CN206540969U - 绝缘管型母线电热加速老化试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种绝缘管型母线电热加速老化试验装置，所述试验装置包括支撑架部分、加压部分和温控部分。所述支撑部分用以放置固定绝缘管型母线试样，所述加压部分用以给绝缘管型母线提供高电压，所述温控部分用以实时显示、记录及调节惯性导体内壁温度。本实用新型采用碳纤维石英电热管内加热方式可更真实地模拟绝缘管型母线的运行环境，实验结果更具研究价值；可同时对多根不同规格的绝缘管型母线进行电热加速老化试验，可满足多种电热加速老化试验方案的要求，该电热加速老化试验装置结构设计紧凑合理，空间利用率高，占地面积小，具有较强的实用性和适用性；采用光纤温度传感器可避免高电压对测温带来的影响，提高了温控的精度。

Description

绝缘管型母线电热加速老化试验装置

技术领域

本实用新型涉及绝缘管型母线绝缘水平检测技术领域，具体是一种绝缘管型母线电热加速老化试验装置。

背景技术

随着国民经济的高速发展，整个社会对电力的需求日益增大，变电站主变容量不断加大，变压器低压进线侧的额定电流也在不断加大，常规矩形母线在技术上和结构上越来越难满足母线发热和短路电动力的要求，绝缘管型母线作为一种替代常规矩形母线的新型输电设备，因其具有载流量大、机械强度高、电气绝缘性能强、节省占地空间等显著技术优势而在变电站和大型发电厂等工程领域获得越来越多的应用。

由于目前并没有针对绝缘管型母线的国家、国际标准，加之其在国内的运行经验和经验积累比较少，导致在绝缘管型母线的生产、安装及运行过程中，难免存在诸如内部气隙缺陷、水分渗入缺陷及材料工艺缺陷等的典型缺陷。当在实际运行中通过大电流产生的电热同时作用在绝缘管型母线上时，就会加速这些缺陷的进一步发展，最终导致绝缘管型母线被破坏而引发故障，给变电站及大型发电工程等带来严重的安全隐患。因此，考核应用在变电站和大型发电厂等工程领域的绝缘管型母线的耐电热老化的能力，具有非常重要的现实意义和工程应用价值。

为考核在电应力和热应力双重作用下绝缘结构的耐劣化能力，需要对绝缘结构进行电热老化试验。传统的电热老化试验均在可引入高压线的烘箱内进行，但由于采用大型烘箱进行电热老化试验存在模拟运行环境不真实、试验成本高、老化可靠性低等缺点，因而大型烘箱并不适合作为针对绝缘管型母线的电热老化试验装置。目前也尚未发现有针对绝缘管型母线的电热老化试验装置存在，随着绝缘管型母线在各行业各领域的应用逐渐增多，对其在电应力和热应力双重作用下进行耐老化能力的考核至关重要，因此，需要开发针对绝缘管型母线的电热老化试验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可对绝缘管型母线绝缘进行电热加速老化的试验装置，以及利用该装置模拟绝缘管型母线实际运行状态的试验方法。

为了达到以上目的，本实用新型是采取如下技术方案予以实现的：

一种绝缘管型母线电热加速老化试验装置，包括支撑部分、加压部分以及温控部分，所述支撑部分用以同时放置固定多根绝缘管型母线；所述加压部分包括调压器、高压变压器、引出均压罩和高压端均压罩，调压器和升压变压器用以给试样提供高电压，通过调节调压器T可提供满足试验要求的电压，引出均压罩和高压端均压罩分设绝缘管型母线两端，高压端均压罩通过其中心凹陷处的接线孔连接升压变压器的高压引出端；所述温控部分包括碳纤维石英电热管、光纤温度传感器、控制箱、计算机，安装固定在绝缘管型母线内部中心位置，光纤温度传感器贴合于绝缘管型母线内壁，与光纤温度传感器连接的传输光纤和与碳纤维石英电热管连接的电源线与控制箱连接，控制箱用于将光纤温度传感器检测的温度实时显示，并根据计算机预设的温度调节碳纤维石英电热管的工作状态以满足测试温度要求。

进一步的，引出均压罩和高压端均压罩的一端插入绝缘管型母线管型导体内部，另一端外扣在绝缘管型母线端部管型导体上。

进一步的，所述温控部分还包括引出陶瓷管、支撑陶瓷管，碳纤维石英电热管通过引出陶瓷管和支撑陶瓷管固定在绝缘管型母线管型导体内部，引出陶瓷管和支撑陶瓷管分别安装于引出均压罩和高压端均压罩。

