CN209590201U - 一种盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置 - Google Patents

Abstract

一种盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，属于高压输电线路和绝缘技术领域。所述盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，包括试验罐体、高压套管、直流试验系统和拍摄模块，所述从左至右依次分为第一气室、第二气室、第三气室和第四气室，所述第一气室的上部与高压套管的一端连接，所述高压套管的另一端与直流试验系统连接，拍摄模块包括高速摄像机、两个第一直角三棱镜、两个第二直角三棱镜和两个平面镜。所述盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，能更好地观测直流高压下盆式绝缘子沿面闪络的具体位置和放电形态，既能减少同步图像采集触发设备的投入、节约成本，又能避免图像采集对应带来的测量误差。

Description

一种盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置

技术领域

本实用新型涉及高压输电线路和绝缘技术领域，特别涉及一种盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置。

背景技术

GIS设备因其运行可靠、所占空间小等优点已被广泛应用于世界各地电力领域，但是对于这类由气体和固体绝缘介质组成的复合绝缘系统，因为绝缘子沿面闪络时的所需电场强度通常低于固体绝缘和气体绝缘自身的耐电强度，因此固体沿面绝缘问题便成为绝缘系统中的薄弱环节。对于一个合格的盆式绝缘子来说，沿面闪络一般不会导致绝缘子的永久性破坏，发生沿面击穿后，绝缘子的绝缘性能可以在短时间内恢复。然而国内外的大量实例表明，绝缘子的沿面闪络会引起电气设备损坏或导致电力系统大面积停电。

大量学者通过实验和仿真等方法，已经对绝缘子的沿面闪络过程有了初步的了解。当间隙中存在绝缘介质时，击穿过程与空气间隙的过程大致是一致的，但需要考虑绝缘介质的影响。空气间隙的击穿过程是：在电场的作用下，间隙中的有效初始电子发生碰撞电离并形成电子崩，电子崩头部发生光电离，形成二次电子崩，并发展成流注，之后根据间隙长短的不同，会发生火花发电或电弧放电或进一步形成先导通道，并引起间隙击穿。对于绝缘子来说，闪络将沿着绝缘子的介质表面发展，放电通常会在空气-电极-绝缘子的三重点产生，并沿着绝缘子表面发展，由流注转化为先导，最后发展为闪络，同时伴随着气体分子的电离和光子的发射。GIS的运行经验和理论分析表明，沿GIS支撑绝缘子的沿面闪络是一种常见的故障，为保证我国电网运行的安全可靠性，提高我国GIS设备自主制造水平和运行能力，对绝缘子沿面放电现象的研究有着重要的理论和实际意义。为观察盆式绝缘子沿面闪络现象，现有技术通常采用多个摄像机同时对盆式绝缘子沿面进行拍摄，这种方法不仅会造成资源的浪费，更会使图像采集时出现测量误差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的实验装置成本高、测量误差大等技术问题，本实用新型的目的是提供一种盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，能更好地观测直流高压下盆式绝缘子沿面闪络的具体位置和放电形态，既能减少同步图像采集触发设备的投入、节约成本，又能避免图像采集对应带来的测量误差。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，包括试验罐体、高压套管、直流试验系统和拍摄模块；

所述试验罐体水平设置，试验罐体内通过从左至右依次设置的第一盆式绝缘子、第二盆式绝缘子和第三盆式绝缘子将试验罐体从左至右依次分为第一气室、第二气室、第三气室和第四气室，所述第一气室的上部与高压套管的一端连接，所述高压套管的另一端与直流试验系统连接，高压套管的内部竖直设置有第一中心导杆，所述第一中心导杆的下端伸入到试验罐体内与第二中心导杆连接，所述第二中心导杆水平设置在试验罐体的中心，且分别与第一盆式绝缘子、第二盆式绝缘子和第三盆式绝缘子连接，所述第二气室、第三气室和第四气室的上部分别设置有充气阀，试验罐体还设置有两个第一观察窗、两个第二观察窗和一个第三观察窗，所述两个第一观察窗对称设置在第三气室的两侧壁，所述两个第二观察窗对称设置在第四气室的两侧壁，所述第三观察窗设置在试验罐体靠近第四气室一侧的端部；

