CN208607311U - 一种电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置 - Google Patents

Abstract

一种电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置，属于高电压设备实验技术领域。该装置包括封闭气室、高压套管、均压环、保护电阻、阻容分压器、高压电源、二次分压箱和示波器，本实用新型采用多个温度传感器控制油温，并自动控制加热装置和油泵的输出功率，保证储油箱中的油和盆式绝缘子的高压电极端和低压电极端达到我们需要的温度，避免高压操作带来的危险，本实用新型可以增加实验条件，有一定的通用性。

Description

一种电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置

技术领域

本实用新型涉及高电压设备实验技术领域，特别涉及一种电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置。

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。

在不同的负载下，正常运行的GIS中心导杆载流发热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。当GIS高压导杆与外壳间存在温度梯度时，绝缘子沿面最大电场强度所在位置将向温度较低的一侧移动，且温度越高绝缘子沿面闪络电压越低。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。因此，基于设备运行时温度分布特性，研究绝缘子电场分布规律，探究电热复合场下绝缘子沿面闪络特性具有重要意义，同时也是当前亟需解决的关键课题之一，符合高压GIS/GIL的发展需求。

目前盆式绝缘子沿面闪络特性实验装置存在许多不足之处，目前大多数绝缘子沿面闪络特性实验装置中没有温度控制系统，不能对电热复合场下盆式绝缘子沿面闪络机理进行研究，只能进行正常温度下的盆式绝缘子沿面闪络机理的研究，并且绝缘子沿面闪络特性实验装置中电源等级不够，不能进行特高压情况下的盆式绝缘子沿面闪络机理的研究。目前有的带有温度控制系统的绝缘子沿面闪络特性实验装置只有一个温度传感器，不能准确的得到绝缘子两端的真实温度。目前大多数绝缘子沿面闪络特性实验装置不能增加实验条件不具备一定的通用性。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型采用多个温度传感器控制油温，并自动控制加热装置和油泵的输出功率，保证储油箱中的油和盆式绝缘子两端达到我们需要的温度，避免高压操作带来的危险，本实用新型可以适用于超高压甚至特高压条件的盆式绝缘子闪络实验，能够进行超高压情况下的盆式绝缘子沿面闪络机理的研究。并且可以实现不同气压、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，并且本发明适用于交流、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，具有一定的通用性。

本实用新型提供了一种电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置，该装置包括封闭气室、高压套管、均压环、保护电阻、阻容分压器、高压电源、二次分压箱和示波器，所述高压套管中导杆的高压端分别电连接保护电阻和阻容分压器的高压端，所述保护电阻的另一端电连接高压电源的高压端，且高压电源的低压端接地，所述阻容分压器的低压端接地，所述阻容分压器的数据输出端电连接二次分压箱的输入端，所述二次分压箱的输出端电连接示波器；

所述封闭气室包括球型底座和密封桶，所述球型底座和密封桶的连接处螺接有法兰，所述球型底座的顶端插接有高压套管的低压端，所述高压套管的顶部高压端套接有均压环，所述高压套管中导杆的低压端固定安装有高压母线，且高压母线的末端固定安装有第一均压罩，所述第一均压罩的右侧壁紧密贴合盆式绝缘子中心处高压电极的右侧端，且盆式绝缘子的低压电极端通过法兰与密封桶连接，所述盆式绝缘子中心处高压电极的左侧端紧密贴合有第二均压罩，所述第二均压罩的左侧壁螺接有水平放置的中空电极，所述中空电极的另一端固定安装有第三均压罩，所述中空电极的外壁上依次螺接有高温流体进管和高温流体出管，所述高温流体进管和高温流体出管的末端连通有高温储油箱，所述密封桶与盆式绝缘子低压电极端的连接处螺接有中空油循环装置，且在该连接处的中空油循环装置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连通有低温储油箱；

所述高温储油箱包括箱体和箱体内的第一加热装置、第一油泵、第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一油泵连接高温流体进管，所述第二温度传感器连接低温流体出管，所述第一加热装置、第一油泵、第一温度传感器和第二温度传感器通过控制线均电连接第一温度控制装置；

