CN208314123U - 一种极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置 - Google Patents

Abstract

一种极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置，属于高电压设备实验技术领域。该装置包括封闭气室、第一导电杆和均压环、保护电阻、高压电源、测量装置、第一低温制冷设备、第二低温制冷设备、阻容分压器和高压数字电压表，本实用新型采用乙二醇水溶液作为低温循环流体，对高压绝缘子的高压端和低压端进行冷却，在实现温度梯度的同时，用来模拟极寒条件下的各种情况，乙二醇水溶液作为低温循环流体具有绝缘的作用。

Description

一种极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置

技术领域

本实用新型涉及高电压设备实验技术领域，特别涉及一种极寒条件下高压绝缘子沿面闪络试验装置。

背景技术

GIS/GIL设备自20世纪六七十年代开始应用并已广泛运行于世界各地，并在特高压输电及离岸大规模风电输送领域具有巨大应用前景。然而GIS/GIL属于由固体介质和气体介质组成的符合绝缘系统，其内部气-固交界的部分是整个系统绝缘最为薄弱的地方。在一定外施电压的作用下，GIS/GIL内部气-固交界面处往往首先发生沿面放电；随着加压幅值和时间的提高，气-固交界面上的沿面放电可能发展为贯穿性的击穿，产生沿面闪络现象，影响设备的正常运行，甚至导致绝缘事故的发生。因此，研究电介质气固界面闪络特性，对于提高气体绝缘电气设备运行的可靠性具有重要的意义。

我国幅员辽阔，各地气候差异很大，我国东北和西北等地区存在极寒地区，冬季最低气温长时间可低至-40℃以下。电气设备不可避免地要在极寒地区运行。为了保证供电可靠性，电气设备所使用的绝缘材料必须能够满足设备长时间在极寒环境下可靠运行。在GIS/GIL在极寒条件下，其内部会出现零下温度，导致气体及绝缘子温度非均匀分布，导杆与外壳间形成温度差，并随电流升高而增大。在极寒条件下，GIS/GIL设备内部的温度会导致绝缘子表面的温度发生改变，从而使绝缘子的体积电导率、表面电导率以及介电常数发生改变，进一步影响绝缘子的绝缘性能导致绝缘子发生沿面闪络。我国目前对绝缘材料在极寒地区环境下的电气性能研究较少，绝缘材料在低温条件下机械特性和电气特性如何变化尚不清楚，为保证电气设备在极寒地区安全可靠运行，对绝缘材料在极寒条件下的电气性能研究具有重要的现实意义，因此就急需开展在极寒条件下高压绝缘子沿面闪络的实验研究。

目前高压绝缘子沿面闪络实验装置仍存在许多不足之处，只有加热装置没有低温冷却的装置，不能模拟极寒条件下的GIS的实际工况，而且在完全封闭的较大气室中进行实验时，气体使用量大且不能实现不同气压、气体成分条件下闪络实验，闪络用材料固定，不能更换，仅能进行一种电压条件下的闪络实验，不能适用于交流、直流、冲击等多种电压条件下的实验，不具有一定的通用性。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型具有一定通用性，且本实用新型采用去离子水与乙二醇的混合液，以下简称乙二醇水溶液水溶液，作为低温循环流体对高压绝缘子两端的电极进行冷却，用来模拟在极寒条件下运行时的各种情况，乙二醇水溶液作为低温循环流体具有绝缘的作用，保证了从高压中空电极流过时的绝缘性。

本实用新型提供了一种极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置，该装置包括封闭气室、第一导电杆和均压环、保护电阻、高压电源、测量装置、第一低温制冷设备、第二低温制冷设备、阻容分压器和高压数字电压表，所述高压电源的一端接地，另一端依次连接保护电阻和均压环，阻容分压器的高压端连接均压环，接地端进行接地，输出端连接高压数字电压表；

所述封闭气室的侧壁为空心圆柱筒，所述空心圆柱筒的下端开口处铆接有底部盖板，且底部盖板接地，所述空心圆柱筒的上端口处固定密封有密封绝缘子，所述密封绝缘子的中心处贯穿插接有第一导电杆，所述第一导电杆的顶端套接有均压环，

