CN108896797B - 一种绝缘子闪络后表面电流测量装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高压直流闪络测量领域，具体涉及一种绝缘子闪络后表面电流测量装置及其控制方法，所述装置包括：盆式绝缘子、高压引入端、均压环、金属罐体、电极组、电流表连接流体、电流表、运动导杆和地线；所述方法包括以下步骤：1)形成所述待测绝缘子试样8的升压回路；2)进行匀速升压过程，直至待测绝缘子试样进入闪络过程；3)闪络过程完成后，形成测量回路；4)对待测绝缘子试样的闪络后表面电流进行实时、精确的监测。本发明可以在升压过程与闪络发生过程中隔离电流表，防止闪络发生时测量回路中产生的瞬间大电流将电流表损坏或造成读数不准。
Description
所属技术领域
本发明属于高压直流闪络测量领域，具体涉及一种绝缘子闪络后表面电流测量装置及其控制方法。
背景技术
由于高压直流输电线路的普及，气体绝缘封闭开关设备中的盆式绝缘子及支柱绝缘子作为主要的隔离与支撑部件，与绝缘气体共同作用确保了设备安全可靠运行。然而气-固交界面的存在引起的沿面闪络事故对设备安全造成巨大威胁，并且直流电场作用下更严重的电荷积聚将会带来更为严峻的挑战，其中绝缘材料属于不可自恢复的绝缘介质，一旦表面发生放电对其的损伤可能流致绝缘失效。所以有必要研究绝缘子在直流电压作用下的沿面闪络问题。
现有技术的普通电流表测量不了pA级别的电流，只有精密电流表可以测量闪络过后电流，但当闪络发生瞬间，绝缘子被沿面击穿回路形成通路瞬间产生大量电流影响测量仪器精准度甚至使测量仪器无法正常工作，造成永久性损坏。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种绝缘子闪络后表面电流测量装置，其特征在于，包括：盆式绝缘子、高压引入端、均压环、金属罐体、电极组、电流表连接流体、电流表、运动导杆和地线；
所述盆式绝缘子的中间部分设有孔洞，所述孔洞上设有内螺纹；
所述盆式绝缘子安装在所述金属罐体的上方，其通过螺栓、螺母和密封圈与所述金属罐体进行连接和密封，其中轴线与所述金属罐体的中轴线重合；
所述高压引入端为金属圆柱，其上端设有与所述盆式绝缘子的孔洞的内螺纹相适应的外螺纹，其下端设有外螺纹；
所述高压引入端从所述盆式绝缘子的孔洞引入，其上端与所述孔洞螺纹连接并固定，所述高压引入端的流体中轴线与盆式绝缘子中轴线重合；
所述高压引入端的上端连接外部升压电路；
所述均压环的上端设置内螺纹，与所述高压引入端下端的外螺纹相适应；
所述均压环的上端与所述高压引入端的下端螺纹连接并固定；所述均压环的下端为圆形平面；
所述电极组内部安装有待测绝缘子试样；
所述电极组向上运动，则与所述电流表连接电极分离，与所述均压环接触，从而使电极组与高压引入端和外部升压回路形成待测绝缘子试样的升压回路；
所述电极组向下运动，则与所述均压环分离，与所述电流表连接电极接触，从而使电极组与所述电流表形成测量回路；
所述运动导杆为长圆柱体的上端设置外螺纹，与所述电极组连接；其下端穿过所述金属罐体的底部，可带动所述电极组进行上下移动；
所述电流表连接电极为金属长方体；
所述电流表连接电极的左端焊接在所述金属罐体的外壁的五分之三高度处，其右端位置与所述电极组对应；其左端连接所述电流表；
所述电流表连接地线。
所述金属罐体的材质为铁，其内径为350mm、高为300mm，可承受的最大压力为0.6MPa；所述盆式绝缘子为252kV的直流盆式绝缘子，其材料为环氧树脂。
所述电流表采用Keithley-6514型静电计。
所述电流表连接电极的水平长为200mm，其材质为黄铜；所述高压引入端、均压环的运动导杆的材质为黄铜。
所述电流表连接电极除了其右端与高压电极接触部分以外的部分均涂有绝缘层；所述绝缘涂层的材质为聚四氟乙烯。