所述低温储油箱包括箱体和箱体内的第二加热装置、第二油泵、第三温度传感器和第四温度传感器，所述第二油泵连接低温流体进管，所述第四温度传感器连接低温流体出管，所述第二加热装置、第二油泵、第三温度传感器和第四温度传感器通过控制线均电连接第二温度控制装置。

所述均压环的个数为2个，且两个均压环串联连接。

所述中空油循环装置为在法兰处套接的一个空心圆环。

所述第一温度控制装置和第二温度控制装置均采用温度控制器，且第一加热装置和第二加热装置均是由热电阻构成的加热丝组成。

有益效果：本实用新型采用油浴的方式对盆式绝缘子的高压电极端和低压电极端进行加热来实现温度梯度的变化，以此来模拟实际工程运行时的各种工况下的发热情况。并利用油浴加热的方式，使之具有绝缘的作用，而当流体从高压中空电极流过的时候，保证了绝缘性，保护油泵等其他设施。并且本实用新型采用多个温度传感器控制油温，并自动控制加热装置和油泵的输出功率，保证储油箱中的油和盆式绝缘子的高压电极端和低压电极端达到我们需要的温度，避免高压操作带来的危险，本实用新型可以适用于超高压甚至特高压条件的盆式绝缘子闪络实验，能够进行超高压甚至特高压情况下的盆式绝缘子沿面闪络机理的研究。并且可以实现不同气压、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，并且本发明适用于交流、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，具有一定的通用性。

附图说明

图1为本实用新型的电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型的图1中a处的放大图；

图3为本实用新型的电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置的中空油循环装置的油流动示意图；

图4为本实用新型的电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验的控温流程图；

图5为本实用新型的电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置的自动升压法的调压流程图。

图中：1、封闭气室，2、球型底座，3、密封桶，4、法兰，5、高压套管，6、均压环，7、高压母线，8、第一均压罩，9、盆式绝缘子，10、第二均压罩，11、中空电极，12、第三均压罩，13、中空油循环装置，14、高温流体进管，15、高温流体出管，16、高温储油箱，1601、第一加热装置，1602、第一油泵，1603、第一温度传感器，1604、第二温度传感器，17、第一温度控制装置，18、低温流体进管，19、低温流体出管，20、低温储油箱，2001、第二加热装置，2002、第二油泵，2003、第三温度传感器，2004、第四温度传感器，21、第二温度控制装置，22、保护电阻，23、高压电源，24、阻容分压器，25、二次分压箱，26、示波器。

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电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置，该装置包括封闭气室1、高压套管5、均压环6、保护电阻22、阻容分压器24、高压电源23、二次分压箱25和示波器26，所述均压环6是为了使电场分布的更加均匀，所述高压套管5中导杆的高压端分别电连接保护电阻 22和阻容分压器24的高压端，所述保护电阻22的另一端电连接高压电源23的高压端，且高压电源23的低压端接地，所述阻容分压器24的低压端接地，所述阻容分压器24的数据输出端电连接二次分压箱25的输入端，所述二次分压箱25的输出端电连接示波器26；

如图2，所述封闭气室1包括球型底座2和密封桶3，且封闭气室1能够承受我们实验需求的气压，所述球型底座2和密封桶3的连接处螺接有法兰4，所述球型底座2的顶端插接有高压套管5的低压端，所述高压套管5的顶部高压端套接有均压环6，所述高压套管5中导杆的低压端固定安装有高压母线7，且高压母线7的末端固定安装有第一均压罩8，所述第一均压罩8的右侧壁紧密贴合盆式绝缘子9中心处高压电极的右侧端，且盆式绝缘子9的低压电极端通过法兰4与密封桶3连接，所述盆式绝缘子9中心处高压电极的左侧端紧密贴合有第二均压罩10，所述第二均压罩10的左侧壁螺接有水平放置的中空电极11，所述中空电极11的另一端固定安装有第三均压罩12，所述中空电极11的外壁上依次螺接有高温流体进管14和高温流体出管15，且高温流体进管14和高温流体出管15均为PTFE材料的硬管，并用岩棉包裹，保证了油体保温和绝缘性，并且选择PTFE可以保证高压电极与密封桶3的外壁绝缘，并可以保证在抽真空或罐体内高压时油管不变形。能够承受-60℃～+260℃的温度，所述高温流体进管14 和高温流体出管15的末端连通有高温储油箱16，所述高温储油箱16工作温度在20～100℃，且高温储油箱16采用聚碳酸酯PC塑料，聚碳酸酯PC塑料具有搬运方便、易加工、耐高温的特点，所述高温储油箱16安装在罐体外部，保证了第一加热装置1601对实验结果的影响达到最小，所述密封桶3与盆式绝缘子 9低压电极端的连接处螺接有中空油循环装置13，如图3所示，且在该连接处的中空油循环装置13的外壁上插接有低温流体进管18和低温流体出管19，所述低温流体进管18和低温流体出管19同样均为PTFE材料的硬管，并且可以在一定范围内弯折，所述低温流体进管18和低温流体出管19的末端连通有低温储油箱20，低温储油箱20同样采用聚碳酸酯PC塑料；