所述拍摄模块包括高速摄像机、两个第一直角三棱镜、两个第二直角三棱镜和两个平面镜，所述高速摄像机安装在第三观察窗的正前方，所述两个第一直角三棱镜对称设置在第三气室的内部，且两个第一直角三棱镜的斜面相对设置，所述两个第二直角三棱镜对称设置在第三气室的外部，且两个第二直角三棱镜的斜面相背设置，两个第一直角三棱镜和两个第二直角三棱镜设置在同一水平直线方向上，所述两个平面镜对称设置在第四气室的外部。

所述两个第一直角三棱镜和两个第二直角三棱镜均分别靠近邻近的第一观察窗，用以使第三盆式绝缘子内表面的图像通过第一观察窗折射至高速摄像机，所述两个平面镜均分别靠近邻近的第二观察窗，用以使第三盆式绝缘子外表面的图像通过第二观察窗折射至高速摄像机。

所述第三气室内对称设置有两个绝缘支架，所述绝缘支架与试验罐体固定连接，一个绝缘支架与一个第一直角三棱镜连接，另一个绝缘支架与另一个第一直角三棱镜连接。

所述绝缘支架为L形结构，且绝缘支架设置在第一直角三棱镜远离第三盆式绝缘子的一侧。

所述第二中心导杆靠近第三盆式绝缘子的一端设有屏蔽罩，所述屏蔽罩位于第四气室。

所述第一盆式绝缘子开设有通孔，用以使第一气室和第二气室的气压相同。

所述第三盆式绝缘子根据需要选用各种型号的盆式绝缘子。

所述第一观察窗、第二观察窗和第三观察窗均安装有耐压石英玻璃。

所述第一直角三棱镜和第二直角三棱镜的斜面均镀光学金属膜。

上述盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、在第三气室内部安装两个第一直角三棱镜；

步骤二、检查试验装置的各部分设备是否完好和试验罐体的气密性是否良好；

步骤三、采用抽真空充气装置通过充气阀分别将第一气室、第二气室、第三气室和第四气室抽取真空并充入绝缘气体至所需压强，关闭充气阀；

步骤四、在试验罐体外部安装高速摄像机、两个第二直角三棱镜和两个平面镜，并调整角度，使第三盆式绝缘子内、外表面的图像完整地呈现在高速摄像机的拍摄范围中；

步骤五、接通直流试验系统，对试验装置进行缓慢加压，当第三盆式绝缘子沿面有闪络放电发生时，开始缓慢降压，在电压降为零之后，关闭高速摄像机，并断开直流试验系统。

本实用新型的有益效果：

(1)盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置能够观测不同绝缘气体下的盆式绝缘子的沿面闪络放电现象；

(2)盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置能够观测不同气压下的盆式绝缘子的沿面闪络放电现象；

(3)试验罐体由实际GIS气室改装而成，具有实际意义；

(4)本试验装置通过多个直角三棱镜和平面镜配合，能够观测第三盆式绝缘子内外表面的放电现象，使得结果更准确，对第三盆式绝缘子表面的进行全面观测，不仅减少了使用高速摄像机的数量，节约了成本，还能够避免多个方向图像采集信号不同步导致的测量误差；

(5)本试验装置能够观测各种型号的盆式绝缘子。

(6)采用高速摄像机，不仅可以观测第三盆式绝缘子的表面闪络放电现象，也可对闪络放电前的局部放电现象进行捕捉，局部放电是闪络放电的先兆和表现形式，使试验结果更加完整。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供的试验装置拍摄原理的示意图；

图3本实用新型图2中a、b、c、d和e的屏幕视野示意图。

其中，

1、第一气室，2、第二气室，3、第三气室，4、第四气室，5、直流试验系统，6、保护电阻，7、阻容分压器，8-1、第一盆式绝缘子，8-2、第二盆式绝缘子，9、第三盆式绝缘子，10、高压套管，11-1、第一观察窗，11-2、第二观察窗，11-3、第三观察窗，12、通孔，13、充气阀，14-1、第一直角三棱镜，14-2、第二直角三棱镜，15、绝缘支架，16平面镜，17、高速摄像机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“一端”、“另一端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图3所示，本实用新型提供了一种盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，包括试验罐体、高压套管10、直流试验系统5和拍摄模块；