所述电极组包括：高压电极、待测绝缘子试样、低压电极、绝缘子支架和绝缘件；
所述高压电极呈“T”形，所述电极组向上运动，则所述高压电极的“一”字区的上表面与所述均压环的下表面接触；所述电极组向下运动，则所述高压电极的“一”字区的下表面与所述电流表连接电极接触；
所述高压电极的下方“|”字区为垂直导杆，其上端与所述“一”字区的中央轴线处焊接，其下端设置内螺纹；
所述针电极的上端设有其设置外螺纹，与所述高压电极的内螺纹相适应；
所述针电极的下端为针尖；
所述低压电极的材质为黄铜，其上端接触所述待测绝缘子试样；其下端为圆柱形，具有外螺纹；
所述高压电极、低压电极与待测绝缘子试样通过绝缘子支架紧密相连；所述高压电极穿过绝缘子支架的上端；所述低压电极穿过绝缘子支架的下端；所述绝缘子支架的上端和下端分别设置调节螺栓，用于将所述高压电极和低压电极固定在任意位置；
所述绝缘件的上端设置内螺纹，与所述低压电极的下端的外螺纹相适应；其下端设置内螺纹，与所述运动导杆上端的外螺纹相适应，并与所述运动导杆螺纹连接。
所述高压电极的上部“一”字区的横向长度为所述金属罐体底部直径的二分之一，其材质为黄铜；所述针电极的材质为钨钢；所述绝缘子支架的材料为亚克力板；所述绝缘件的材质为尼龙。
所述针电极的下端为针尖，其曲率半径为0.8mm，其与所述待测绝缘子试样呈45°夹角并紧密接触。
所述低压电极的上端为同侧有圆倒角的矩形，其非倒角部分接触所述待测绝缘子试样，其倒角部分置于所述金属罐体的气体中。
一种绝缘子闪络后表面电流测量装置的控制方法，采用上述绝缘子闪络后表面电流测量装置，包括以下步骤：
步骤1，由所述运动导杆控制所述电极组向上运动，则与所述电流表连接电极分离，直至与所述均压环接触，从而使电极组与高压引入端和外部升压回路形成待测绝缘子试样的升压回路；
步骤2，通过升压回路对所述待测绝缘子试样进行匀速升压过程，直至所述待测绝缘子试样进入闪络过程；
步骤3，闪络过程完成后，由所述运动导杆控制所述电极组向下运动，则与所述均压环分离，直至与所述电流表连接电极接触，从而使电极组与所述电流表形成测量回路,；
步骤4，通过对所述待测绝缘子试样的闪络后表面电流进行实时、精确的监测。
本发明的有益效果：
本发明提出一种绝缘子闪络后表面电流测量装置及其控制方法，可以在升压过程与闪络发生过程中隔离电流表，防止闪络发生时测量回路中产生的瞬间大电流将电流表损坏或造成读数不准；在闪络过程完成后，对待测绝缘子试样的表面电流进行实时监控测量；
本发明采用Keithley-6514型静电计，具有灵活的接口性能，其电流灵敏度、分辨率和速度都优于其他的静电计、电流表，其速度可达1200个读数/秒，可以精准的监测闪络后各个时刻的表面电流值，解决了闪络后表面电流非常微小，极难准确测得的问题。
本发明操作简单、数据准确、安全性高，具有很好的实用价值。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中所述绝缘子闪络后表面电流测量装置的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中所述电极组与所述电流表连接电极接触时的结构示意图；
图3为本发明具体实施方式中所述针电极与低压电极的结构示意图。
图中：1、盆式绝缘子；2、高压引入端；3、均压环；4、金属罐体；5、高压电极；6、电流表连接电极；7、电流表；8、待测绝缘子试样；9、绝缘子支架；10、低压电极；11、绝缘件；12、运动导杆；13、地线；14、针电极；15、调节螺栓。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明做出进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出一种绝缘子闪络后表面电流测量装置，如图1所示，包括：盆式绝缘子1、高压引入端2、均压环3、金属罐体4、电极组、电流表连接电极6、电流表7、运动导杆12和地线13；