进一步的，碳纤维石英电热管的电源线通过引出陶瓷管引出连接在控制箱对应光纤的输出通道上，引出陶瓷管管壁上有一长条孔用以引出光纤温度传感器的传输光纤，所述传输光纤通过引出陶瓷管引出连接在控制箱传感器通道上。

进一步的，引出陶瓷管和支撑陶瓷管安装固定碳纤维石英电热管的一端均有一个和绝缘管型母线管型导体内壁配合的陶瓷支架。

进一步的，所述支撑部分包括底座、相对安装于底座上的两个立板，相两个立板用连接杆连接，两个立板上对称安装有水平的托架条，托架条上装有相互配合以夹紧绝缘管型母线的固定钳口和活动钳口。

进一步的，控制箱包括单片机、电源模块、A/D转换模块、多通道调制解调模器、继电器开关和通信模块，碳纤维石英电热管通过继电器开关与外部电源连接，继电器开关的控制端与单片机连接，计算机通过控制箱中单片机控制继电器开关状态进而控制碳纤维石英电热管的工作状态，与光纤温度传感器连接的传输光纤与多通道调制解调模器的输入端连接，多通道调制解调模器的输出端通过A/D转换模块与单片机连接，单片机通过通信模块与计算机连接，用来设定温度、显示和记录温度。

进一步的，引出均压罩和高压端均压罩插入端径向设有多个切口，当引出均压罩和高压端均压罩插入绝缘管型母线管型导体内部时切口会弹性收缩以保证其与管型导体内部良好接触。

进一步的，光纤温度传感器一面和绝缘管型母线管型导体内壁贴合，另一面覆盖一层高温棉后用铜箔胶带贴在绝缘管型母线的铜导体内壁上。

本实用新型提出的绝缘管型母线电热老化试验装置的优点是：

1、采用了碳纤维石英电热管内加热方式，一是可更真实地模拟绝缘管型母线的运行环境，实验结果更具研究价值；二是具有升温快、热惯性小、耐高温、电气性能稳定、使用寿命长、电热转换效率高的特点，比一般的加热元件至少可以节能30％；

2、可同时对多根不同规格的绝缘管型母线进行电热加速老化试验，可满足多种电热加速老化试验方案的要求，此外，该电热加速老化试验装置结构设计紧凑合理，空间利用率高，占地面积小，具有较强的实用性和适用性；

3、采用光纤温度传感器，其基于光信号传送信息，具有良好的电绝缘性、抗电磁干扰、耐高电压等优势特征，可避免高电压对测温带来的影响，提高了温控的精度；同时具有更高的安全性；

附图说明

图1为本实用新型绝缘管型母线电热加速老化试验装置其中一个实施例的立体结构示意图；

图2为图1中试验装置的分解结构示意图；

图3为本实用新型绝缘管型母线电热加速老化试验装置的工作原理图；

图4为绝缘管型母线试样的径向截面图；

图5(a)为已完成相关辅助附件安装的绝缘管型母线的结构图；图5(b)为轴向剖面图；

图6为图5(b)的结构分解图；

图7为本实用新型试验装置中控制箱的结构原理图；

图8为本实用新型试验装置的使用状态图。

图1～图8中：1—托架条；2—活动钳口；3—固定钳口；4—立板；5—立板安装座；6—底板；7—连接杆；8—底座；9—支脚；10—控制箱；11—螺钉；12—绝缘管型母线；13—引出均压罩；14—高压端均压罩；15—碳纤维石英电热管；16—引出陶瓷管；17—支撑陶瓷管；18—陶瓷支架；19—高温棉；20—铜箔胶带；21—光纤温度传感器；22—计算机；121—铜导体、122—内屏蔽层、123—主绝缘层、124—外屏蔽层、125—接地屏蔽层、126—外护套；AT—调压器；T—升压变压器；R—保护电阻；C—耦合电容。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1～7，本实用新型提供一种绝缘管型母线电热加速老化试验装置，包括支撑部分、加压部分以及温控部分。

支撑部分包括托架条1、活动钳口2、固定钳口3、立板4、立板安装座5、底板6、连接杆7、底座8、支脚9、螺钉1。

底座8的底面分别螺纹安装四个支脚9，可通过调节支脚9高低调平底座8，底座8和两个底板6、立板安装座5用螺钉11连接在一起，立板4安装在立板安装座5上，相对的两个立板4之间用连接杆7连接在一起。两个立板4上对称(即在同一高度)安装有水平的托架条1，每个立板4上托架条1安装的个数和间距根据实际需要设计。

