CN212159720U - 高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，包括气源调控系统、反应器、排气系统、数据分析系统；所述反应器包括反应腔和劣化装置；所述反应腔内放置硅油，劣化装置对反应腔内的硅油进行劣化；所述反应器包括进气口和出气口；所述气源调控系统通过进气口向反应腔内进气，反应腔通过出气口向排气系统排气；所述数据分析系统分别与气源调控系统、排气系统通信连接。本实用新型旨在模拟电、热、受潮、氧气等环境条件下终端硅油的劣化与燃烧过程，掌握电缆硅油劣化发展规律，以及燃烧特性数据，对应制定检测策略，避免因硅油劣化问题导致突发性事故的发生。
Description
技术领域
本实用新型涉及输变电设备防灾减灾技术领域，特别是涉及高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台。
背景技术
随着城市电网电缆化的程度不断提高，电缆供电可靠性的要求也不断提高。电缆终端作为关键的连接装置，是电缆线路安全运行的薄弱环节。硅油为高压电缆终端主要绝缘介质，其性能优劣对电缆整体安全运行起着决定性作用。在线路运行过程中，受氧气、湿度、高温、紫外线、强电场、杂质等外界因素影响，硅油的机械性能和电气性能将逐渐老化，造成终端绝缘性能大大降低，轻则引起终端发热缺陷，严重时可引发高压电缆终端击穿性故障。
电缆终端安装完毕后需密封处理，因此尚无硅油在电、热及受潮环境下的劣化过程的研究工具。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可以模拟户外电缆终端硅油劣化发展过程且具备燃烧试验能力的劣化及燃烧试验平台。
本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，包括气源调控系统、反应器、排气系统、数据分析系统；
所述反应器包括反应腔(11)和劣化装置；所述反应腔(11)内放置硅油，劣化装置对反应腔(11)内的硅油进行劣化；
所述反应器包括进气口(21)和出气口(22)；所述气源调控系统通过进气口(21)向反应腔(11)内进气，反应腔(11)通过出气口(22)向排气系统排气；
所述数据分析系统分别与气源调控系统、排气系统通信连接。
优选的，所述反应器包括杯身(1)和杯盖(2)，所述杯身(1)具有所述反应腔(11)；所述杯盖(2)与杯身(1)固定配合使反应腔(11)密封；所述杯身(1)沿其高度方向开设有多个取样口(12)，取样口(12)通过堵块(13)可拆卸封堵；所述杯身(1)上还设置有观察窗(14)。
优选的，所述劣化装置包括高压模拟装置，所述高压模拟装置包括固定在反应腔(11) 内的两片电极板(31)，两片电极板(31)相对设置在杯身内；所述电极板(31)固定有电极柱(32)，所述杯身开设有供电极柱(32)穿过的孔；所述电极柱(32)穿过孔与外部电源连接；所述电极柱(32)与孔密封配合且能带电极板(31)作水平直线往复运动，改变电极板(31)间距离。
所述劣化装置还包括试样加热装置，所述试样加热装置辐射加热器(33)、绝缘卡座 (34)；所述辐射加热器(33)通过绝缘卡座(34)固定在杯盖(2)内壁，杯盖(2)与杯身(1)固定配合后，辐射加热器(33)伸入反应腔(11)内。
优选的，在所述反应腔(11)内，还固定有挡板(15)；所述挡板(15)的外围形状和尺寸与反应腔(11)的截面尺寸吻合；在反应腔内不同高度设置有限位结构，所述挡板(15)通过限位结构调节高度。
优选的，实验平台还包括图像采集装置，与数据分析系统通信连接，用以通过所述观察窗(14)观察硅油劣化或燃烧实验过程图像数据。
优选的，在所述反应腔(11)内，还设置有热电偶(17)，所述热电偶(17)为线性结构，竖向设置于反应腔(11)内，所述热电偶的电极从杯身上部穿出与所述数据分析系统通信连接。
优选的，所述气源调控系统包括氮气瓶组、氧气瓶组、空气泵、环境舱；所氮气瓶组、氧气瓶组、空气泵通过进气管与环境舱联通；所述环境舱内设置有加湿器、第一湿度传感器、进气气体传感器；环境舱与所述进气口(21)连通；所述第一湿度传感器、进气气体传感器分别与数据分析系统通信连接。