所述测量装置a包括中空电极、第一均压罩、高压绝缘子、低温流体循环圆筒、第二均压罩、第二导电杆和第三均压罩，所述中空电极的底端固定安装有第一均压罩，所述中空电极的顶端螺接第一导电杆，第一均压罩的下端紧密贴合高压绝缘子中部高压端的上表面，高压绝缘子的低压端固定连接在圆筒的内壁上，高压绝缘子中部高压端的下表面依次连接第二均压罩、第二导电杆和第三均压罩；

所述圆筒的底端螺接有支撑杆，支撑杆的下端焊接底部盖板的上表面，所述圆筒与高压绝缘子低压端的连接处螺接圆型空心环，且在该连接处的圆型空心环的外壁上插接有低温流体进管和低温流体出管，所述低温流体进管和低温流体出管的末端穿过底部盖板与第二低温制冷设备连接；

所述中空电极的外壁上开设有上下两个螺孔，分别螺接有高温流体进管和高温流体出管，所述空心圆柱筒的侧壁上设有一开口，该开口通过插接密封盖板进行密封，所述密封盖板上开设有两个水平导出通孔，所述高温流体进管和高温流体出管分别通过两个导出通孔导出各自的末端，所述高温流体进管和高温流体出管的末端均与第一低温制冷设备连接；

所述底部盖板上开设有充气孔，孔内插接有充气管；

所述第一低温制冷设备的内壁固定安装有高温流体箱，所述高温流体箱包括第一水泵和第一温度传感器，且第一水泵固定连接高温流体进管，第一温度传感器固定连接高温流体出管；

所述第二低温制冷设备的内壁固定安装有低温流体箱，所述低温流体箱包括第二水泵和第二温度传感器，且第二水泵固定连接低温流体进管，第二温度传感器固定连接低温流体出管；

所述高温流体箱和低温流体箱内的流体均为去离子水与乙二醇的混合液。

所述充气管的外侧壁固定安装有阀门。

有益效果：本实用新型通过采用较小的封闭气室，可以节省各种气体的使用量，另一方面便于安装，可以实现不同气压、气体成分条件下的闪络实验，包括环保气体等新型气体下的闪络试验，并且本实用新型于适用于交流、直流、冲击等多种电压条件，且闪络用电绝缘子模型可以增加实验条件，如粗糙度，表面特性，金属微粒等，因此本实用新型具有一定通用性，且本实用新型采用乙二醇水溶液作为低温循环流体对高压绝缘子的高压端和低压端进行冷却，在实现温度梯度的同时，用来模拟在极寒条件下的各种情况，乙二醇水溶液作为低温循环流体具有绝缘的作用，保证了从高压中空电极流过时的绝缘性，保护了水泵等其他设施，且低温制冷设备位于封闭气室的外部，大大减小了对实验的影响，同时由于乙二醇的沸点为197.3℃，所以该装置同样可以进行高温条件下绝缘子沿面闪络试验。

附图说明

图1为本实用新型的极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型的图1中测量装置的结构示意图；

图3为本实用新型的极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置的圆型空心环中的油流动示意图；

图4为本实用新型的极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置的自动调压法的调压流程图。

图中：1、封闭气室，2、密封绝缘子，3、第一导电杆，4、均压环，5、中空电极，6、第一均压罩，7、高温流体进管，8、高温流体出管，9、高温流体箱，901、第一水泵，902、第一温度传感器，10、第一低温制冷设备，11、空心圆柱筒，12、密封盖板，13、底部盖板，14、充气孔，15、充气管，16、气阀，17、低温流体进管，18、低温流体进管，19、低温流体箱，1901、第二水泵，1902、第二温度传感器，20、第二低温制冷设备，21、支撑杆，22、圆筒，23、圆型空心环，24、高压绝缘子，25、第二均压罩，26、第二导电杆，27、第三均压罩，28、保护电阻，29、高压电源，30、阻容分压器，31、高压数字表，a、测量装置。