所述金属罐体4用来与外界隔绝，其材质为铁，其内径为350mm、高为300mm，可承受的最大压力为0.6MPa；
所述盆式绝缘子1为252kV的直流盆式绝缘子1，其材料为环氧树脂；其中间部分设有孔洞，所述孔洞上设有内螺纹；所述盆式绝缘子1安装在所述金属罐体4的上方，其通过螺栓、螺母和密封圈与所述金属罐体4进行连接和密封，其中轴线与所述金属罐体4的中轴线重合；
所述高压引入端2为金属圆柱，其材质为黄铜，其上端设有与所述盆式绝缘子1的孔洞的内螺纹相适应的外螺纹，其下端设有外螺纹；所述高压引入端2从所述盆式绝缘子1的孔洞引入，其上端与所述孔洞螺纹连接并固定，所述高压引入端2的流体中轴线与盆式绝缘子1中轴线重合；所述高压引入端2的上端连接外部升压电路，用于向本装置提供升压功能；
所述均压环3的材质为黄铜，其上端设置内螺纹，与所述高压引入端2下端的外螺纹相适应；所述均压环3的上端与所述高压引入端2的下端螺纹连接并固定；所述均压环3的下端为圆形平面；所述均压环3用于防止电极尖端放电，并加大与所述电极组的高压电极5的接触面积，使该装置运行起来更加可靠；
所述运动导杆12为长圆柱体，其材料为黄铜，用与支撑并固定所述电极组；其上端设置外螺纹，与所述电极组连接；其下端穿过所述金属罐体4的底部，可带动所述电极组进行上下移动，与运动控制机构连接；
所述运动控制机构由操作人员控制，其通过运动导杆12控制电极组进行上下运动；
所述电流表连接电极6为金属长方体，水平长为200mm，其材质为黄铜；所述电流表连接电极6的左端焊接在所述金属罐体4的外壁的五分之三高度处，右端上角与所述高压电极5的位置对应，即与所述高压电极5接触部分，用于与所述电极组接触；所述电流表连接电极6除了其右端与所述高压电极5接触部分以外的部分均涂有绝缘层，以防止升压过程中与所述高压电极5发生气体击穿，影响实验结果；其左端连接所述电流表7；
所述绝缘涂层的材质为聚四氟乙烯；
所述电流表7连接地线13，采用Keithley-6514型静电计；
所述电极组内部安装有待测绝缘子试样8；
所述电极组向上运动，则与所述电流表连接电极6分离，直至与所述均压环3接触，如图1所示，从而使电极组与高压引入端2和外部升压回路形成待测绝缘子试样8的升压回路，通过升压回路对所述待测绝缘子试样8进行匀速升压过程，直至所述待测绝缘子试样8进入闪络过程；
所述电极组向下运动，则与所述均压环3分离，直至与所述电流表连接电极6接触，如图2所示，从而使电极组与所述电流表7形成测量回路，对所述待测绝缘子试样8的闪络后表面电流进行实时、精确的监测；
所述电极组包括：高压电极5、待测绝缘子试样8、绝缘子支架9、低压电极10、绝缘件11、针电极14和调节螺栓15；
所述高压电极5呈“T”形，其材质为黄铜，其上部“一”字区横向长度为所述金属罐体4底部直径的二分之一，其材质为黄铜；所述电极组向上运动，则所述高压电极5的“一”字区的上表面与所述均压环3的下表面接触；所述电极组向下运动，则所述高压电极5的“一”字区的下表面与所述电流表连接电极6接触；
所述高压电极5的下方“|”字区为垂直导杆，其上端与所述“一”字区的中央轴线处焊接，其下端设置内螺纹；
所述针电极14的材质为钨钢，其上端设有其设置外螺纹，与所述高压电极5的内螺纹相适应；所述针电极14的下端为针尖，其曲率半径为0.8mm，其与所述待测绝缘子试样8呈45°夹角并紧密接触，如图3所示；
所述待测绝缘子试样8经过打磨、酒精擦拭和烘干处理，以保证其表面光滑无杂质；本实施例中采用的待测绝缘子试样8为环氧树脂复合材料；