优选的，所述排气系统包括储气瓶，所述储气瓶通过所述出气口(22)与反应腔(11) 连通；所述排气系统还包括第二湿度传感器、出气气体传感器；所述第二湿度传感器、出气气体传感器对储气瓶内的气体进行检测，并与数据分析系统通信连接。
上述试验平台在劣化试验中的步骤如下：
S1、将反应器固定在分析天平上，调节挡板(15)至电极板(31)下方合适位置固定；调整电极板(31)间距离，将待测硅油样品放入反应腔(11)中，将反应器固定于台架上，检查试样加热装置位置；
S2、连接试样温度测量连接头与嵌入式热电偶(17)、升压器连接头与电极柱(32)，打开电源，调试劣化装置、出气系统、气源调控系统；
S3、打开所有阀门，调整流量计，瓶组或空气泵进气；待环境舱内混合气体成分满足所需比例时，关闭气源阀门，封闭环境舱；打开舱内加湿器，使混合气体湿度恒定在设定值；
S4、开启环境舱与出气阀门，使混合气体充满反应腔(11)与出气管，待出气气体成分、湿度与环境舱内气体保持一致时，校准分析天平；
S5、开启试样加热装置，保持硅油样品温度恒定在设定值；
S6、开启高压模拟装置，对硅油试样加电压；
S7、开启数据采集系统，记录分析天平、出气气体分析数据；
S8、设定图像采集装置在固定时间间隔拍摄，记录硅油样品劣化过程图像数据。
S9、运行设定时间后，试样加热装置断电。待硅油样品冷却后，打开所有阀门，空气泵进气，平台扫气。
S10、断开平台及各装置电源，整理保存数据，实验完毕。
S11、打开堵块(13)，在反应器上不同的分层取样口(12)中取出所需分层的硅油样品。
S12、清理整套装置，准备下次实验。
上述试验平台在燃烧试验中的步骤如下：
S1、移动电极板(31)至贴紧反应腔壁，调节挡板(15)越过电极板(31)至合适位置固定；将待燃烧性能检测的分层硅油样品放入反应器中，将反应器固定于台架上，调整试样加热装置位置；
S2、连接试样温度测量连接头与嵌入式热电偶(17)，打开劣化试验平台电源，调试图像采集装置、试样加热装置、出气系统、气源调控系统；
S3、打开所有阀门，调整流量计，选择瓶组或空气泵进气；环境舱阀门与出气阀门打开，使混合气体充满反应腔(11)与出气管，待出气气体成分与环境舱内气体保持一致时，校准分析天平；
S4、开启数据采集系统，记录分析天平、出气气体分析数据；
S5、设定图像采集装置在持续摄影，记录硅油样品燃烧过程图像数据。
S6、开启试样加热装置，对硅油样品持续加热至燃烧；
S7、等待燃烧结束或出气气体的CO浓度回至0.0％，试样加热装置断电；待硅油样品冷却后，打开所有阀门，空气泵进气，平台扫气。
本实用新型的优点在于：
本实用新型利用气源控制系统、劣化装置(试样加热装置、高压模拟装置)，实现气体成分、湿度、样品温度、电场强度等环境参数可调节，可进行单一参数或多参数变化下的实验研究。本实用新型旨在模拟电、热、受潮、氧气等环境条件下终端硅油的劣化与燃烧过程，掌握电缆硅油劣化发展规律，以及燃烧特性数据，对应制定检测策略，避免因硅油劣化问题导致突发性事故的发生。
具体的，通过电极板及辐射加热器，模拟电缆终端环境对硅油的性能影响，通过对各项参数的控制，尽可能的模拟真实环境，满足劣化和燃烧试验要求。
通过挡板的可调设计，反应器可以完成劣化和燃烧两种试验，尤其是通过牵引绳的设计，结构简单合理，便于操作，且无需在杯身上开设过大的孔，减少密封设计。
通过气源调控系统和排气系统的配合，完成对反应腔内的气体、湿度等因素的注入，且根据实际需要可实时调控，灵活性大。
附图说明
图1为本实用新型实施例中试验平台的整体结构框图；
图2为本实用新型实施例中试验平台中反应器的整体结构示意图；
图3为本实用新型实施例中试验平台中反应器的第一视角结构示意图；
图4为图3的A-A剖面结构示意图；
图5为本实用新型实施例中试验平台中反应器的第二视角结构示意图；