托架条1上装有固定钳口3和活动钳口2，固定钳口3和活动钳口2之间的空间用于放置绝缘管型母线12，可通过调节活动钳口2与固定钳口3之间的间距以满足放置不同外径绝缘管型母线12的要求。

参考图3-5，加压部分用以给试样加高电压，包括调压器AT、高压变压器T、引出均压罩13、高压端均压罩14、引出陶瓷管16和支撑陶瓷管17，调压器AT和升压变压器T用以给试样提供高电压，通过调节调压器AT即可提供满足试验要求的电压。

引出均压罩13和高压端均压罩14均为铝材制成，分设绝缘管型母线12两端，引出均压罩13或高压端均压罩14的一端插入绝缘管型母线12管型导体内部，另一端外扣在绝缘管型母线12端部管型导体上，插入内孔端比绝缘管型母线12管型导体内径大1mm，在引出均压罩13和高压端均压罩14插入端径向设有6个切口，当引出均压罩13和高压端均压罩14插入绝缘管型母线管型导体内部时切口会弹性收缩以保证其与管型导体内部良好接触。高压端均压罩14中心凹陷处设有接线孔以连接升压变压器T高压引出端，8根绝缘管型母线12的高压端均压罩14并联接在升压变压器T高压引出端上，8根绝缘管型母线12的接地屏蔽层并联接地。

参考图5(a)、图5(b)、图6和图7，温控部分用以实时显示、记录及调节管型导体温度，包括碳纤维石英电热管15、光纤温度传感器21(例如单点式荧光型光纤温度传感器)、引出陶瓷管16、支撑陶瓷管17、陶瓷支架18、控制箱10、计算机22。其中，碳纤维石英电热管15通过引出陶瓷管16和支撑陶瓷管17固定在绝缘管型母线12管型导体内部，碳纤维石英电热管15的电源线通过引出陶瓷管16引出连接在控制箱10对应光纤的输出通道上，控制箱10共有8个通道分别和8个碳纤维石英电热管15相连接，以内加热方式将管型导体加热试验所需温度。引出陶瓷管16插装在引出均压罩13中间孔中，引出陶瓷管16管壁上有一长条孔用以引出光纤温度传感器21的传输光纤；传输光纤引出后连接在控制箱10的传感器通道上；支撑陶瓷管17一端用以支撑碳纤维石英电热管15，另一端装在高压端均压罩14上。

引出陶瓷管16和支撑陶瓷管17安装固定碳纤维石英电热管15的一端均有一个和绝缘管型母线12管型导体内壁配合的陶瓷支架18；控制箱10包括单片机、电源模块、A/D转换模块、多通道调制解调模器、继电器开关和通信模块，碳纤维石英电热管15通过继电器开关与外部电源连接，继电器开关的控制端与单片机连接，计算机22通过控制箱10中单片机控制继电器开关状态进而控制碳纤维石英电热管15的工作状态，与光纤温度传感器21连接的传输光纤与多通道调制解调模器的输入端连接，多通道调制解调模器的输出端通过A/D转换模块与单片机连接，单片机通过通信模块与计算机22连接，用来设定温度、显示和记录温度。

参考图4，光纤温度传感器21一面和绝缘管型母线12管型导体内壁贴合，另一面覆盖一层高温棉19后用耐温180℃的铜箔胶带20贴在绝缘管型母线12的铜导体121内壁上。在光纤温度传感器12周围覆盖一层高温棉可防止红外热量直接加热光纤温度传感器21，使光纤温度传感器21只测量绝缘管型母线12的铜导体121内壁的温度，外侧贴铜箔可防止红外光透过对光纤探头荧光的影响，光纤温度传感器21通过贴在绝缘管型母线12的铜导体121内壁上的传输光纤与控制箱10上的通道连接。绝缘管型母线12试样由内而外依次是铜导体121、内屏蔽层122、主绝缘层123、外屏蔽层124、接地屏蔽层125及外护套125。

参考图7，控制箱10工作过程为：在计算机22上设定温度后通过通信模块写入单片机，多通道调制解调模器发出激励光经光纤传入，光纤温度传感器21的光纤传感头端部受激励光激发而发射荧光,荧光信号由光纤导出,并通过光纤耦合器进入多通道调制解调模器，在多通道调制解调模器内经过经放大后由荧光信号处理系统处理,计算荧光寿命并输出0-5V的电压信号，电压信号经过A/D转换模块转换为数字信号并送入单片机的寄存器，单片机在工作周期内按顺序读取8个寄存器的数字信号并与设定的温度进行比较来控制继电器开关，同时将读取到的温度信号经由通信模块传入计算机22进行显示。