所述高温储油箱16包括箱体和箱体内的第一加热装置1601、第一油泵1602、第一温度传感器1603和第二温度传感器1604，所述第一油泵1602连接高温流体进管14，所述第二温度传感器1604连接高温流体出管15，所述第一加热装置 1601、第一油泵1602、第一温度传感器1603和第二温度传感器1604通过控制线均电连接第一温度控制装置17，且第一温度控制装置17位于封闭气室1的外部，便于操作和控制；

所述低温储油箱20包括箱体和箱体内的第二加热装置2001、第二油泵2002、第三温度传感器2003和第四温度传感器2004，所述第二油泵2002连接低温流体进管18，所述第四温度传感器2004连接低温流体出管19，所述第二加热装置 2001、第二油泵2002、第三温度传感器2003和第四温度传感器2004通过控制线均电连接第二温度控制装置21，且第二温度控制装置21位于封闭气室1的外部，便于操作和控制。

为了使电场的电荷量分布的更加均匀，所述均压环6的个数为2个，且两个均压环6串联连接。

所述中空油循环装置13为在法兰4处套接的一个空心圆环，所述圆形空心圆环是用来促进低温储油箱20中的油体流动的。

所述第一温度控制装置17和第二温度控制装置21均采用温度控制器，且第一加热装置1601和第二加热装置2001均是由热电阻构成的加热丝组成，其作用是用来保障加热油的温度，所述第一温度传感器1603、第二温度传感器1604、第三温度传感器2003和第四温度传感器2004主要是由热敏电阻构成，材质主要为金属氧化物陶瓷，是低成本、灵敏度最高的温度传感器，具有体积小，响应时间快等优点，且第一温度传感器1603、第二温度传感器1604、第三温度传感器 2003、第四温度传感器2004的测温范围为-50到200度左右，且第一温度传感器1603和第二温度传感器1604、第三温度传感器2003和第四温度传感器2004 之间两两相互调节，互相参考，从而采集到盆式绝缘子9高压端真正准确的温度。

所述的一种电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置的使用方法，所述方法包括：

步骤1、安装好封闭气室1中的结构，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，用来检测装置的气密性，同时将高压电源23通过保护电组22与高压套管5的高压端相连，将阻容分压器24的高压端与高压套管5的高压端相连，阻容分压器24低压端接地，阻容分压器24的数据输出端与二次分压箱25相连，将经过二次分压箱25降压的信号输入到示波器 26中；

步骤2、将闭气室1中的空气抽真空，并向封闭气室1中一定压力充入一定压力的实验气体，将盆式绝缘子9上加影响盆式绝缘子9闪络特性的因素，并在高温流体进管14和高温流体出管15的末端连通高温储油箱16，并在低温流体进管18和低温流体出管19的末端连通低温储油箱20；

步骤3、在第一温度控制装置17和第二温度控制装置21上设置高温储油箱 16和低温储油箱20中的温度，以及温度所允许的最大差值，高温储油箱16中的温度为20～100℃，低温储油箱20中的温度为20～40℃，而温度1所允许的最大差值根据实际实验的要求设置，然后控制第一温度控制装置17先对高温储油箱16里的油进行预加热，控制第二温度控制装置21将低温储油箱20里的油进行预加热，将高温储油箱16和低温储油箱20中的油加热到设置的温度，如果温度达到要求则第一温度控制装置17和第二温度控制装置21发出停止加热信号，如果温度低于设置的温度值时，第一温度控制装置17和第二温度控制装置 21则会发出开始加热信号，从而保证储油箱中油的温度维持在我们需求的温度范围内；

