CN103645112A - 一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力安全领域，尤其涉及一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置及方法，该装置包括：用于给绝缘子喷水的降雨喷头及供水结构，所述供水结构包括出水管、活接头和进水管，所述出水管和进水管通过活接头连接，所述进水管包含一段以上可拆卸的水管，所述可拆卸的水管之间通过活接头连接，所述出水管的两侧各安装有若干个出水口，所述出水口与所述降雨喷头可拆卸连接，所述出水口上设置有阀门，本发明采用可拆装的供水结构进行绝缘子污秽流失系数实验，便于运输和在线路现场和自然积污点开展研究，且供水结构高度可调，能最大限度的调节降雨动能，便于绝缘子污秽流失系数的研究工作。

Description

一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置及方法

技术领域

本发明涉及电力安全领域，尤其涉及一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置及方法。

背景技术

绝缘子积污特性的研究是电力外绝缘设计、运行和维护的重要依据，而降雨清洗是积污过程中的一个重要环节，要综合研究绝缘子的积污变化规律，就需要对降雨清洗这一环节进行***的研究，这就需要搭建一套便于调节、稳定可靠的绝缘子污秽流失系数研究装置，用于研究降雨特性参数和绝缘子参数对于降雨清洗效果的影响。

目前用于高压外绝缘积污规律研究的降雨实验平台仅有华南理工大学的李恒真搭建的电力防污试验装置，如图4所示：该装置包括水箱7和降雨喷头1，水箱7设有进水管10，进水管10连接水源13，水泵5设于水箱7内，降雨喷头1通过万向节14与出水管9的一端连接，出水管9的另一端与水泵5连接，水压表4安装于出水管9上，水泵5与电源***电连接，电源***包括依次连接的电源、电源开关和变频器，变频器用于控制水泵5。该装置可以实现降雨强度、降雨冲刷角、降雨均匀度和降雨时间的控制与调节：通过调节水泵5流量及改变降雨喷头1出水量调节降雨强度，通过调整变频器的频率调节水泵5流量，通过更换喷头型号改变降雨喷头1的出水量；通过调节降雨喷头1的出水角度和降雨喷头1的高度调节降雨冲刷角，通过万向节14对降雨喷头1的出水角度进行调节；通过调节变频器的频率及改变水泵5的流量，改变降雨的范围和密度，实现降雨均匀度的调节；通过电源开关控制降雨时间。该装置存在的缺陷是：装置采用固定结构，不易拆装和运输，进行模拟降雨实验时，需要将试品运送回实验室进行研究，对于自然积污绝缘子试品，运送过程中易造成污秽的损失，同时试品质量较大或数量较多时，会因运送条件的限制给研究工作带来巨大的不便；装置在喷头高度选择上未考虑雨滴能否达到终点速度，设计中没有考虑对降雨动能参量的调节和测量，实际上，降雨动能直接决定了雨滴与试品表面的碰撞冲击作用，是衡量雨滴机械冲刷效果的重要参量，是降雨对绝缘子表面不溶性污秽清洗效果的重要影响因素，该装置测量降雨动能非常复杂，不能有效地调节降雨动能参量，难以深入开展降雨清洗机理的研究。

发明内容

本发明的目的在于提出一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置及方法，能够方便的拆装和运输，并可调节装置的高度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，包括：用于给绝缘子喷水的降雨喷头及供水结构，所述供水结构包括出水管、活接头和进水管，所述出水管和进水管通过活接头连接，所述进水管包含一段以上可拆卸的水管，所述可拆卸的水管之间通过活接头连接，所述出水管的两侧各安装有若干个出水口，所述出水口与所述降雨喷头可拆卸连接，所述出水口上设置有阀门。

其中，还包括用于固定绝缘子的绝缘子支架，所述绝缘子支架为门字型结构，绝缘子支架的横梁上设置有通孔，用以挂置绝缘子。

其中，所述绝缘子支架由一段以上管路通过链杆和接头连接组成，所述管路的长度在0.7m-1.7m之间。

进一步地，所述通孔的数量为3个，所述出水管的每侧的出水口的数量为3个。

其中，所述降雨喷头的数量为两个，所述降雨喷头可与任意出水口连接以实现不同间距出水，调节降雨密度和均匀度，所述降雨喷头为工业雾化喷嘴，有多种不同孔径和出水量的喷头可供选择。