具体实施方式

下面将结合实用新型实施例中的附图，对实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，

如图1，本实用新型提供了一种极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置，该装置包括封闭气室1、第一导电杆3和均压环4、保护电阻28、高压电源29、测量装置a、第一低温制冷设备10、第二低温制冷设备20、阻容分压器30和高压数字电压表31，且第一低温制冷设备10和第二低温制冷设备20可以自由设置温度区间，数码显示，所述阻容分压器30是一种通用型高压测量仪表，可用于电力系统、电器、电子设备制造部门测量工频交流高电压和直流高电压。是由高压测量部分和低压显示仪表构成，且高压数字表31与阻容分压器30配套使用，具有使用方便、显示直观、测量精度高等优点，所述高压电源29的一端接地，另一端依次连接保护电阻28和均压环4，阻容分压器30的高压端连接均压环4，接地端进行接地，输出端连接高压数字电压表31；

如图2，所述封闭气室1的侧壁为空心圆柱筒11，所述空心圆柱筒11的下端开口处铆接有底部盖板13，且底部盖板13接地，所述空心圆柱筒11的上端口处固定密封有密封绝缘子2，所述密封绝缘子2的中心处贯穿插接有第一导电杆3，所述第一导电杆3的顶端套接有均压环4；

所述测量装置a包括中空电极5、第一均压罩6、高压绝缘子24、低温流体循环圆筒22、第二均压罩25、且第一均压罩6和第二均压罩25的材质为铝材料，能够使电压在高压绝缘子24高压侧上均匀分布，第二导电杆26和第三均压罩27，所述中空电极5的顶端螺接第一导电杆3，所述中空电极5的底端固定安装有第一均压罩6，第一均压罩6的下端紧密贴合高压绝缘子24中部高压端的上表面，高压绝缘子24的低压端固定连接在圆筒22的内壁上，高压绝缘子24中部高压端的下表面依次连接第二均压罩25、第二导电杆26和第三均压罩27；

所述圆筒22的底端螺接有支撑杆21，支撑杆21的下端焊接底部盖板13的上表面，所述圆筒22与高压绝缘子24低压端的连接处螺接圆型空心环23，如图3所示，且在该连接处的圆型空心环23的外壁上插接有低温流体进管17和低温流体出管18，低温流体进管17和低温流体出管18均采用PTFE材质的硬管组成，能够承受-60℃～+260℃的温度，符合我们的低温流体-40～0℃的工作温度，所述低温流体进管17和低温流体出管18的末端穿过底部盖板13与第二低温制冷设备20连接；

所述中空电极5的外壁上开设有上下两个螺孔，分别螺接有高温流体进管7和高温流体出管8，符合流体流动规律，便于流体对中空电极进行冷却，高温流体进管7和高温流体出管8均为采用PTFE材质的硬管组成，能够承受-60℃～+260℃的温度，符合我们的高温流体-20～0℃的工作温度，PTFE可以保证高压电极与空心圆柱筒11绝缘，并可以保证抽真空时高温流体进管7和高温流体出管8不变形并可以在一定范围内弯折，所述空心圆柱筒11的侧壁上设有一开口，该开口通过插接密封盖板12进行密封，所述密封盖板12上开设有两个水平导出通孔，所述高温流体进管7和高温流体出管8分别通过两个导出通孔导出各自的末端，所述高温流体进管7和高温流体出管8的末端均与第一低温制冷设备10连接；

所述底部盖板13上开设有充气孔14，孔内插接有充气管15；

所述第一低温制冷设备10的内壁固定安装有高温流体箱9，且高温流体箱9采用聚碳酸酯PC塑料，具有搬运方便、易加工、耐高温的特点，且工作温度在-20～0℃，高温流体箱9放置在第一低温制冷设备10中可以保证第一低温制冷设备10对实验结果的影响达到最小，所述高温流体箱9包括第一水泵901和第一温度传感器902，所述第一温度传感器902主要是由热敏电阻构成，热敏电阻是由金属氧化物陶瓷构成的，是低成本、灵敏度最高的温度传感器，测温范围:温度范围为-50到200度左右，符合设计要求，另外具有体积小，响应时间快等优点，且第一水泵901固定连接高温流体进管7，第一温度传感器902固定连接高温流体出管8；

所述第二低温制冷设备20的内壁固定安装有低温流体箱19，低温流体箱19同样采用聚碳酸酯PC塑料，所述低温流体箱19包括第二水泵1901和第二温度传感器1902，所述第二温度传感器1902同样是由热敏电阻构成，且第二水泵1901固定连接低温流体进管17，第二温度传感器1902固定连接低温流体出管18；