所述低压电极10如图3所示，其材质为黄铜，其上端接触所述待测绝缘子试样8；其下端为圆柱形，具有外螺纹；所述低压电极10的上端为同侧有圆倒角的矩形，其非倒角部分接触所述待测绝缘子试样8，其倒角部分置于所述金属罐体4的气体中，用于防止局部场强过高引起的尖端放电；
所述高压电极5、低压电极10与待测绝缘子试样8通过绝缘子支架9紧密相连；所述高压电极5穿过绝缘子支架9的上端；所述低压电极10穿过绝缘子支架9的下端；
所述绝缘子支架9的材料为亚克力板；所述绝缘子支架9的上端和下端分别设置调节螺栓15，用于将所述高压电极5和低压电极10固定在任意位置，以实现对所述高压电极5和低压电极10的间距进行调节，从而控制所述绝缘子与高压电极5和低压电极10接触的紧密程度；
所述绝缘件11的材质为尼龙，用于隔绝所述低压电极10与运动导杆12；所述绝缘件11的上端设置内螺纹，与所述低压电极10的下端的外螺纹相适应；其下端设置内螺纹，与所述运动导杆12上端的外螺纹相适应，并与所述运动导杆12螺纹连接。
一种绝缘子闪络后表面电流测量装置的控制方法，采用上述绝缘子闪络后表面电流测量装置，包括以下步骤：
步骤1，由所述运动导杆12控制所述电极组向上运动，则与所述电流表连接电极6分离，直至与所述均压环3接触，从而使电极组与高压引入端2和外部升压回路形成所述待测绝缘子试样8的升压回路；
步骤2，通过升压回路对所述待测绝缘子试样8进行匀速升压过程，直至所述待测绝缘子试样8进入闪络过程；
步骤3，闪络过程完成后，由所述运动导杆12控制所述电极组向下运动，则与所述均压环3分离，直至与所述电流表连接电极6接触，从而使电极组与所述电流表7形成测量回路；
步骤4，通过对所述待测绝缘子试样8的闪络后表面电流进行实时、精确的监测。
本发明提出一种绝缘子闪络后表面电流测量装置及其控制方法，可以在升压过程与闪络发生过程中隔离电流表，防止闪络发生时测量回路中产生的瞬间大电流将电流表损坏或造成读数不准；在闪络过程完成后，对待测绝缘子试样8的表面电流进行实时监控测量；
本发明采用Keithley-6514型静电计，具有灵活的接口性能，其电流灵敏度、分辨率和速度都优于其他的静电计、电流表，其速度可达1200个读数/秒，可以精准的监测闪络后各个时刻的表面电流值，解决了闪络后表面电流非常微小，极难准确测得的问题。
本发明操作简单、数据准确、安全性高，具有很好的实用价值。
Claims (10)
1.一种绝缘子闪络后表面电流测量装置，其特征在于，包括：盆式绝缘子、高压引入端、均压环、金属罐体、电极组、电流表连接流体、电流表、运动导杆和地线；
所述盆式绝缘子的中间部分设有孔洞，所述孔洞上设有内螺纹；
所述盆式绝缘子安装在所述金属罐体的上方，其通过螺栓、螺母和密封圈与所述金属罐体进行连接和密封，其中轴线与所述金属罐体的中轴线重合；
所述高压引入端为金属圆柱，其上端设有与所述盆式绝缘子的孔洞的内螺纹相适应的外螺纹，其下端设有外螺纹；
所述高压引入端从所述盆式绝缘子的孔洞引入，其上端与所述孔洞螺纹连接并固定，所述高压引入端的流体中轴线与盆式绝缘子中轴线重合；
所述高压引入端的上端连接外部升压电路；
所述均压环的上端设置内螺纹，与所述高压引入端下端的外螺纹相适应；
所述均压环的上端与所述高压引入端的下端螺纹连接并固定；所述均压环的下端为圆形平面；
所述电极组内部安装有待测绝缘子试样；
所述电极组向上运动，则与所述电流表连接电极分离，与所述均压环接触，从而使电极组与高压引入端和外部升压回路形成待测绝缘子试样的升压回路；
所述电极组向下运动，则与所述均压环分离，与所述电流表连接电极接触，从而使电极组与所述电流表形成测量回路；
所述运动导杆为长圆柱体的上端设置外螺纹，与所述电极组连接；其下端穿过所述金属罐体的底部，可带动所述电极组进行上下移动；
所述电流表连接电极为金属长方体；
所述电流表连接电极的左端焊接在所述金属罐体的外壁的五分之三高度处，其右端位置与所述电极组对应；其左端连接所述电流表；