其中，所述供水结构还包括供水支架，所述供水支架由四段可伸缩结构组成，所述供水支架的顶部设置有卡槽，用以固定所述出水管。

进一步地，所述供水支架的高度最大为4.5m。

其中，还包括幕布，所述幕布覆盖在所述绝缘子支架和所述供水支架上。

其中，所述供水结构还包括水泵、回流管和水箱，所述水泵通过进水管与水箱相连，所述回流管的一端连接在水泵的下游的进水管上，所述回流管的另一端与水箱相连，回流管的中部设置有泄压阀，所述进水管上设置有水压表。

一种便携式绝缘子污秽流失系数研究方法，包括：

步骤a、将需要进行污秽流失系数研究的绝缘子挂置在绝缘子支架上，做好测量前的准备工作；

步骤b、测量降雨喷头喷出的人工雨水的电导率，根据所述电导率计算得到所述人工雨水单位体积的含盐量，其中，所述降雨喷头与所述出水口可拆卸连接，所述出水管通过活接头与进水管连接，人工雨水的降雨密度和均匀度可调节；

步骤c、利用降雨喷头进行降雨实验，控制所述人工雨水冲洗所述绝缘子，收集冲洗下的污秽，计算收集到的污水的含盐量，所述污水的含盐量减去所述人工雨水的含盐量即为降雨实验中可溶性污秽流失量，测量污水所含的不溶性污秽的质量，即为降雨实验中不溶性污秽流失量；

步骤d、降雨实验结束后，将绝缘子表面剩余的污秽全部清洗下来，测量得到实验后残留的可溶性污秽质量和不溶性污秽质量，根据所述降雨实验中的可溶性污秽流失量和实验后残留的可溶性污秽质量得到实验前的可溶性污秽初始量，进而得到所述绝缘子可溶性污秽的流失系数，根据所述降雨实验中的不溶性污秽流失量和实验后残留的不溶性污秽质量得到实验前的不溶性污秽初始量，进而得到所述绝缘子不溶性污秽的流失系数。

本发明的有益效果为：一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，包括：用于给绝缘子喷水的降雨喷头及供水结构，所述供水结构包括出水管、活接头和进水管，所述出水管和进水管通过活接头连接，所述进水管包含一段以上可拆卸的水管，所述可拆卸的水管之间通过活接头连接，所述出水管的两侧各安装有若干个出水口，所述出水口与所述降雨喷头可拆卸连接，所述出水口上设置有阀门，本发明采用可拆装的供水结构进行绝缘子污秽流失系数实验，便于运输和在线路现场和自然积污点开展研究，且供水结构高度可调，能最大限度的调节降雨动能，便于绝缘子污秽流失系数的研究工作。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的便携式绝缘子污秽流失系数研究装置结构图。

图2是本发明具体实施方式提供的绝缘子支架结构图。

图3是本发明具体实施方式提供的便携式绝缘子污秽流失系数研究方法流程图。

图4是现有技术中提供的电力防污试验装置结构图。

其中，1-降雨喷头，2-活接头，3-卡槽，4-水压表，5-水泵，6-泄压阀，7-水箱，8-供水支架，9-出水管，10-进水管，11-绝缘子支架，12-绝缘子，13-水源，14-万向节。

具体实施方式

下面结合图1-图4并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1是本发明具体实施方式提供的便携式绝缘子污秽流失系数研究装置结构图。

一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，包括：用于给绝缘子12喷水的降雨喷头1及供水结构，所述供水结构包括出水管9、活接头2和进水管10，所述出水管9和进水管10通过活接头2连接，所述进水管10包含一段以上可拆卸的水管，所述可拆卸的水管之间通过活接头2连接，所述出水管9的两侧各安装有若干个出水口，所述出水口与所述降雨喷头1可拆卸连接，所述出水口上设置有阀门。

在本实施例中，采用可拆装的供水结构进行绝缘子12污秽流失系数实验，便于运输，不再需要将绝缘子12试品运送回实验室进行实验，可以将装置带到线路现场和自然积污点开展研究，从而避免了绝缘子12运送过程中的污秽损失及运送的不便，且供水结构高度可调，能最大限度的调节降雨动能，便于绝缘子12污秽流失系数的研究工作。

如图2所示，在本实施例中，还包括用于固定绝缘子12的绝缘子支架11，所述绝缘子支架11为门字型结构，绝缘子支架11的横梁上设置有通孔，用以挂置绝缘子12。

在本实施例中，所述绝缘子支架11由一段以上管路通过链杆和接头连接组成，所述管路的长度在0.7m-1.7m之间，这种长度的管路便于拆装携带，所述管路可以为铁管、钢管或其他硬质管材。

