一種空氣間隙擊穿試驗臺及空氣間隙擊穿試驗方法

2023-07-22 14:12:06

一種空氣間隙擊穿試驗臺及空氣間隙擊穿試驗方法
【專利摘要】本發明屬於電氣設備中空氣間隙的絕緣水平測試領域，具體涉及一種空氣間隙擊穿試驗臺及空氣間隙擊穿試驗方法。空氣間隙擊穿試驗臺的絕緣支架和升降臺固定在底座上；絕緣支架的表面呈螺紋狀；升降臺上安裝電動伸縮杆或板電極，電動伸縮杆的上部與多種電極連接；電動伸縮杆正上方的絕緣支架上所開的螺紋孔連接棒多種電極；絕緣支架的橫梁上固定有紅外測距儀，紅外測距儀的外層由絕緣材料包裹；試驗控制臺控制升降臺和電動伸縮杆動作。本發明通過改變電極類型，可以分別完成球隙、棒-棒與棒-板三種典型空氣間隙的擊穿試驗，試驗臺結構簡單，操作方便，能夠安全、準確、快捷的完成空氣間隙擊穿試驗，提高了試驗效率。
【專利說明】一種空氣間隙擊穿試驗臺及空氣間隙擊穿試驗方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於電氣設備中空氣間隙的絕緣水平測試領域，具體涉及一種空氣間隙擊 穿試驗臺及空氣間隙擊穿試驗方法。

【背景技術】
[0002] 隨著我國工業的快速發展，局部地區空氣汙染日益嚴重，20世紀90年代以來災難 性的電網大面積汙閃事件在全國較大範圍內頻頻發生，對電氣設備的外絕緣造成了較大的 影響，嚴重威脅電力系統的安全運行。電氣設備的外絕緣包含絕緣子與空氣間隙，故空氣間 隙的放電特性是決定電氣設備外絕緣水平的重要因素之一。
[0003] 為了確保電氣設備在投運之後的安全性與經濟性，在設備試驗階段都要對其存在 的空氣間隙的絕緣水平進行試驗。電氣設備中很少有均勻電場的情況，但對高壓設備絕緣 結構中的不均勻電場還要區分兩種不同的情況，即稍不均勻電場和極不均勻電場，這兩種 不均勻電場的放電特點是不同的。例如，全封閉組合電器（GIS)的母線筒即為典型的稍不 均勻電場，稍不均勻電場的空氣間隙可以用球隙模擬。高壓輸電線之間的空氣絕緣和實驗 室中高壓發生器的輸出端和牆的空氣絕緣則是極不均勻電場的典型實例，極不均勻電場的 空氣間隙一般用棒-板。除此之外，可以用棒-棒空氣間隙來模擬均勻電場中的空氣間隙。
[0004] 目前，空氣間隙擊穿試驗已經取得了一定的成果。其中，用於模擬稍不均勻電場的 測量球隙裝置比較成熟，可以利用電動伸縮杆來精確地調整球隙間的距離，同時對球間隙 距離與球直徑的比值以及球桿、操作機構、絕緣支撐、支撐構架連接到被測電壓點的引線的 尺寸與位置做出了規定。但是，現階段所用的測量球隙也存在一些不足之處。例如現有的 測量球隙所用的球電極直徑都是固定，究其原因主要是現有裝置只利用電動伸縮杆來調節 空氣間隙，行程較短，如改變球電極的直徑，可能會造成直徑與球隙的比值不滿足規定。目 前為止，並沒有成熟的絕緣支撐裝置用於模擬極不均勻電場的棒-板空氣間隙以及模擬均 勻電場棒-棒空氣間隙。實驗中只是簡單的將棒-板或棒-棒兩級固定在某個位置使其保 持一定的空氣間隙距離，因此增大了棒-板或棒-棒空氣間隙擊穿試驗的不確定性，同時也 使試驗操作更為繁雜，延長了試驗周期。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於提高空氣間隙擊穿實驗的適用性和穩定性，將實驗操作簡單 化，縮短試驗周期，提供了一種空氣間隙擊穿試驗臺及空氣間隙擊穿試驗方法。
[0006] 為解決上述問題，本發明的技術方案如下：
[0007] 空氣間隙擊穿試驗臺的絕緣支架和升降臺固定在底座上。絕緣支架的表面呈螺紋 狀，這樣一方面可以減小絕緣支架的尺寸，節省了絕緣材料，降低了成本；另一方面也可以 增大絕緣支架表面的洩漏距離，減小絕緣支架的洩漏電流，使得試驗結果更為準確。升降臺 上安裝電動伸縮杆或板電極。電動伸縮杆的上部與棒電極或多種尺寸的球電極連接。電動 伸縮杆正上方的絕緣支架上開有螺紋孔，所述螺紋孔連接棒電極或多種尺寸的球電極。測 量球的標準球徑 D 為：2cm、5cm、6. 25cm、10cm、12. 5cm、15cm、25cm、50cm、75cm、100cm、150cm 及200cm。絕緣支架的橫梁上固定有紅外測距儀，垂直向下發射紅外線。紅外測距儀的外層 由絕緣材料包裹，防止其對支架洩漏距離造成影響。
[0008] 試驗控制臺包含手動控制單兀和電腦控制單兀I ;手動控制單兀與升降臺和電動伸 縮杆連接，手動控制單元設有鑰匙開關、電源按鈕、紅外測距電源按鈕、報警燈和停止按鈕； 電腦控制單元與紅外測距儀連接並計算空氣間隙距離，電腦控制單元上設有交互界面。
[0009] 紅外測距儀所測距離為環氧樹脂支架橫梁下表面到升降臺的距離，所測數據通過 數據線輸入到電腦控制單元中。在電腦控制單元中，輸入上、下電極的長度，由紅外測距儀 測得的距離減去上、下球電極的直徑或上、下棒電極的長度，電動伸縮杆上升的距離，得到 當前的空氣間隙距離。手動控制單元控制升降臺與電動伸縮杆的動作，配合紅外測距儀，能 夠實現空氣間隙距離的粗、細調節，保證了間隙距離的準確性。
[0010] 本發明所述絕緣支架的製作材料為環氧樹脂。
[0011] 本發明所述底座上還固定有肋板，肋板與絕緣支架固定。
[0012] 本發明所述底座下方設有滑輪，方便空氣間隙擊穿試驗臺的整體移動。
[0013] 本發明所述球電極的表面光滑、曲率均勻，材料為紫銅或黃銅。所述棒電極為圓柱 型，放電端部呈圓錐狀。
[0014] 本發明所述電動伸縮杆的底部為法蘭結構，電動伸縮杆通過所述法蘭結構固定於 升降臺上，如需對電動伸縮杆拆卸，操作方便。
[0015] 基於所述空氣間隙擊穿試驗臺的空氣間隙擊穿實驗方法，由以下步驟完成：
[0016] 1)將所述空氣間隙擊穿試驗臺移動到開闊區域，根據所加電壓的等級保證安全距 離；
[0017] 2)將絕緣支架的底座以及試驗控制臺接地；
[0018] 3)根據以下情況選擇電極：
[0019] 模擬不均勻電場時，使用球隙空氣間隙模型，根據要試驗的空氣間隙距離的範圍， 確定球球電極的半徑；在升降臺上安裝電動伸縮杆，電動伸縮杆和絕緣支架上均安裝球電 極；
[0020] 球隙空氣間隙模型的實際試驗條件下的擊穿電壓為：