所述高温流体箱9和低温流体箱19内的流体均为去离子水与乙二醇的混合液，其中乙二醇的浓度为60％，其冰点的温度可以达到-48.3℃，由于乙二醇沸点可以达到197.3℃，该装置同样可以进行高温条件下的绝缘子沿面闪络试验，同时乙二醇水溶液作为低温循环流体具有绝缘的作用。

本实用新型中的一种极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置的实验方法包括：

步骤1、将封闭气室1中的空气抽真空，并向封闭气室1中充入具有一定压力的气体，用来检查装置的气密性，同时安装好封闭气室1中的结构，使中空电极5与高温流体进管7和高温流体出管8相连，保证流体进出管和中空电极5以及圆形空心槽23之间的接口不漏液，并将高压绝缘子24贴合圆筒22内壁，并在高压绝缘子24上加上影响绝缘子闪络电压的缺陷因素；

步骤2、将装置抽真空并充入实验气体，并在第一低温制冷设备10和第二低温制冷设备20上分别设置高温流体箱9和低温流体箱19的温度，高温流体箱9的温度设置为-20～0℃，低温流体箱19的温度设置为-40～0℃，且第一低温制冷设备10和第二低温制冷设备20位于封闭气室1的外部，减小对实验的影响，便于操作和控制，设置好后，开启制冷模式，对高温流体箱9和低温流体箱19内的乙二醇水溶液进行制冷，同时用第一温度传感器902和第二温度传感器1902用来分别监测高温流体箱9和低温流体箱19中的温度，当温度高于设置温度时，第一温度传感器902和第二温度传感器1902发出制冷信号，当温度达到设置温度时，第一温度传感器902和第二温度传感器1902分别将温度信号传递给第一低温制冷设备10和第二低温制冷设备20，使得高温流体箱9和低温流体箱19停止制冷，从而保证高温流体箱9和低温流体箱19中乙二醇水溶液的温度为我们需求的温度。从而实现实现极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验的测量；

步骤3、开启第一水泵901和第二水泵1901，将乙二醇水溶液不断的输入中空电极中，给高压绝缘子24的高压端和低压端冷却，实时监测高温流体箱9和低温流体箱19中的乙二醇水溶液温度和第一水泵901与第二水泵1901的工作状态，待高压绝缘子24的电极温度稳定后，采用自动升压法给高压绝缘子24两端施加电压，并用数字高压数字表31实时监测高压绝缘子24两端的电压；

步骤4、等高压绝缘子24闪络后，测得并记录闪络电压，立即将高压电源29降为零；

步骤5、依次关闭第一低温制冷设备10、第二低温制冷设备20、第一水泵901、第二水泵1901；

步骤6、给阻容分压器30进行放电处理；

步骤7、待高压绝缘子24两端和中空电极5的温度恢复成常温后，拆开封闭气室1，观察在缺陷处高压绝缘子24表面由于闪络放电而产生的痕迹，并拍照，确定沿面闪络发生在缺陷处；

步骤8、处理掉高压绝缘子表面的痕迹，再用无水乙醇擦拭，然后把重复步骤1到步骤7，进行下一次实验。

如图4，所述自动升压法是根据高压绝缘子24的高压端和低压端是否为需要的温度，若高压绝缘子24的高压端和低压端的温度不是所需要的温度，调节外部变压器停止给高压绝缘子24的两端加压，当高压绝缘子24的高压端和低压端为需要温度时，调节外部的变压器对高压绝缘子24的高压端和低压端加压，判断高压绝缘子24是否发生闪络，若高压绝缘子24不闪络，则继续高压绝缘子24的高压端和低压端的温度。