进一步地，所述通孔的数量为3个，所述出水管9的每侧的出水口的数量为3个。

在本实施例中，所述降雨喷头1的数量为两个，所述降雨喷头1可与任意出水口连接以实现不同间距出水，调节降雨密度和均匀度，本实施例采用双喷头结构，降雨覆盖区域大，且降雨喷头1间距有多种搭配，通过调整降雨喷头1的间距，可以实现较大的上水压力变化范围，满足降雨均匀度K≥80%的要求。

在本实施例中，所述供水结构还包括供水支架8，所述供水支架8由四段可伸缩结构组成，所述供水支架8的顶部设置有卡槽3，用以固定所述出水管9，在本实施例中，供水支架8和绝缘子支架11采用相同材质、相同长度的管材组成。

进一步地，所述供水支架8的高度最大为4.5m，在本实施例中，采用降雨喷头1下喷的形式模拟降雨，降雨喷头1出水达到一定的初速度后，雨滴基本都可以达到终点速度，可以通过测量雨滴粒径较为方便地计算降雨动能，通过综合分析降雨强度和降雨动能对污秽流失的影响，深入地开展降雨清洗机理的研究。

在本实施例中，当进行降雨实验时，将绝缘子支架11固定在所述供水支架8的下方，由于降雨喷头1具有可调节性，绝缘子支架11的范围可以适当扩大，以在所述降雨喷头1的正下方为最佳。

在本实施例中，还包括幕布，所述幕布覆盖在所述绝缘子支架11和所述供水支架8上，在户外进行实验时，可在两个支架结构上安装幕布，以防止风对于模拟降雨效果的影响，提高实验数据的可靠性。

在本实施例中，所述供水结构还包括水泵5、回流管和水箱7，所述水泵5通过进水管10与水箱7相连，所述回流管的一端连接在水泵5的下游的进水管10上，所述回流管的另一端与水箱7相连，回流管的中部设置有泄压阀6，所述进水管10上设置有水压表4。

在本实施例中，进水管10和出水管9为PVC管，所述降雨喷头1为工业雾化喷嘴，所述降雨喷头1有多种不同孔径和出水量的喷头可供选择替换，所述出水管9通过活接头2与进水管10连接，拧松活接头2后，可以实现出水管9的360°转动，以调节降雨喷头1出水的角度，在本实施例中，进水管10由几段PVC管拼接而成，水压表4安装在最低的一段PVC管中部上，以检测上水水压，所述水泵5、回流管、水箱7和泄压阀6组成供水调压部分：水泵5通过进水管10从水箱7中抽水，泄压阀6与回流管相连，通过调节泄压阀6来控制上水水压，水泵5与电源开关相连，通过电源开关手动控制降雨时间，以降低装置的成本。

便携式绝缘子污秽流失系数研究装置可以实现降雨强度、降雨动能、降雨倾斜角、降雨均匀度以及降雨时间的控制，便携式绝缘子污秽流失系数研究装置的使用及调节方法如下。

降雨强度的调节与测量：

通过调节泄压阀及更换不同孔径的降雨喷头调节降雨强度，调节泄压阀可以控制上水压力，上水压力较小时，随着上水压力的增加，降雨强度增加，上水压力较大后，降雨强度不再与上水压力呈正相关，此时需要通过更换较大孔径的降雨喷头以增大降雨强度。

降雨强度通过直径为20cm的标准雨量筒进行测量，便携式绝缘子污秽流失系数研究装置可以实现降雨强度在1.0mm/min-4.0mm/min范围内的调节。

降雨动能的调节与测量：

通过调节泄压阀6和更换不同孔径的降雨喷头调节降雨动能，调节泄压阀可以控制上水压力，从而调节降雨喷头的出水流量，出水流量越大，降雨动能越大。

更换不同孔径的降雨喷头可以改变雨滴粒径，雨滴粒径越大，质量越大，终点速度也越大，因此降雨动能也越大。

通过测量雨滴粒径和计算降雨喷头出水的初速度，可以计算降雨动能。

采用滤纸色斑法测定雨滴粒径，将采集雨滴的滤纸扫描到电脑中，计算色斑平均直径，由此推求雨滴实际直径。

降雨喷头出水的初速度v_s通过单个降雨喷头实验进行测量，通过下式计算：

$v_s=\frac{I*A}{60*{10}^3*A_1}$

式中：A为单个降雨喷头降雨水平投影面积，单位为m²；A₁为喷孔面积，单位为m²；I为降雨强度，单位为mm/min。

雨滴的击溅速度v₁通过下式计算：

$v_1=v_T\sqrt{1-{(1-\frac{v_s}{v_T})}^2\exp \left(\frac{-2\mathrm{gH}}{{v_T}^2}\right)}$