试验罐体水平设置，试验罐体内通过从左至右依次设置的第一盆式绝缘子8-1、第二盆式绝缘子8-2和第三盆式绝缘子9将试验罐体从左至右依次分为第一气室1、第二气室2、第三气室3和第四气室4，第一气室1的上部与高压套管10的一端连接，高压套管10的另一端与直流试验系统5连接，高压套管10的内部竖直设置有第一中心导杆，第一中心导杆的下端伸入到试验罐体内与第二中心导杆连接，第二中心导杆水平设置在试验罐体的中心，且分别与第一盆式绝缘子8-1、第二盆式绝缘子8-2和第三盆式绝缘子9连接，第二气室2、第三气室3和第四气室4的上部分别设置有充气阀13，试验罐体还设置有两个第一观察窗11-1、两个第二观察窗11-2和一个第三观察窗11-3，两个第一观察窗11-1对称设置在第三气室3的两侧壁，两个第二观察窗11-2对称设置在第四气室4的两侧壁，第三观察窗11-3设置在试验罐体靠近第四气室4一侧的端部；

拍摄模块包括高速摄像机17、两个第一直角三棱镜14-1、两个第二直角三棱镜14-2和两个平面镜16，高速摄像机17安装在第三观察窗11-3的正前方，两个第一直角三棱镜14-1对称设置在第三气室3的内部，且两个第一直角三棱镜14-1的斜面相对设置，两个第二直角三棱镜14-2对称设置在第三气室3的外部，且两个第二直角三棱镜14-2的斜面相背设置，两个第一直角三棱镜14-1和两个第二直角三棱镜14-2设置在同一水平直线方向上，两个平面镜16对称设置在第四气室4的外部。

本实施例中，如图1所示，试验罐体为圆柱形罐体，第二中心导杆设置在试验罐体的对称中心处，第二中心导杆为L形，第一中心导杆为直杆形，第一中心导杆与第二中心导杆垂直连接，水平设置的第二中心导杆穿过第一盆式绝缘子8-1和第二盆式绝缘子8-2与第三盆式绝缘子9连接，第二中心导杆与第三盆式绝缘子连接的一端设有椭圆形屏蔽罩，屏蔽罩位于第四气室4。高压套管10由硅橡胶材料制成且竖直设置，供高压导体通过，起支撑与绝缘的作用，第一气室1的上部与高压套管10垂直连接。如图1所示，第二气室2、第三气室3和第四气室4的上部分别设置有金属端盖，每个金属端盖上安装有充气阀13，充气阀13包括球体和阀座，用于抽充气体，充气阀13材料为不锈钢，在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀，而且适用范围广，充气阀13选用能够符合压强等级的充气阀，本实施例所用充气阀13由河南平高集团针对本次试验专门设计而成。充气阀13在抽气和充气时与抽真空充气装置连接，用于抽气和充气。如图1和图2所示，两个第一观察窗11-1、两个第二观察窗11-2和第三观察窗11-3均设置在同一水平高度，且开设在试验罐体的侧壁中部位置。如图2所示，每个第一直角三棱镜14-1的一个直角面与第二中心导杆垂直，其另一个直角面与第二中心导杆平行且靠近邻近的第一观察窗11-1，每个第一直角三棱镜14-1与第三盆式绝缘子9之间的直线距离均为20～35cm，本实施例中直线距离30cm时为最佳位置；每个第二直角三棱镜14-2的一个直角面与第二中心导杆垂直，其另一个直角面与第二中心导杆平行，每个第二直角三棱镜14-2与试验罐体之间的直线距离均为40～50cm，本实施例中直线距离45c m时为最佳位置，两个第二直角三棱镜14-2和两个平面镜16均通过支架设置在试验罐体外部；第一直角三棱镜14-1和第二直角三棱镜14-2均为45度等腰直角三棱镜，且长*宽*高的尺寸均为70mm*70mm*70mm；每个平面镜16与试验罐体之间的直线距离为15～25cm，本实施例中直线距离20cm时为最佳位置，且每个平面镜16与第二中心导杆方向的夹角为25～35度，本实施例中夹角30度时为最佳位置；高速摄像机17到第三观察窗11-3的直线距离为75～85cm，用以使所有被采集图像均呈现在屏幕范围内，本实施例中直线距离80cm时为最佳位置。