图6为图5的B-B剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实施例公开一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，包括气源调控系统、反应器、排气系统、图像采集装置、数据分析系统、控制台；数据分析系统分别与气源调控系统、排气系统、图像采集装置、控制台通信连接。
如图2、图3、图4、图5、图6所示，反应器包括杯身1和杯盖2，杯身1具有反应腔11，用以放置硅油试样；杯盖2与杯身1通过螺纹配合固定使反应腔11密封；杯身1沿其高度方向开设有多个取样口12，取样口12通过堵块13可拆卸封堵；杯身1上还设置有透明观察窗14，便于观察反应腔11内的试样变化。反应器还包括劣化装置；劣化装置对反应腔11内的硅油进行劣化。本实施例中的劣化装置包括高压模拟装置和试样加热装置。高压模拟装置包括固定在反应腔11内的两片电极板31，两片电极板31 相对设置在杯身内；电极板31为板状结构，两块电极板31竖向平行设置，背面固定有电极柱32，杯身开设有供电极柱32穿过的孔；电极柱32穿过孔与升压器连接头与高压模拟装置升压器连接，用以对硅油试样提供高压。电极柱32包括螺母和丝杆；螺母与孔密封配合，丝杆为导体，穿在螺母内形成丝杠副，丝杆一端位于反应腔内，与电极板固定，另一端位于反应腔外与升压器结构连接。通过转动丝杆，实现两块电极板31间距的调节。
试样加热装置辐射加热器33、绝缘卡座34；辐射加热器33尾部嵌套绝缘卡座34，露出电连接处；所述绝缘卡座34利用螺纹固定在杯盖2内壁的贯穿螺孔中，使电连接处可通电；杯盖2与杯身1固定配合后，辐射加热器33伸入反应腔11内，用以加热和控制反应腔11内的温度。辐射加热器33为螺旋圆锥状结构，其与外部电源连接的接头34穿过绝缘卡座34和杯盖2。
如图图4、图6所示，在反应腔11内，还固定有挡板15；挡板15的外围形状和尺寸与反应腔11的截面尺寸吻合；本实施例的杯身1为圆筒结构，挡板15为圆形板状，挡板15内部材料为交联聚乙烯，中间为不锈钢层，外部材料为绝缘隔热材料。挡板15 在反应腔内通过限位结构实现高度可调，限位结构具体为：在堵块13伸入反应腔的一端水平开有限位槽131，在反应腔壁周向设置有多个凸块132，挡板15搭在凸块132上并限位在限位槽131内，以实现挡板15在该高度上的固定。在每个取样口12所在高度处均采用相同的结构固定挡板15。当需要调整挡板15高度时，先取下堵块13，通过取样口12手动将挡板15挑起，使挡板15旋转一定角度，便于拿取挡板15，然后拿着挡板15向上或向下调至所需高度后，再将挡板15搭在该高度的凸块132台上放平，最后将该高度的堵块13封堵取样口12且将挡板15限位在限位槽131内。调节过程中需要注意调整挡板15角度避让凸块132或电极板31。当然，也可以在杯身内壁上开设用以容纳电极板31的容纳槽，避免电极板31对挡板15的高度调节造成阻碍。
在反应腔11内，还设置有两根热电偶17，热电偶17为线性结构，竖向设置于反应腔11内的两侧，热电偶17的电极171从杯身上部穿出与数据采集系统通信连接，用以检测试样温度。
在杯盖2上开设有进气口21和出气口22；气源调控系统通过进气口21向反应腔 11内进气，反应腔11通过出气口22向排气系统排气。具体结构为：
气源调控系统包括氮气瓶组、氧气瓶组、空气泵；氮气瓶组、氧气瓶组、空气泵分别通过进气管与环境舱连通；环境舱内设置有加湿器、第一湿度传感器、进气气体传感器，所述加湿器设置于环境舱舱顶，所述第一湿度传感器安装在环境舱出气管道处，所述进气气体传感器均匀分布在环境舱舱壁；环境舱与杯盖2上的进气口21连通；第一湿度传感器、进气气体传感器分别与数据采集系统通信连接。本实施例中，氮气瓶组、氧气瓶组、空气泵与环境舱连通的管路上按照气流方向依次设置有阀门和流量计，环境舱与杯盖2上的进气口21连通管路上设置有阀门，便于调节。
排气系统包括储气瓶，储气瓶通过杯盖2的出气口22与反应腔11连通；排气系统还包括第二湿度传感器、出气气体传感器，所述第二湿度传感器安装在储气瓶进气管道处，所述出气气体传感器均匀分布在储气瓶瓶壁；第二湿度传感器、出气气体传感器对储气瓶内的气体进行检测，并与数据采集系统通信连接。储气瓶与杯盖2的出气口22 的连通管路上，按照气体流向，依次设置有阀门、抽气泵、冷却器；其中冷却器的排水管路上还设置有蠕动泵，加速排出冷却器中存在的积水。