式中：v_T为雨滴终速，单位为m/s；v_s为雨滴初速，单位为m/s；H为雨滴降落高度，单位为m。

v_T计算公式如下：

当雨滴直径d<1.9mm时，用修正的沙玉清公式：

v_T＝0.496*10^x

其中， $x=\sqrt{28.32+6.524\lg \left(0.1d\right)-{\left(\lg 0.1d\right)}^2}-3.665$

当d≥1.9mm时，用修正的牛顿公式：

$v_T=(17.2-0.844d)\sqrt{0.1d}$

降雨动能e通过下式计算：

$e=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\&Sigma;}{d}^3{v_1}^2}{\mathrm{\&Sigma;}{d}^3}$

e的单位为J/(m²mm)，当绝大部分雨滴可达到终点速度时，v₁可直接采用v_T进行计算。

比较雨滴击溅速度v₁和雨滴终点速度v_T，可以得到，降雨喷头处于最大高度（4.5m）时，对于不同孔径的喷头，对上水压力进行适当调节后，绝大部分雨滴都可达到终点速度，此时可以通过终点速度计算降雨动能，而终点速度与雨滴粒径有关，因此测量雨滴粒径后，就可计算得到降雨动能。

降雨倾斜角的调节与测量：

通过旋转上方的PVC水管，调节降雨喷头的出水角度，从而调节降雨倾斜角。

降雨倾斜角通过自制的集雨器进行测量。其中一个集雨器水平开口，另一个竖直开口，口径均为10cm，通过两集雨器在相同时间内收集到的雨滴体积，计算降雨倾斜角：

$\mathrm{\&theta;}=\mathrm{arctg}\frac{V_2}{V_1}$

式中：V₁为水平开口的集雨器收集到的雨水体积，单位为ml；V₂为竖直开口的集雨器收集到的雨水体积，单位为ml；

降雨均匀度的控制与测量：

通过调节降雨喷头1的间距调节降雨密度和均匀度，将降雨喷头两两搭配，安装在上方PVC水管不同间距的出水口上，控制阀门关闭其余出水口，实现降雨密度和均匀度的调节。

在降雨区域内均匀布置若干个烧杯，测量各烧杯在相同时间内收集的雨水体积，通过下式计算降雨均匀度K：

$K=1-\frac{\mathrm{\&Sigma;}|H_i-\stackrel{\&OverBar;}{H}|}{n\stackrel{\&OverBar;}{H}}$

式中：H_i为降雨面上的测点雨量，单位为mm；

为降雨面上的平均降雨量，单位为mm；n为雨量测量点数。

为有效地模拟自然降雨，需满足降雨均匀度K≥80%。应用绝缘子污秽流失系数研究装置时，对于不同上水压力的模拟降雨，可通过调节两降雨喷头间的间距，实现降雨均匀度K≥80%。

如图3所示，一种便携式绝缘子污秽流失系数研究方法，包括：

步骤a、将需要进行污秽流失系数研究的绝缘子挂置在绝缘子支架上，做好测量前的准备工作；

步骤b、测量降雨喷头喷出的人工雨水的电导率，根据所述电导率计算得到所述人工雨水单位体积的含盐量，其中，所述降雨喷头与所述出水口可拆卸连接，所述出水管通过活接头与进水管连接，人工雨水的降雨密度和均匀度可调节；

步骤c、利用降雨喷头进行降雨实验，控制所述人工雨水冲洗所述绝缘子，收集冲洗下的污秽，计算收集到的污水的含盐量，所述污水的含盐量减去所述人工雨水的含盐量即为降雨实验中可溶性污秽流失量，测量污水所含的不溶性污秽的质量，即为降雨实验中不溶性污秽流失量；

步骤d、降雨实验结束后，将绝缘子表面剩余的污秽全部清洗下来，测量得到实验后残留的可溶性污秽质量和不溶性污秽质量，根据所述降雨实验中的可溶性污秽流失量和实验后残留的可溶性污秽质量得到实验前的可溶性污秽初始量，进而得到所述绝缘子可溶性污秽的流失系数，根据所述降雨实验中的不溶性污秽流失量和实验后残留的不溶性污秽质量得到实验前的不溶性污秽初始量，进而得到所述绝缘子不溶性污秽的流失系数。