工作原理：本实用新型建立了封闭气室1，并通过在中空电极5的外侧壁安装第一低温制冷设备10和在圆筒22的外侧壁安装第二低温制冷设备20，通过安装在第一低温制冷设备10和第二低温制冷设备20内的高温流体箱9和低温流体箱19对流体乙二醇水溶液进行加热，使其通过第一温度传感器902和第二温度传感器1902达到预设的温度，此时打开第一水泵901和第二水泵902,对高压绝缘子24的低压端进行制冷，当高压绝缘子24闪络后，记录表闪络电压，并将高压绝缘子24的高压端和低压端的电压降为零，同时关闭第一低温制冷设备10、第二低温制冷设备20、第一水泵901和第二水泵1901，然后利用阻容分压器30给高压绝缘子24进行放电处理，待高压绝缘子24的高压端和低压端与中空电极5的温度恢复成常温后，拆开封闭气室1，观察在缺陷处高压绝缘子24表面由于闪络放电而产生的痕迹，并拍照，确定沿面闪络发生在缺陷处。

Claims (2)

1.一种极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置，其特征在于：该装置包括封闭气室(1)、第一导电杆(3)和均压环(4)、保护电阻(28)、高压电源(29)、测量装置(a)、第一低温制冷设备(10)、第二低温制冷设备(20)、阻容分压器(30)和高压数字电压表(31)，所述高压电源(29)的一端接地，另一端依次连接保护电阻(28)和均压环(4)，阻容分压器(30)的高压端连接均压环(4)，接地端进行接地，输出端连接高压数字电压表(31)；

所述封闭气室(1)的侧壁为空心圆柱筒(11)，所述空心圆柱筒(11)的下端开口处铆接有底部盖板(13)，且底部盖板(13)接地，所述空心圆柱筒(11)的上端口处固定密封有密封绝缘子(2)，所述密封绝缘子(2)的中心处贯穿插接有第一导电杆(3)，所述第一导电杆(3)的顶端套接有均压环(4)，

所述测量装置(a)包括中空电极(5)、第一均压罩(6)、高压绝缘子(24)、低温流体循环圆筒(22)、第二均压罩(25)、第二导电杆(26)和第三均压罩(27)，所述中空电极(5)的顶端螺接第一导电杆(3)，所述中空电极(5)的底端固定安装有第一均压罩(6)，第一均压罩(6)的下端紧密贴合高压绝缘子(24)中部高压端的上表面，高压绝缘子(24)的低压端固定连接在圆筒(22)的内壁上，高压绝缘子(24)中部高压端的下表面依次连接第二均压罩(25)、第二导电杆(26)和第三均压罩(27)；

所述圆筒(22)的底端螺接有支撑杆(21)，支撑杆(21)的下端焊接底部盖板(13)的上表面，所述圆筒(22)与高压绝缘子(24)低压端的连接处螺接圆型空心环(23)，且在该连接处的圆型空心环(23)的外壁上插接有低温流体进管(17)和低温流体出管(18)，所述低温流体进管(17)和低温流体出管(18)的末端穿过底部盖板(13)与第二低温制冷设备(20)连接；

所述中空电极(5)的外壁上开设有上下两个螺孔，分别螺接有高温流体进管(7)和高温流体出管(8)，所述空心圆柱筒(11)的侧壁上设有一开口，该开口通过插接密封盖板(12)进行密封，所述密封盖板(12)上开设有两个水平导出通孔，所述高温流体进管(7)和高温流体出管(8)分别通过两个导出通孔导出各自的末端，所述高温流体进管(7)和高温流体出管(8)的末端均与第一低温制冷设备(10)连接；

所述底部盖板(13)上开设有充气孔(14)，孔内插接有充气管(15)；

所述第一低温制冷设备(10)的内壁固定安装有高温流体箱(9)，所述高温流体箱(9)包括第一水泵(901)和第一温度传感器(902)，且第一水泵(901)固定连接高温流体进管(7)，第一温度传感器(902)固定连接高温流体出管(8)；

所述第二低温制冷设备(20)的内壁固定安装有低温流体箱(19)，所述低温流体箱(19)包括第二水泵(1901)和第二温度传感器(1902)，且第二水泵(1901)固定连接低温流体进管(17)，第二温度传感器(1902)固定连接低温流体出管(18)；

所述高温流体箱(9)和低温流体箱(19)内的流体均为去离子水与乙二醇的混合液。

2.根据权利要求1所述的一种极寒条件下高压绝缘子沿面闪络实验装置，其特征在于，所述充气管(15)的外侧壁固定安装有阀门(16)。