CN108918977B - 一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置及方法，包括：筒状主罐体，筒状主罐体下端固接下盖板，上端搭接盆式绝缘子，下盖板上插设有支撑杆和支撑架，所述支撑杆下端连驱动装置，支撑架上安装有盛装有液氮的玻璃容器，支撑杆上端固接第一固定杆和第二固定杆，第二固定杆的下端固接于垫板，垫板上方设置有固体聚合物试样，固体聚合物试样上方设置有第一电极模型和第二电极模型，固体聚合物试样上方吊设有电极。通过对固体聚合物与液氮溶液之间的距离进行改变，从而达到改变固体聚合物温度的目的，实验进行时不用将罐体打开，使实验进行的时间大大缩短和所需的SF6气体大大减少，节省了成本和时间。
Description
技术领域：
本发明涉及固体绝缘材料放电和高压输电线路技术领域，具体涉及一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置及方法。
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***，其内部气-固交界的部分是整个***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、不同环境温度影响下，GIS/GIL设备内部温度也会随之不同，使固体聚合物绝缘子表面温度进行改变，从而导致固体聚合物绝缘子体积电导率、表面电导率以及介电常数的改变。这类实验研究国内外部分学者已经有了进展，在一些极寒地区GIS/GIL内部温度极低，甚至在零下，并且在负载较小的情况下，导致固体聚合物绝缘子温度极低，影响电介质气固界面闪络特性。因此就急需开展在低温下的气固表面电荷测量的实验研究。
目前国内外学者对于低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置实验研究存在许多不足之处，如：
(1)现阶段实验装置多为大气环境下，进行低温闪络实验，不能进行SF6环境下的沿面闪络实验，与实际严重不符；
(2)现阶段实验能够在SF6环境下进行沿面闪络实验的实验装置，缺少低温下的控温***；
(3)现阶段实验装置大多使用变温片进行改变固体聚合物温度，然而变温片多为金属状，这样的方式会影响电介质气固界面闪络特性，对实验产生一定的影响。
为了能够更加深入的电介质气固界面绝缘子闪络特性，完善气体绝缘电气设备运行的稳定性，促进气体绝缘电气设备的实用化，十分有必要对现有的低温下电介质气固界面沿面闪络实验装置进行改进和完善，使其能够在高压绝缘气体环境下更加安全的、可靠的对盆式绝缘子进行表面电荷测量。
发明内容：
本发明的目的是提供一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置及方法，解决现阶段低温下固体聚合物沿面闪络实验装置不能在低温条件下进行密闭气室中的固体聚合物沿面闪络实验的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，包括：筒状主罐体，所述筒状主罐体下端固接有下盖板，其上端搭接有盆式绝缘子，所述下盖板上开设有两个第一通孔，两个所述第一通孔中分别插设支撑杆，其中一个所述支撑杆下端连接有驱动装置，所述驱动装置带动所述支撑杆上下运动，所述下盖板上设置有支撑架，所述支撑架上安装有玻璃容器，在所述玻璃容器中盛装有液氮，两个所述支撑杆上端固接水平设置的第一固定杆，所述第一固定杆朝向彼此的一端分别固接竖直设置的第二固定杆，两个所述第二固定杆的下端固接于垫板，所述垫板置于液氮上方，在所述垫板上方设置有固体聚合物试样，所述固体聚合物试样上方设置有第一电极模型和第二电极模型，所述固体聚合物试样上方吊设有电极，所述电极与所述第一电极模型及下盖板之间通过第一导线连通，所述第二电极模型与下盖板通过第二导线连通，且在所述第一导线上安装有电阻和电源，所述下盖板通过第三导线与所述第一导线连通后接地。
所述筒状主罐体的侧壁上开设有石英视窗。
所述下盖板上还安装有气管，在所述气管上设置有气阀，以控制气体供入所述筒状主罐体。
所述盆式绝缘子上开设有第二通孔，所述电极插设于所述第二通孔中。
所述第二通孔处设置有密封圈。
所述驱动装置为步进电机。
所述驱动装置的输出轴上分别套设有齿轮，所述支撑杆的杆身上设置有齿条，所述齿轮和齿条相啮合，所述齿轮带动所述齿条运动，进而驱动所述支撑杆直线运动。
所述驱动装置为液压缸或者气缸，所述液压缸或者气缸的活塞杆与所述支撑杆连接。
所述第一电极模型和第二电极模型一端置于所述固体聚合物试样上，其另一端分别通过螺栓固接于所述垫板。
采用上述一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置进行测量的方法，具体步骤如下：
步骤一：检查所述筒状主罐体的气密性；
步骤二：在所述垫板和所述第一电极模型和第二电极模型之间放入固体聚合物试样，在所述第一电极模型和第二电极模型之间留有间隙，通过螺栓将所述第一电极模型和第二电极模型固接于所述垫板，所述垫板在所述液氮上方，使所述固体聚合物试样达到所需温度；
步骤三：对所述筒状主罐体进行抽真空，并在抽真空后对筒状主罐体内的密闭气室充入绝缘气体；