所述电流表连接地线。
2.根据权利要求1所述的绝缘子闪络后表面电流测量装置，其特征在于，所述金属罐体的材质为铁，其内径为350mm、高为300mm，可承受的最大压力为0.6MPa；所述盆式绝缘子为252kV的直流盆式绝缘子，其材料为环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的绝缘子闪络后表面电流测量装置，其特征在于，所述电流表采用Keithley-6514型静电计。
4.根据权利要求1所述的绝缘子闪络后表面电流测量装置，其特征在于，所述电流表连接电极的水平长为200mm，其材质为黄铜；所述高压引入端、均压环的运动导杆的材质为黄铜。
5.根据权利要求1所述的绝缘子闪络后表面电流测量装置，其特征在于，所述电流表连接电极除了其右端与高压电极接触部分以外的部分均涂有绝缘层；绝缘涂层的材质为聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的绝缘子闪络后表面电流测量装置，其特征在于，所述电极组包括：高压电极、待测绝缘子试样、绝缘子支架、低压电极、绝缘件、针电极和调节螺栓；
所述高压电极呈“T”形，所述电极组向上运动，则所述高压电极的“一”字区的上表面与所述均压环的下表面接触；所述电极组向下运动，则所述高压电极的“一”字区的下表面与所述电流表连接电极接触；
所述高压电极的下方“|”字区为垂直导杆，其上端与所述“一”字区的中央轴线处焊接，其下端设置内螺纹；
所述针电极的上端设有其设置外螺纹，与所述高压电极的内螺纹相适应；
所述针电极的下端为针尖；
所述低压电极的材质为黄铜，其上端接触所述待测绝缘子试样；其下端为圆柱形，具有外螺纹；
所述高压电极、低压电极与待测绝缘子试样通过绝缘子支架紧密相连；所述高压电极穿过绝缘子支架的上端；所述低压电极穿过绝缘子支架的下端；所述绝缘子支架的上端和下端分别设置调节螺栓，用于将所述高压电极和低压电极固定在任意位置；
所述绝缘件的上端设置内螺纹，与所述低压电极的下端的外螺纹相适应；其下端设置内螺纹，与所述运动导杆上端的外螺纹相适应，并与所述运动导杆螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的绝缘子闪络后表面电流测量装置，其特征在于，所述高压电极的上部“一”字区的横向长度为所述金属罐体底部直径的二分之一，其材质为黄铜；所述针电极的材质为钨钢；所述绝缘子支架的材料为亚克力板；所述绝缘件的材质为尼龙。
8.根据权利要求6所述的绝缘子闪络后表面电流测量装置，其特征在于，所述针电极的下端为针尖，其曲率半径为0.8mm，其与所述待测绝缘子试样呈45°夹角并紧密接触。
9.根据权利要求6所述的绝缘子闪络后表面电流测量装置，其特征在于，所述低压电极的上端为同侧有圆倒角的矩形，其非倒角部分接触所述待测绝缘子试样，其倒角部分置于所述金属罐体的气体中。
10.一种绝缘子闪络后表面电流测量装置的控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述绝缘子闪络后表面电流测量装置，包括以下步骤：
步骤1，由所述运动导杆控制所述电极组向上运动，则与所述电流表连接电极分离，直至与所述均压环接触，从而使电极组与高压引入端和外部升压回路形成待测绝缘子试样的升压回路；
步骤2，通过升压回路对所述待测绝缘子试样进行匀速升压过程，直至所述待测绝缘子试样进入闪络过程；
步骤3，闪络过程完成后，由所述运动导杆控制所述电极组向下运动，则与所述均压环分离，直至与所述电流表连接电极接触，从而使电极组与所述电流表形成测量回路；
步骤4，通过对所述待测绝缘子试样的闪络后表面电流进行实时、精确的监测。
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