本实用新型中，高速摄像机17采用广角镜头，能够满足整个试验装置成像多、范围广的需要。本实施例中采用的直流试验系统5型号为±1200kV/50mA直流电压发生器，其包含电压发生器本体、保护电阻6、阻容分压器7、接地开关和测量控制系统，此系统额定电压为1200kV，额定电流50mA，回路保护电阻6总阻值70MΩ，由14只20MΩ/300W R180无感电阻两两并联然后串联而成，用于限制回路电流以保护回路中其他设备不被损坏，阻容分压器7由高压部分和低压仪表组成，高压部分的分压器分压比可调，低压部分的数字存储示波器用于采集试品放电时的电压波形，确定闪络及击穿电压。

两个第一直角三棱镜14-1和两个第二直角三棱镜14-2均分别靠近邻近的第一观察窗11-1，用以使第三盆式绝缘子9内表面的图像通过第一观察窗11-1折射至高速摄像机17，两个平面镜16均分别靠近邻近的第二观察窗11-2，用以使第三盆式绝缘子9外表面的图像通过第二观察窗11-2折射至高速摄像机17。本实施例中，如图1和图2所示，第三盆式绝缘子9的内表面位于第三气室3，其外表面位于第四气室4。

第三气室3内对称设置有两个绝缘支架15，绝缘支架15与试验罐体固定连接，一个绝缘支架15与一个第一直角三棱镜14-1连接，另一个绝缘支架15与另一个第一直角三棱镜14-1连接。绝缘支架15为L形结构，且绝缘支架15设置在第一直角三棱镜14-1远离第三盆式绝缘子的一侧。本实施例中，两个绝缘支架15是以第二中心导杆为对称轴的对称，每个绝缘支架15分别与第一直角三棱镜14-1通过绝缘板粘接。

第二中心导杆靠近第三盆式绝缘子的一端设有屏蔽罩，屏蔽罩位于第四气室4，屏蔽罩能够改善第四气室4内的电场分布。第一盆式绝缘子8-1开设有通孔12，用以使第一气室1和第二气室2的气压相同。第三盆式绝缘子9为252kV盆式绝缘子。本实用新型中，第一盆式绝缘子8-1和第二盆式绝缘子8-2选用的型号相同，第三盆式绝缘子9为试验中需要观察的盆式绝缘子，可以根据试验要求选用第三盆式绝缘子9的型号，第一盆式绝缘子8-1、第二盆式绝缘子8-2和第三盆式绝缘子9均可根据需要选用各种型号的盆式绝缘子。本实施例中第一盆式绝缘子8-1和第二盆式绝缘子8-2均采用直流420kV盆式绝缘子，第三盆式绝缘子9采用直流252kV盆式绝缘子，在实验里三个盆式绝缘子承受的电压都相同，均由第二中心导杆提供。

第一观察窗11-1、第二观察窗11-2和第三观察窗11-3均安装有耐压石英玻璃。本实施例中，安装耐压石英玻璃用于观测第三绝缘盆闪络发生的放电具体位置和放电形态。第一直角三棱镜14-1和第二直角三棱镜14-2的斜面均镀光学金属膜。本实施例中，第一直角三棱镜14-1和第二直角三棱镜14-2的斜面镀光学金属膜用于防止斜面其他杂光入射在摄像机采集范围内，造成图像的混乱。

上述盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、在第三气室3内部安装两个第一直角三棱镜14-1；

步骤二、检查试验装置的各部分设备是否完好和试验罐体的气密性是否良好；

步骤三、采用抽真空充气装置通过充气阀13分别将第一气室1、第二气室2、第三气室3和第四气室4抽取真空并充入绝缘气体至所需压强，关闭充气阀13；

步骤四、在试验罐体外部安装高速摄像机17、两个第二直角三棱镜14-2和两个平面镜16，并调整角度，使第三盆式绝缘子9内、外表面的图像完整地呈现在高速摄像机17的拍摄范围中；

步骤五、接通直流试验系统5，对试验装置进行缓慢加压，当第三盆式绝缘子9沿面有闪络放电发生时，开始缓慢降压，在电压降为零之后，关闭高速摄像机17，并断开直流试验系统5。

本实施例中，试验时，试验装置的四个气室充有不同气压的气体，具体气压值与所要观测的第三盆式绝缘子9内外表面有关，当观察其内表面时，第三气室3压强最低，当观察其外表面时，第四气室4压强最低，以达到闪络放电发生在其上的目的。如图2和图3所示，高速摄像机17通过两个第一观察窗11-1得到两个侧视图d和e，高速摄像机17通过两个第二观察窗11-2得到两个侧视图b和c，高速摄像机17通过第三观察窗11-3得到一个正视图a。在实际工作中，可以对高速摄像机17得到的一个正视图和四个侧视图图像进行三维处理。

