别通过采用胶装连接与上述实心环氧芯棒连接。

上述特高压直流支柱复合绝缘子内屏蔽电极的结构特征是：在高压侧第一节绝缘子顶端和尾端的复合绝缘子实心芯棒或空心套筒分别向内埋置一个内屏蔽电极。两内屏蔽电极的一端与复合绝缘子端部法兰连接，另一端伸入环氧芯棒内或空心复合套筒内。内屏蔽电极的结构型式为环状或柱状，头部倒圆角。具体形状如附图2所示，但不仅限于附图2。

通过对特高压直流（±1100kV）支柱复合绝缘子的电场仿真计算，证实了本实用新型的内置电极结构的特高压直流支柱复合绝缘子的屏蔽效果优良，可最大限度的实现支柱绝缘子高压端电场分布的均匀化，特别是很大程度的降低了绝缘子端部金具、芯棒和复合外套界面处的高场强，抑制了支柱绝缘子高压侧的电晕和电蚀损，有效地提高了绝缘子的可靠性。

也就是说，本实用新型能有效降低特高压直流支柱复合绝缘子高压端的电场强度，使支柱绝缘子轴向沿面电场分布均匀化，抑制了复合绝缘子的电晕放电和电蚀损，提高了特高压直流支柱复合绝缘子运行的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的一个具体实施例的结构示意图。

图2是本实用新型的内屏蔽电极结构形状。

图3是特高压直流支柱复合绝缘子端部有内屏蔽电极和无内屏蔽电极的绝缘子表面轴向电场分布曲线。图中方框点迹线为无内屏蔽电极的仿真计算结果，圆形实线为有内屏蔽电极的仿真计算结果。

附图标记：

1、2高压侧第一节绝缘子顶端大屏蔽环，

3高压侧第一节绝缘子尾端大屏蔽环，

4、5小屏蔽环，6内屏蔽电极。

具体实施方式

以下结合附图和实施实例对本实用新型内容作进一步说明，但本实用新型实际产品的结构并不仅限于下述实施例。

图1是本实用新型的一种实施例，以具有内电极6的支柱复合绝缘子为基础，在支柱复合绝缘子高压端第一节顶端法兰上下各安装大屏蔽环1和2，大屏蔽环直径1、2为1000mm-2000mm，管截面直径为120mm-300mm（屏蔽环本身由金属管形成），大屏蔽环1中心平面距法兰上端面的距离为100-500mm，大屏蔽环2中心平面距法兰下端面的距离为100-500mm。在支柱复合绝缘子高压端一二节绝缘子法兰附近安装大屏蔽环3，大屏蔽环3可以安装在法兰上部或者下部，环中心平面距离法兰中心面的距离为0-500mm，大屏蔽环直径3为1000mm-2000mm，管截面直径为120mm-300mm。高压侧第一节绝缘子顶端略低于法兰处安装一小屏蔽环4，其中心平面距顶端法兰上端面距离为50-200mm；高压侧第一节绝缘子尾端略高于法兰处安装一小屏蔽环5，其中心平面距尾端法兰下端面距离为50-200mm。小屏蔽环4、5直径为400-800mm，管截面直径为40-100mm。屏蔽环均为金属材料，通过支架安装在法兰上（支架也为金属材料）。这样通过等电位的屏蔽环和内屏蔽电极形成的低电场区域，有效降低了特高压直流支柱复合绝缘子高压端的电场强度，避免引起局部放电和电蚀损。

本实用新型所述的复合绝缘子为一种由内电极、复合外套、实心芯棒（或空心套筒）和端部屏蔽环组成的特高压直流支柱复合绝缘子。其中，复合外套目前主要指橡胶材料，套设在实心芯棒或者空心套筒的外部，实心芯棒主要有环氧纤维芯棒和瓷芯棒，空心套筒主要有环氧空心套筒和瓷空心套筒（绝缘材料均可做空心套筒）。特高压直流支柱复合绝缘子的长度优选为11m-18m，高压侧第一节绝缘子两端部安装有内屏蔽电极，内屏蔽电极为金属材料（如铝合金）。内屏蔽电极分别埋置高压侧第一节绝缘子顶端和尾端的实心芯棒或空心套筒内。两内屏蔽电极的一端与复合绝缘子端部法兰连接，另一端伸入芯棒内或空心复合套筒内。图2为本实用新型典型的内屏蔽电极，环状或柱状，端部倒圆角。内屏蔽电极的长度优选为60-200mm。

内屏蔽电极与法兰和芯棒的连接方式：内屏蔽电极与法兰可以为整体铸件一次成形然后与芯棒通过胶装连接；也可以在芯棒制造过程中先将内屏蔽电极嵌入，然后通过螺杆将法兰与内屏蔽电极连接，法兰与芯棒仍采用胶装连接。总之，需要保证内屏蔽电极与法兰有可靠的电气连接。

本实用新型所述的复合绝缘子是用于特高压直流输电工程中（比如±800kV以上，特别是±1100kV），能支撑平波电抗器、母线及开关等高压设备的棒形支柱复合绝缘子。可以单柱使用，也可以多柱使用。其安装方式为垂直安装或者倾斜安装。这些均视实际情况而定。