图像采集装置包括相机和红外成像装置，相机通过观察窗14拍摄反应腔11内的硅油试样变化图像，红外成像装置用以对反应腔11内的硅油试样进行红外成像，观察实验过程中的试样热场分布与流动；相机和红外成像装置与数据采集系统通信连接，用以通过观察窗14观察硅油劣化或燃烧实验过程图像数据。
本实施例提供的平台在使用时，将反应器固定在试验台架上，具体固定结构为常规结构，在此不再详细说明。需要特别说明的是，本实施例中，试验台架上通过托板支撑一个分析天平，反应器固定在分析天平上。分析天平为高精度天平，用以获取反应器在试验前后的重量。分析天平与控制台通信连接。
本实施例中，数据分析系统包括获取第一湿度传感器的数据的进气气体湿度测量模块、与进气气体传感器通信连接的进气气体分析模块、与绝缘卡座34通信连接的试样温度调节模块、与热电偶17连接的试样温度测量模块、与电极板31连接的高压模拟装置升压器、与第二湿度传感器连接的出气气体湿度测量模块、与出气气体传感器连接的出气气体分析模块；控制台包括控制模块和操作模块，控制模块与操作模块通信连接，用以根据数据分析系统及分析天平获取的数据，控制试验平台电源启停、试样温度调节模块电流值、高压模拟装置升压器电压值、空气泵启停、加湿器启停、阀门开关等操作。
上述平台在使用是，可进行硅油试样的劣化实验或燃烧实验，实验步骤分别如下：
一种高压电缆户外终端硅油劣化试验方法，步骤如下：
S1、将反应器固定在分析天平上，调节挡板15至电极板31下方合适位置，推动电极板31的电极，使电极板31位于反应腔11内合适位置，将待测硅油样品放入反应腔 11中，将反应器固定于台架上，调整试样加热装置位置；
S2、将数据采集系统与劣化装置连接，打开电源，调试劣化装置、出气系统、气源调控系统；
S3、打开所有阀门，调整流量计，瓶组或空气泵进气；待环境舱内混合气体成分满足所需比例时，关闭气源阀门，封闭环境舱。打开舱内加湿器，使混合气体湿度恒定在设定值；
S4、开启环境舱与出气阀门，使混合气体充满反应腔11与出气管，待出气气体成分、湿度与环境舱内气体保持一致时，校准分析天平；
S5、开启试样加热装置，保持硅油样品温度恒定在设定值；
S6、开启高压模拟装置，对硅油试样加电压；
S7、开启数据采集系统，记录分析天平、出气气体分析数据；
S8、设定图像采集装置在固定时间间隔拍摄，记录硅油样品劣化过程图像数据。
S9、运行设定时间后，试样加热装置断电。待硅油样品冷却后，打开所有阀门，空气泵进气，平台扫气。
S10、断开平台及各装置电源，整理保存数据，实验完毕。
S11、打开堵块13，在反应器上不同的分层取样口12中取出所需分层的硅油样品。
S12、清理整套装置，准备下次实验。
燃烧试验步骤如下：
S1、电极板31收入杯身内壁，调节挡板15越过电极板31，至合适位置；将待测的分层硅油样品放入反应器中，将反应器固定于台架上，调整试样加热装置位置；
S2、连接试样温度测量连接头与嵌入式热电偶17，打开劣化试验平台电源，调试图像采集装置、试样加热装置、出气系统、气源调控系统；
S3、打开所有阀门，调整流量计，选择瓶组或空气泵进气；环境舱阀门与出气阀门打开，使混合气体充满反应腔11与出气管，待出气气体成分与环境舱内气体保持一致时，校准分析天平；
S4、开启数据采集系统，记录分析天平、出气气体分析数据；
S5、设定图像采集装置在持续摄影，记录硅油样品燃烧过程图像数据。
S6、开启试样加热装置，对硅油样品持续加热至燃烧；
S7、等待燃烧结束或出气气体的CO浓度回至0.0％，试样加热装置断电；待硅油样品冷却后，打开所有阀门，空气泵进气，平台扫气。
S8、断开平台及各装置电源，整理保存数据，实验完毕。
S9、清洁整套装置，准备下次实验。
1、可以模拟户外终端硅油劣化发展过程，对劣化过程中的图像行为、质量损失速率、生成产物浓度等参数进行系统性分析和研究。
2、可以进行劣化硅油试样的燃烧特性进行测试，对燃烧过程中的火焰高度、质量损失速率、燃烧产物浓度等参数进行系统性分析和研究。