步骤四：接通所述电源，慢慢加压至固体聚合物试样表面发生沿面闪络，观察闪络现象，并记录试验数据；
步骤五：启动驱动装置，驱动支撑杆在垂直方向上升运行，使固体聚合物试样与液氮之间距离增加，至固体聚合物试样温度升高，重复上述步骤一～步骤四，通过调节固体聚合物试样与液氮之间的不同距离，控制固体聚合物试样的温度不同，得到不同温度的试验数据；
步骤六：取出固体聚合物试样，对其表面进行处理，去除掉固体聚合物试样表面积聚的电荷，以排除残余电荷对下次测量的影响。
本发明一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置及方法的有益效果：
1、本发明提出的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，与传统将控温装置放置在罐体外部不同，将控制温度的装置放置在罐体的内部；且本发明的测量装置，特殊设计了一个运动控制***，通过对固体聚合物与液氮溶液之间的距离进行改变，从而达到改变固体聚合物温度的目的，这样使实验进行时不用将罐体打开，进行改变固体聚合物与液氮溶液之间的距离，使实验进行的时间大大缩短，实验所需的SF6气体大大减少，节省了成本和时间；
2、本发明提出的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，使用的液氮沸点是-196℃，可以极大程度的模拟极寒地区的环境，更加贴近实际；
3、本发明提出的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，可以准确的控制支撑杆的运动距离，准确的控制固体聚合物的温度；
4、本发明提出的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，可以在不同气体压强(0.1～0.6MPa)下进行闪络测量实验；
5、本发明提出的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，可以更改不同大小、厚度的绝缘子样件、不同形状的电极结构(如：针板电极、指型电极等)；
6、本发明提出的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，可应用于多种电压形态，交流电压、直流电压、冲击电压等。
附图说明：
图1为本发明一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置的结构示意图；
图2为采用一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置进行测量时的运动状态示意图；
图中：1-筒状主罐体，2-石英视窗，3-下盖板，4-盆式绝缘子，5-支撑杆，6-驱动装置，7-支撑架，8-玻璃容器，9-液氮，10-第一固定杆，11-第二固定杆，12-垫板，13-固体聚合物试样，14-第一电极模型，15-第二电极模型，16-电极，17-第一导线，18-第二导线，19-电阻，20-电源，21-第三导线，22-气阀，23-螺栓。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
根据图1所示，本发明提供的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，包括：筒状主罐体1，所述筒状主罐体1的侧壁上开设有石英视窗2，方便测量过程中观察闪络现象，所述筒状主罐体1下端固接有下盖板3，其上端搭接有盆式绝缘子4，所述下盖板3上开设有两个第一通孔，两个所述第一通孔中分别插设支撑杆5，其中一个所述支撑杆5下端连接有驱动装置6，所述驱动装置6带动所述支撑杆5上下运动，所述下盖板3上设置有支撑架7，所述支撑架7上安装有玻璃容器8，在所述玻璃容器8中盛装有液氮9，两个所述支撑杆5上端固接水平设置的第一固定杆10，所述第一固定杆10朝向彼此的一端分别固接竖直设置的第二固定杆11，两个所述第二固定杆11的下端固接于垫板12，所述垫板12置于液氮9上方，在所述垫板12上方设置有固体聚合物试样13，所述固体聚合物试样13上方设置有第一电极模型14和第二电极模型15，所述固体聚合物试样13上方吊设有电极16，所述电极16与所述第一电极模型14及下盖板3之间通过第一导线17连通，所述第二电极模型15与下盖板3通过第二导线18连通，且在所述第一导线17上安装有电阻19和电源20，所述下盖板3通过第三导线21与所述第一导线17连通后接地。
进一步地，在所述下盖板3上还安装有气管，在所述气管上设置有气阀22，以控制气体供入所述筒状主罐体1，在气管与下盖板3接触处也设置有密封圈，还可以在筒状主罐体1上安装气压计，用于测量筒状主罐体1内部气体压力，当检测到的筒状主罐体1内部的气体压力超过设定值时，断开气阀22。
进一步地，在所述盆式绝缘子4上开设有第二通孔，所述电极16插设于所述第二通孔中，且在所述第二通孔处设置有密封圈。
进一步地，所述驱动装置6为步进电机，所述驱动装置6的输出轴上分别套设有齿轮，所述支撑杆5的杆身上设置有齿条，所述齿轮和齿条相啮合，所述齿轮带动所述齿条运动，进而驱动所述支撑杆5直线运动。