如图2所示，本试验装置将高速摄像机17无法直射的部分利用四个直角三棱镜和两个平面镜16的搭配组合，通过透明观察窗把图像汇集于高速摄像机17的屏幕范围内，与正视图图像一起被摄像机捕获，实现由一台高速摄像机17在固定位置情况下对第三盆式绝缘子9内外表面全方位的观测，其中，高速摄像机17放置于试验装置的正前方，第三盆式绝缘子9外表面图像一部分由高速摄像机17直接捕捉，其余部分通过两个对称放置的平面镜16间接折射到摄像机屏幕内，第三盆式绝缘子9内表面图像通过两个对称设置的第一直角三棱镜14-1和两个对称设置的第二直角三棱镜14-2组合通过两次90°直角折射到高速摄像机17屏幕内。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，其特征在于，包括试验罐体、高压套管、直流试验系统和拍摄模块；

所述试验罐体水平设置，试验罐体内通过从左至右依次设置的第一盆式绝缘子、第二盆式绝缘子和第三盆式绝缘子将试验罐体从左至右依次分为第一气室、第二气室、第三气室和第四气室，所述第一气室的上部与高压套管的一端连接，所述高压套管的另一端与直流试验系统连接，高压套管的内部竖直设置有第一中心导杆，所述第一中心导杆的下端伸入到试验罐体内与第二中心导杆连接，所述第二中心导杆水平设置在试验罐体的中心，且分别与第一盆式绝缘子、第二盆式绝缘子和第三盆式绝缘子连接，所述第二气室、第三气室和第四气室的上部分别设置有充气阀，试验罐体还设置有两个第一观察窗、两个第二观察窗和一个第三观察窗，所述两个第一观察窗对称设置在第三气室的两侧壁，所述两个第二观察窗对称设置在第四气室的两侧壁，所述第三观察窗设置在试验罐体靠近第四气室一侧的端部；

所述拍摄模块包括高速摄像机、两个第一直角三棱镜、两个第二直角三棱镜和两个平面镜，所述高速摄像机安装在第三观察窗的正前方，所述两个第一直角三棱镜对称设置在第三气室的内部，且两个第一直角三棱镜的斜面相对设置，所述两个第二直角三棱镜对称设置在第三气室的外部，且两个第二直角三棱镜的斜面相背设置，两个第一直角三棱镜和两个第二直角三棱镜设置在同一水平直线方向上，所述两个平面镜对称设置在第四气室的外部。

2.根据权利要求1所述的盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，其特征在于，所述两个第一直角三棱镜和两个第二直角三棱镜均分别靠近邻近的第一观察窗，用以使第三盆式绝缘子内表面的图像通过第一观察窗折射至高速摄像机，所述两个平面镜均分别靠近邻近的第二观察窗，用以使第三盆式绝缘子外表面的图像通过第二观察窗折射至高速摄像机。

3.根据权利要求1所述的盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，其特征在于，所述第三气室内对称设置有两个绝缘支架，所述绝缘支架与试验罐体固定连接，一个绝缘支架与一个第一直角三棱镜连接，另一个绝缘支架与另一个第一直角三棱镜连接。

4.根据权利要求3所述的盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，其特征在于，所述绝缘支架为L形结构，且绝缘支架设置在第一直角三棱镜远离第三盆式绝缘子的一侧。

5.根据权利要求1所述的盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，其特征在于，所述第二中心导杆靠近第三盆式绝缘子的一端设有屏蔽罩，所述屏蔽罩位于第四气室。

6.根据权利要求1所述的盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，其特征在于，所述第一盆式绝缘子开设有通孔，用以使第一气室和第二气室的气压相同。

7.根据权利要求1所述的盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，其特征在于，所述第三盆式绝缘子根据需要选用各种型号的盆式绝缘子。

8.根据权利要求1所述的盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，其特征在于，所述第一观察窗、第二观察窗和第三观察窗均安装有耐压石英玻璃。

9.根据权利要求1所述的盆式绝缘子沿面闪络放电观测的试验装置，其特征在于，所述第一直角三棱镜和第二直角三棱镜的斜面均镀光学金属膜。