步骤4、当达到设置温度时，第一温度控制装置17和第二温度控制装置21 控制开启第一油泵1602和第二油泵2002，将加热好的油不地输入中空电极11 中，给盆式绝缘子9的高压电极端和低压电极端加热，而此时第一温度传感器 1603和第二温度传感器1604分别用来采集第一油泵1602输出油的油温和高温流体出管15的回收油温，而第三温度传感器2003和第四温度传感器2004分别用来采集第二油泵2002输出油的油温和低温流体出管19的回收油温，使第一温度控制装置17和第二温度控制装置21分别调节第一油泵1602和第二油泵2002 的输出功率，待盆式绝缘子9的高压电极端和低压电极端温度稳定后，打开示波器26，设置好触发沿以及触发阈值，并采用自动升压法，给盆式绝缘子(9)的高压电极端和低压电机端施加电压，当盆式绝缘子9要发生闪络时，在示波器 26上按下触发按钮；

步骤5、等盆式绝缘子9闪络后，通过示波器26来记录闪络电压和闪络波形；

步骤6、将高压电源23的电压降为0kV后，使用者用接地杆对高压电源23 和阻容分压器24进行放电，然后依次关闭第一加热装置1601、第一油泵1602、第二加热装置2001、第二油泵2002、第一温度控制装置17和第二温度控制装置 21；

步骤7、依次拆除中空油循环装置13、高温流体进管14、高温流体出管15 和密封桶3，观察在缺陷处盆式绝缘子9的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，增强实验结果的说服力；

步骤8、处理掉盆式绝缘子9表面的痕迹，并用无水乙醇擦拭，然后重复步骤1到步骤7，进行下一次实验。

所述第一温度控制装置17的控温流程是通过第一温度传感器1603和第二温度传感器1604来采集高温储油箱16的温度，同时判断采集的温度是否低于最低设置温度值，如果低于最低设置温度值，需计算最低设置温度值与采集温度值间的差值，并根据计算的差值控制第一温度控制装置17发出合适的加热功率信号，如果采集到的温度高于最低设置温度值，则需要判断采集到的温度是否大于最高的温度设置值，若高于最高的温度设置值，需要通过计算最高设置温度值与采集温度值间的温度的差值来控制第一温度控制装置17发出合适的加热功率信号，再进行循环判断，当采集到的温度值正好处于最低设置温度值和最高设置温度值之间，则需要计算第一温度传感器1603和第二温度传感器1604来采集高温储油箱16的温度差值，根据差值使第一温度控制装置17控制第一油泵1602的输出功率，同时输出，以此实现控温，所述第二温度控制装置21的控温过程同上；

采用自动升压法的方式来调节盆式绝缘子9的高压电极端和低压电极端的电压，所述自动升压法是通过测量盆式绝缘子9的高压电极端和低压电极端是否为需要的温度，若盆式绝缘子9的高压电极端和低压电极端的温度不是所需要的温度，调节外部变压器停止给盆式绝缘子9的高压电极端和低压电极端加压，当盆式绝缘子9的高压电极端和低压电极端为需要温度时，调节外部的变压器对盆式绝缘子9的高压电极端和低压电极端加压，并在示波器26上按下触发按钮，判断盆式绝缘子9是否发生闪络，若盆式绝缘子9不闪络，继续测量盆式绝缘子 9的高压电极端和低压电极端的温度，当盆式绝缘子9要发生闪络时，调节变压器将高压电源23的电压降为0kV。