在本实施例中，污秽流失系数包括可溶性污秽流失系数和不溶性污秽流失系数，污秽流失系数用于衡量降雨对绝缘子表面污秽的清洗效果。

传统实验中是实验前测量绝缘子的初始污秽，实验后测量绝缘子冲洗后的剩余污秽，由此计算污秽流失系数，由于测量可溶性污秽流失系数和不溶性污秽流失系数时需要将绝缘子表面的污秽全部清洗下来，这样一次实验就需要初始污秽度相近的两个样品，一个用于测量初始污秽，一个用于降雨实验。实际情况中，对于自然积污绝缘子，只能通过测量与实验样品运行条件和环境条件相似的另一样品的污秽度，作为实验样品的初始污秽度，这可能会产生较大的误差；同时，自然积污绝缘子实验样品数量稀少，非常宝贵，一次实验就要耗费两个样品非常浪费。本发明中的测量方法就有效地改进了这个问题，通过测量实验中污秽流失量和实验后污秽剩余量反推实验前污秽初始量，由此计算污秽流失系数，这样一次实验只需要一个样品就可以进行。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何结构解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方法，这些结构都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，其特征在于，包括：用于给绝缘子（12）喷水的降雨喷头（1）及供水结构，所述供水结构包括出水管（9）、活接头（2）和进水管（10），所述出水管（9）和进水管（10）通过活接头（2）连接，所述进水管（10）包含一段以上可拆卸的水管，所述可拆卸的水管之间通过活接头（2）连接，所述出水管（9）的两侧各安装有若干个出水口，所述出水口与所述降雨喷头（1）可拆卸连接，所述出水口上设置有阀门。

2.根据权利要求1所述的一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，其特征在于，还包括用于固定绝缘子（12）的绝缘子支架（11），所述绝缘子支架（11）为门字型结构，绝缘子支架（11）的横梁上设置有通孔，用以挂置绝缘子（12）。

3.根据权利要求2所述的一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，其特征在于，所述绝缘子支架（11）由一段以上管路通过链杆和接头连接组成，所述管路的长度在0.7m-1.7m之间。

4.根据权利要求2所述的一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，其特征在于，所述通孔的数量为3个，所述出水管（9）的每侧的出水口的数量为3个。

5.根据权利要求4所述的一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，其特征在于，所述降雨喷头（1）的数量为两个，所述降雨喷头（1）可与任意出水口连接以实现不同间距出水，调节降雨密度和均匀度，所述降雨喷头（1）为工业雾化喷嘴，有多种不同孔径和出水量的喷头可供选择。

6.根据权利要求2所述的一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，其特征在于，所述供水结构还包括供水支架（8），所述供水支架（8）由四段可伸缩结构组成，所述供水支架（8）的顶部设置有卡槽（3），用以固定所述出水管（9）。

7.根据权利要求6所述的一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，其特征在于，所述供水支架（8）的高度最大为4.5m。

8.根据权利要求6所述的一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，其特征在于，还包括幕布，所述幕布覆盖在所述绝缘子支架（11）和所述供水支架（8）上。

9.根据权利要求1所述的一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，其特征在于，所述供水结构还包括水泵（5）、回流管和水箱（7），所述水泵（5）通过进水管（10）与水箱（7）相连，所述回流管的一端连接在水泵（5）的下游的进水管（10）上，所述回流管的另一端与水箱（7）相连，回流管的中部设置有泄压阀（6），所述进水管（10）上设置有水压表（4）。

10.一种便携式绝缘子污秽流失系数研究方法，其特征在于，使用权利要求1-9所述任意一种便携式绝缘子污秽流失系数研究装置，包括：

步骤a、将需要进行污秽流失系数研究的绝缘子挂置在绝缘子支架上，做好测量前的准备工作；

步骤b、测量降雨喷头喷出的人工雨水的电导率，根据所述电导率计算得到所述人工雨水单位体积的含盐量，其中，所述降雨喷头与所述出水口可拆卸连接，所述出水管通过活接头与进水管连接，人工雨水的降雨密度和均匀度可调节；

步骤c、利用降雨喷头进行降雨实验，控制所述人工雨水冲洗所述绝缘子，收集冲洗下的污秽，计算收集到的污水的含盐量，所述污水的含盐量减去所述人工雨水的含盐量即为降雨实验中可溶性污秽流失量，测量污水所含的不溶性污秽的质量，即为降雨实验中不溶性污秽流失量；

步骤d、降雨实验结束后，将绝缘子表面剩余的污秽全部清洗下来，测量得到实验后残留的可溶性污秽质量和不溶性污秽质量，根据所述降雨实验中的可溶性污秽流失量和实验后残留的可溶性污秽质量得到实验前的可溶性污秽初始量，进而得到所述绝缘子可溶性污秽的流失系数，根据所述降雨实验中的不溶性污秽流失量和实验后残留的不溶性污秽质量得到实验前的不溶性污秽初始量，进而得到所述绝缘子不溶性污秽的流失系数。

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