参考图8，由图1所示电热加速老化试验装置仅作为电热加速老化试验的一个试验平台，该单元可同时对8根绝缘管型母线12进行电热加速老化试验，绝缘管型母线12试样的长度介于在1m到2m范围之间，外径没有限制，可通过调节活动钳口来满足不同外径绝缘管型母线12的固定；若绝缘管型母线试样长度大于2m时，可将2个及以上这种电热加速老化试验装置组合在一起使用即可，但此时需要更换碳纤维石英电热管的规格。

采用上述试验装置进行绝缘管型母线的电热老化试验，具体包括下述步骤：

(1)在试验前将8根绝缘管型母线12端部预处理，使端部铜导体121、内屏蔽层122、主绝缘层123、外屏蔽层124、接地屏蔽层125及外护套126由内向外呈阶梯状，以取12KV4000A绝缘管型母线作为试验试样，并截取长度1.5m，两端分别剥离出150mm一段铜导体，尤其保证绝缘管型母线12两端的外屏蔽层124剥掉一部分，露出不少于100mm绝缘，以防止在加压过程中管型导体高压处与接地屏蔽层125接地处出现沿面爬闪；

(2)将预处理过的绝缘管型母线12放置在试验装置托架条1上前，将光纤温度传感器21及传输光纤通过双导铜胶带贴在绝缘管型母线12的铜导体121内壁上，并将碳纤维石英电热管15通过支撑陶瓷管17、引出陶瓷管16、陶瓷支架18、引出均压罩13、高压端均压罩14安装固定在绝缘管型母线12管型导体内部中心位置，完毕后再将传输光纤和碳纤维石英电热管15的电源线从引出陶瓷管16中引出分别接到控制箱10相应的通道上；此外，碳纤维石英电热管15采用外经为￠15mm，长度1000mm，功率3000KW，电热管壁最高温度500℃的碳纤维石英电热管，光纤温度传感器21采用温度范围-40℃-250℃，精度0.1℃采样频率20HZ，探头直径1mm,输出电压0-5V的单点式荧光型光纤温度传感器。

(3)初步调节托架条1上的活动钳口2的位置，并分别将8根绝缘管型母线12试样放置在托架上固定钳口3和活动钳口2之间，并滑动活动钳口2固定夹紧绝缘管型母线12，并将控制箱10放置在试验装置支撑部分的底板6上；

(4)通过调压器AT、升压变压器T、保护电阻R和耦合电容C组成可调交流高压源，并将升压变压器T的高压引出端连接到绝缘管型母线12上，即将8根绝缘管型母线12高压端均压罩14中心凹陷处接线孔并联连接在高压引出端，根据绝缘管型母线12试样规格设置不同的接入电压等级，并将接地线分别从8根绝缘管型母线12端部接地屏蔽层125台阶处引出并联接地；

(5)将控制箱10通过通信模块(例如RS485通讯模块)和计算机22相连，用以设定温度、显示和记录温度，并完成相应控制工作；

(6)控制箱10通过对比绝缘管型母线12的铜导体121内壁上光纤温度传感器21反馈的数据，通过继电器开关联合调节各绝缘管型母线12中碳纤维石英电热管15的工作状态，以保证各绝缘管型母线12管型导体内壁温度在要求温度范围内上下浮动不超过1℃

通过控制箱10完成绝缘管型母线12试样管型导体内壁的“恒温模式”，既可以实现同一批绝缘管型母线12管型导体内壁温度恒定在相同的温度(例如：120℃，130℃，155℃，180℃等温度中一个)的下，也可以实现同一批绝缘管型母线12管型导体内壁温度分别恒定在不同的温度(例如：根据绝缘材料的不同，同一批次多根绝缘管型母线12管型导体内壁温度可分别恒定在110℃、120℃，130℃，140℃，150℃、160℃、170℃、180℃等温度)下。

本实用新型绝缘管型母线电热加速老化试验装置可以适用于长度在1m到2m范围之间的绝缘管型母线，当绝缘管型母线试样长度大于2m时，可将2个及以上这种电热加速老化试验装置组合在一起使用即可，但此时根据需要更长的碳纤维石英电热管。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种绝缘管型母线电热加速老化试验装置，其特征在于：包括支撑部分、加压部分以及温控部分，