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11的外侧壁安装高温储油箱16和在密封桶3的外底部安装低温储油箱20，通过安装在高温储油箱16和低温储油箱20内的第一加热装置1501和第二加热装置2001对油体进行加热，使其通过第一温度传感器1603、第二温度传感器1604、第三温度传感器2003和第四温度传感器2004达到预设的温度，此时打开第一油泵1602和第二油泵2002,对盆式绝缘子9的高压电极端和低压电极端进行加热，实现温度梯度的变化，并利用自动升压法进行升压，当盆式绝缘子9闪络后，将盆式绝缘子9高压电极端和低压电极端的电压降为零，然后使用者用接地杆对高压电源 23和阻容分压器24进行放电，然后依次关闭第一加热装置1601、第一油泵1602、第二加热装置2001第二油泵2002、第一温度控制装置17和第二温度控制装置 21，然后拆除封闭气室1，观察在缺陷处盆式绝缘子9的表面由于闪络放电而产生的痕迹，并拍照记录。

Claims (4)

1.一种电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置，其特征在于：该装置包括封闭气室(1)、高压套管(5)、均压环(6)、保护电阻(22)、阻容分压器(24)、高压电源(23)、二次分压箱(25)和示波器(26)，所述高压套管(5)中导杆的高压端分别电连接保护电阻(22)和阻容分压器(24)的高压端，所述保护电阻(22)的另一端电连接高压电源(23)的高压端，且高压电源(23)的低压端接地，所述阻容分压器(24)的低压端接地，所述阻容分压器(24)的数据输出端电连接二次分压箱(25)的输入端，所述二次分压箱(25)的输出端电连接示波器(26)；

所述封闭气室(1)包括球型底座(2)和密封桶(3)，所述球型底座(2)和密封桶(3)的连接处螺接有法兰(4)，所述球型底座(2)的顶端插接有高压套管(5)的低压端，所述高压套管(5)的顶部高压端套接有均压环(6)，所述高压套管(5)中导杆的低压端固定安装有高压母线(7)，且高压母线(7)的末端固定安装有第一均压罩(8)，所述第一均压罩(8)的右侧壁紧密贴合盆式绝缘子(9)中心处高压电极的右侧端，且盆式绝缘子(9)的低压电极端通过法兰(4)与密封桶(3)连接，所述盆式绝缘子(9)中心处高压电极的左侧端紧密贴合有第二均压罩(10)，所述第二均压罩(10)的左侧壁螺接有水平放置的中空电极(11)，所述中空电极(11)的另一端固定安装有第三均压罩(12)，所述中空电极(11)的外壁上依次螺接有高温流体进管(14)和高温流体出管(15)，所述高温流体进管(14)和高温流体出管(15)的末端连通有高温储油箱(16)，所述密封桶(3)与盆式绝缘子(9)低压电极端的连接处螺接有中空油循环装置(13)，且在该连接处的中空油循环装置(13)的外壁上插接有低温流体进管(18)和低温流体出管(19)，所述低温流体进管(18)和低温流体出管(19)的末端连通有低温储油箱(20)；

所述高温储油箱(16)包括箱体和箱体内的第一加热装置(1601)、第一油泵(1602)、第一温度传感器(1603)和第二温度传感器(1604)，所述第一油泵(1602)连接高温流体进管(14)，所述第二温度传感器(1604)连接高温流体出管(15)，所述第一加热装置(1601)、第一油泵(1602)、第一温度传感器(1603)和第二温度传感器(1604)通过控制线均电连接第一温度控制装置(17)；

所述低温储油箱(20)包括箱体和箱体内的第二加热装置(2001)、第二油泵(2002)、第三温度传感器(2003)和第四温度传感器(2004)，所述第二油泵(2002)连接低温流体进管(18)，所述第四温度传感器(2004)连接低温流体出管(19)，所述第二加热装置(2001)、第二油泵(2002)、第三温度传感器(2003)和第四温度传感器(2004)通过控制线均电连接第二温度控制装置(21)。

2.根据权利要求1所述的一种电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置，其特征在于，所述均压环(6)的个数为2个，且两个均压环(6)串联连接。

3.根据权利要求1所述的一种电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置，其特征在于，所述中空油循环装置(13)为在法兰(4)处套接的一个空心圆环。

4.根据权利要求1所述的一种电热复合场下绝缘子沿面闪络特性实验装置，其特征在于，所述第一温度控制装置(17)和第二温度控制装置(21)均采用温度控制器，且第一加热装置(1601)和第二加热装置(2001)均是由热电阻构成的加热丝组成。