图3是特高压直流支柱复合绝缘子在无内屏蔽电极和有内屏蔽电极下的绝缘子轴向沿面电场分布图（所谓绝缘子轴向长度是指距离绝缘子高压端的距离）。由图中所描述的无内屏蔽措施时的绝缘子轴向电场分布曲线（方框点迹线）和使用本实用新型的有内屏蔽电极的绝缘子轴向电场分布曲线（圆形实线）的比较可见，采用本实用新型明显改善了绝缘子的电场分布，大大降低了绝缘子高压侧的电场强度。说明采用本实用新型所述的特高压直流支柱复合绝缘子内屏蔽电极和屏蔽环配置是改善绝缘子沿面电场分布、降低绝缘子高压端局部场强过于集中的一个非常有效的措施。

Claims (10)

1.一种特高压直流支柱复合绝缘子，其包括：多节绝缘子、内屏蔽电极和多个屏蔽环，其特征在于，

多节绝缘子中相邻的两节绝缘子之间通过中间法兰连接在一起，

在多节绝缘子中最靠近高压端的绝缘子称为第一节绝缘子，

在第一节绝缘子的顶端设置有顶端法兰，

在第一节绝缘子的尾端和第二节绝缘子的顶端之间设置有所述中间法兰，

在距离所述顶端法兰和所述中间法兰各自一定距离处分别安装有屏蔽环，

所述内屏蔽电极包括第一内屏蔽电极和第二内屏蔽电极，

所述第一内屏蔽电极设置在所述第一节绝缘子的顶端，

所述第二内屏蔽电极设置在所述第一节绝缘子的尾端，

所述第一内屏蔽电极的一端与所述顶端法兰连接，另一端向所述第一节绝缘子内延伸，

所述第二内屏蔽电极的一端与所述中间法兰连接，另一端向所述第一节绝缘子内延伸。

2.如权利要求1所述的特高压直流支柱复合绝缘子，其特征在于，

所述屏蔽环、所述第一内屏蔽电极、所述第二内屏蔽电极、所述顶端法兰以及所述中间法兰均为金属材料，

所述第一内屏蔽电极与所述顶端法兰电气连接，

所述第二内屏蔽电极与所述中间法兰电气连接。

3.如权利要求2所述的特高压直流支柱复合绝缘子，其特征在于，

所述屏蔽环包括：

在所述顶端法兰之上100-500mm处通过支架安装的、与所述顶端法兰等电位的第一屏蔽环；

在所述顶端法兰之下100-500mm处通过支架安装的、与所述顶端法兰等电位的第二屏蔽环；

在第一节绝缘子和第二节绝缘子之间的中间法兰之上或者之下0-500mm处通过支架安装的、与该中间法兰等电位的第三屏蔽环。

4.如权利要求3所述的特高压直流支柱复合绝缘子，其特征在于，

所述屏蔽环还包括：

在所述顶端法兰与所述第二屏蔽环之间且在顶端法兰之下50-200mm处安装的、与所述顶端法兰等电位的第四屏蔽环；

在第一节绝缘子和第二节绝缘子之间的中间法兰之上50-200mm处通过支架安装的、与该中间法兰等电位的第五屏蔽环。

5.如权利要求4所述的特高压直流支柱复合绝缘子，其特征在于，

所述第一、第二、第三屏蔽环直径为1000mm-2000mm，管截面直径为120mm-300mm，

所述第四、第五屏蔽环直径为400-800mm，管截面直径为40-100mm。

6.如权利要求1所述的特高压直流支柱复合绝缘子，其特征在于，包括：

所述多节绝缘子为由复合外套与空心套筒或者复合外套与实心芯棒构成的复合外套支柱绝缘子，

所述复合外套套设在所述空心套筒或者所述实心芯棒的外部，

所述第一内屏蔽电极埋置在所述第一节绝缘子顶端的空心套筒或者实心芯棒内，

所述第二内屏蔽电极埋置在所述第一节绝缘子尾端的空心套筒或者实心芯棒内。

7.如权利要求6所述的特高压直流支柱复合绝缘子，其特征在于：

所述第一内屏蔽电极和所述第二内屏蔽电极的结构为环状或柱状，延伸到所述第一节绝缘子内的端部倒圆角。

8.如权利要求1所述的特高压直流支柱复合绝缘子，其特征在于：

所述第一、第二内屏蔽电极的长度均为60-200mm。

9.如权利要求6所述的特高压直流支柱复合绝缘子，其特征在于：

所述第一内屏蔽电极与所述顶端法兰通过整体铸件一次成形然后与所述实心芯棒通过胶装连接，

所述第二内屏蔽电极与所述中间法兰通过整体铸件一次成形然后与所述实心芯棒通过胶装连接。

10.如权利要求6所述的特高压直流支柱复合绝缘子，其特征在于：

在实心芯棒制造过程中先将所述第一内屏蔽电极和所述第二内屏蔽电极嵌入，然后通过螺杆将所述顶端法兰与所述第一内屏蔽电极连接、将所述中间法兰与所述第二内屏蔽电极连接，所述顶端法兰和所述中间法兰分别通过采用胶装连接与所述实心芯棒连接。

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