进一步地，在所述驱动装置6为液压缸或者气缸，所述液压缸或者气缸的活塞杆与所述支撑杆5连接。
进一步地，所述第一电极模型14和第二电极模型15一端置于所述固体聚合物试样13上，其另一端分别通过螺栓23固接于所述垫板12。
根据图2所示，上述一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置进行测量的方法，具体步骤如下：
步骤一：检查所述筒状主罐体1的气密性；
步骤二：在所述垫板12和所述第一电极模型14和第二电极模型15之间放入固体聚合物试样13，在所述第一电极模型14和第二电极模型15之间留有间隙，通过螺栓23将所述第一电极模型14和第二电极模型15固接于所述垫板12，所述垫板12在所述液氮9上方，使所述固体聚合物试样13达到所需温度；
步骤三：对所述筒状主罐体1进行抽真空，并在抽真空后对筒状主罐体1内的密闭气室充入绝缘气体，在本实施例中，绝缘气体为SF6；
步骤四：接通所述电源20，慢慢增加电压至固体聚合物试样13表面发生沿面闪络，观察闪络现象，并记录试验数据，所述电压可以是直流、交流或者冲击电压，且电压可以根据需要调整大小；
步骤五：启动驱动装置6，驱动支撑杆5在垂直方向上升运行，使固体聚合物试样13与液氮9之间距离增加，至固体聚合物试样13温度升高，重复上述步骤一～步骤四，通过调节固体聚合物试样13与液氮9之间的不同距离，控制固体聚合物试样13的温度不同，得到不同温度的试验数据；
步骤六：取出固体聚合物试样13，对其表面进行处理，去除掉固体聚合物试样13表面积聚的电荷，以排除残余电荷对下次测量的影响，在本实施例中，具体是用无水乙醇擦拭后放置1-2天，以备下次使用。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，其特征在于，包括：筒状主罐体，所述筒状主罐体下端固接有下盖板，其上端搭接有盆式绝缘子，所述下盖板上开设有两个第一通孔，两个所述第一通孔中分别插设支撑杆，其中一个所述支撑杆下端连接有驱动装置，所述驱动装置带动所述支撑杆上下运动，所述下盖板上设置有支撑架，所述支撑架上安装有玻璃容器，在所述玻璃容器中盛装有液氮，两个所述支撑杆上端固接水平设置的第一固定杆，所述第一固定杆朝向彼此的一端分别固接竖直设置的第二固定杆，两个所述第二固定杆的下端固接于垫板，所述垫板置于液氮上方，在所述垫板上方设置有固体聚合物试样，所述固体聚合物试样上方设置有第一电极模型和第二电极模型，所述固体聚合物试样上方吊设有电极，所述电极与所述第一电极模型及下盖板之间通过第一导线连通，所述第二电极模型与下盖板通过第二导线连通，且在所述第一导线上安装有电阻和电源，所述下盖板通过第三导线与所述第一导线连通后接地；
所述驱动装置为步进电机或液压缸或者气缸，驱动装置为步进电机时，所述驱动装置的输出轴上分别套设有齿轮，所述支撑杆的杆身上设置有齿条，所述齿轮和齿条相啮合，所述齿轮带动所述齿条运动，进而驱动所述支撑杆直线运动；所述驱动装置为液压缸或者气缸时，液压缸或者气缸的活塞杆与所述支撑杆连接；
所述第一电极模型和第二电极模型一端置于所述固体聚合物试样上，其另一端分别通过螺栓固接于所述垫板；
采用一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置进行测量的方法，具体步骤如下：
步骤一：检查所述筒状主罐体的气密性；
步骤二：在所述垫板和所述第一电极模型和第二电极模型之间放入固体聚合物试样，在所述第一电极模型和第二电极模型之间留有间隙，通过螺栓将所述第一电极模型和第二电极模型固接于所述垫板，所述垫板在所述液氮上方，使所述固体聚合物试样达到所需温度；
步骤三：对所述筒状主罐体进行抽真空，并在抽真空后对筒状主罐体内的密闭气室充入绝缘气体；
步骤四：接通所述电源，慢慢加压至固体聚合物试样表面发生沿面闪络，观察闪络现象，并记录试验数据；
步骤五：启动驱动装置，驱动支撑杆在垂直方向上升运行，使固体聚合物试样与液氮之间距离增加，至固体聚合物试样温度升高，重复上述步骤一～步骤四，通过调节固体聚合物试样与液氮之间的不同距离，控制固体聚合物试样的温度不同，得到不同温度的试验数据；步骤六：取出固体聚合物试样，对其表面进行处理，去除掉固体聚合物试样表面积聚的电荷，以排除残余电荷对下次测量的影响。
2.根据权利要求1所述的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，其特征在于：所述筒状主罐体的侧壁上开设有石英视窗。
3.根据权利要求1所述的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，其特征在于：所述下盖板上还安装有气管，在所述气管上设置有气阀，以控制气体供入所述筒状主罐体。
4.根据权利要求1所述的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，其特征在于：所述盆式绝缘子上开设有第二通孔，所述电极插设于所述第二通孔中。
5.根据权利要求4所述的一种低温条件下电介质气固界面闪络特性测量装置，其特征在于：所述第二通孔处设置有密封圈。
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