所述支撑部分用以同时放置固定多根绝缘管型母线(12)；

所述加压部分包括调压器(AT)、高压变压器(T)、引出均压罩(13)和高压端均压罩(14)，调压器(AT)和升压变压器(T)用以给试样提供高电压，通过调节调压器T可提供满足试验要求的电压，引出均压罩(13)和高压端均压罩(14)分设绝缘管型母线(12)两端，高压端均压罩(14)通过其中心凹陷处的接线孔连接升压变压器(T)的高压引出端；

所述温控部分包括碳纤维石英电热管(15)、光纤温度传感器(21)、控制箱(10)、计算机(22)，碳纤维石英电热管(15)安装固定在绝缘管型母线(12)内部中心位置，光纤温度传感器(21)贴合于绝缘管型母线(12)内壁，与光纤温度传感器(21)连接的传输光纤和与碳纤维石英电热管(15)连接的电源线与控制箱(10)连接，控制箱(10)用于将光纤温度传感器(21)检测的温度实时显示，并根据计算机(22)预设的温度调节碳纤维石英电热管(15)的工作状态以满足测试温度要求。

2.如权利要求1所述的绝缘管型母线电热加速老化试验装置，其特征在于：引出均压罩(13)和高压端均压罩(14)的一端插入绝缘管型母线(12)管型导体内部，另一端外扣在绝缘管型母线(12)端部管型导体上。

3.如权利要求1所述的绝缘管型母线电热加速老化试验装置，其特征在于：所述温控部分还包括引出陶瓷管(16)、支撑陶瓷管(17)，碳纤维石英电热管(15)通过引出陶瓷管(16)和支撑陶瓷管(17)固定在绝缘管型母线(12)管型导体内部，引出陶瓷管(16)和支撑陶瓷管(17)分别安装于引出均压罩(13)和高压端均压罩(14)。

4.如权利要求3所述的绝缘管型母线电热加速老化试验装置，其特征在于：碳纤维石英电热管(15)的电源线通过引出陶瓷管(16)引出连接在控制箱(10)对应光纤的输出通道上，引出陶瓷管(16)管壁上有一长条孔用以引出光纤温度传感器(21)的传输光纤，所述传输光纤通过引出陶瓷管(16)引出连接在控制箱(10)传感器通道上。

5.如权利要求3所述的绝缘管型母线电热加速老化试验装置，其特征在于：引出陶瓷管(16)和支撑陶瓷管(17)安装固定碳纤维石英电热管(15)的一端均有一个和绝缘管型母线(12)管型导体内壁配合的陶瓷支架(18)。

6.如权利要求1所述的绝缘管型母线电热加速老化试验装置，其特征在于：所述支撑部分包括底座(8)、相对安装于底座(8)上的两个立板(4)，相两个立板(4)用连接杆(7)连接，两个立板(4)上对称安装有水平的托架条(1)，托架条(1)上装有相互配合以夹紧绝缘管型母线(12)的固定钳口(3)和活动钳口(2)。

7.如权利要求1所述的绝缘管型母线电热加速老化试验装置，其特征在于：控制箱(10)包括单片机、电源模块、A/D转换模块、多通道调制解调模器、继电器开关和通信模块，碳纤维石英电热管(15)通过继电器开关与外部电源连接，继电器开关的控制端与单片机连接，计算机(22)通过控制箱(10)中单片机控制继电器开关状态进而控制碳纤维石英电热管(15)的工作状态，与光纤温度传感器(21)连接的传输光纤与多通道调制解调模器的输入端连接，多通道调制解调模器的输出端通过A/D转换模块与单片机连接，单片机通过通信模块与计算机(22)连接，用来设定温度、显示和记录温度。

8.如权利要求1所述的绝缘管型母线电热加速老化试验装置，其特征在于：引出均压罩(13)和高压端均压罩(14)插入端径向设有多个切口，当引出均压罩(13)和高压端均压罩(14)插入绝缘管型母线管型导体内部时切口会弹性收缩以保证其与管型导体内部良好接触。

9.如权利要求1所述的绝缘管型母线电热加速老化试验装置，其特征在于：光纤温度传感器(21)一面和绝缘管型母线(12)管型导体内壁贴合，另一面覆盖一层高温棉(19)后用铜箔胶带(20)贴在绝缘管型母线(12)的铜导体(121)内壁上。