3、利用气源控制系统、试样加热装置、高压模拟装置，实现气体成分、湿度、样品温度、电场强度等环境参数可调节，可进行单一参数或多参数变化下的实验研究。
4、反应器增设分层取样孔，确保实验结束后劣化硅油样品精准分层取样。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，其特征在于：包括气源调控系统、反应器、排气系统、数据分析系统；
所述反应器包括反应腔(11)和劣化装置；所述反应腔(11)内放置硅油，劣化装置对反应腔(11)内的硅油进行劣化；
所述反应器包括进气口(21)和出气口(22)；所述气源调控系统通过进气口(21)向反应腔(11)内进气，反应腔(11)通过出气口(22)向排气系统排气；
所述数据分析系统分别与气源调控系统、排气系统通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，其特征在于：所述反应器包括杯身(1)和杯盖(2)，所述杯身(1)具有所述反应腔(11)；所述杯盖(2)与杯身(1)固定配合使反应腔(11)密封；所述杯身(1)沿其高度方向开设有多个取样口(12)，取样口(12)通过堵块(13)可拆卸封堵；所述杯身(1)上还设置有观察窗(14)。
3.根据权利要求2所述的一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，其特征在于：所述劣化装置包括高压模拟装置，所述高压模拟装置包括固定在反应腔(11)内的两片电极板(31)，两片电极板(31)相对设置在杯身内；所述电极板(31)固定有电极柱(32)，所述杯身开设有供电极柱(32)穿过的孔；所述电极柱(32)穿过孔与外部电源连接；所述电极柱(32)与孔密封配合且能带动电极板(31)作直线往复运动；
所述劣化装置还包括试样加热装置，所述试样加热装置辐射加热器(33)、绝缘卡座(34)；所述辐射加热器(33)通过绝缘卡座(34)固定在杯盖(2)内壁，杯盖(2)与杯身(1)固定配合后，辐射加热器(33)伸入反应腔(11)内。
4.根据权利要求3所述的一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，其特征在于：在所述反应腔(11)内，还固定有挡板(15)；所述挡板(15)的外围形状和尺寸与反应腔(11)的截面尺寸吻合；在反应腔内不同高度设置有限位结构，所述挡板(15)通过限位结构调节高度。
5.根据权利要求2所述的一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，其特征在于：实验平台还包括图像采集装置，与数据分析系统通信连接，用以通过所述观察窗(14)观察硅油劣化或燃烧实验过程图像数据。
6.根据权利要求1至5任一所述的一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，其特征在于：在所述反应腔(11)内，还设置有热电偶(17)，所述热电偶(17)为线性结构，竖向设置于反应腔(11)内，所述热电偶的电极从杯身上部穿出与所述数据分析系统通信连接。
7.根据权利要求1至5任一所述的一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，其特征在于：所述气源调控系统包括氮气瓶组、氧气瓶组、空气泵、环境舱；所氮气瓶组、氧气瓶组、空气泵通过进气管与环境舱联通；所述环境舱内设置有加湿器、第一湿度传感器、进气气体传感器；环境舱与所述进气口(21)连通；所述第一湿度传感器、进气气体传感器分别与数据分析系统通信连接。
8.根据权利要求1至5任一所述的一种高压电缆户外终端硅油劣化及燃烧试验平台，其特征在于：所述排气系统包括储气瓶，所述储气瓶通过所述出气口(22)与反应腔(11)连通；所述排气系统还包括第二湿度传感器、出气气体传感器；所述第二湿度传感器、出气气体传感器对储气瓶内的气体进行检测，并与数据分析系统通信连接。
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