【權利要求】
1. 一種空氣間隙擊穿試驗臺，其特徵在於，絕緣支架（1)和升降臺（3)固定在底座（5) 上；絕緣支架（1)為倒"L"形，其表面呈螺紋狀；升降臺（3)上直接安裝板電極，或通過電 動伸縮杆（2)安裝棒電極或球電極；絕緣支架（1)的橫杆部分位於升降臺（3)的正上方，並 安裝棒電極或球電極；絕緣支架（1)的橫杆部分還安裝正對升降臺（3)臺面的紅外測距儀 ⑵。 試驗控制臺（11)分為手動控制單元和電腦控制單元；手動控制單元與升降臺（3)、電 動伸縮杆（2)連接，電腦控制單元與紅外測距儀（7)連接並計算空氣間隙距離。
2. 根據權利要求1所述的空氣間隙擊穿試驗臺，其特徵在於，所述絕緣支架（1)的材料 為環氧樹脂。
3. 根據權利要求1所述的空氣間隙擊穿試驗臺，其特徵在於，所述底座（5)上還設有肋 板（6)，肋板（6)與絕緣支架⑴固定。
4. 根據權利要求1所述的空氣間隙擊穿試驗臺，其特徵在於，所述底座（5)的下表面安 裝有多個滑輪（4)。
5. 根據權利要求1所述的空氣間隙擊穿試驗臺，其特徵在於，所述球電極的表面光滑、 曲率均勻，材料為紫銅或黃銅；所述棒電極為圓柱型，放電端部呈圓錐狀。
6. 根據權利要求1所述的空氣間隙擊穿試驗臺，其特徵在於，所述電動伸縮杆⑵的底 部為法蘭結構，電動伸縮杆（2)通過所述法蘭結構固定於升降臺（3)上。
7. -種基於權利要求1所述試驗臺的空氣間隙擊穿實驗方法，其特徵在於，按以下步 驟完成： 1) 將所述空氣間隙擊穿試驗臺移動到開闊區域，根據所加電壓的等級保證安全距離； 2) 將絕緣支架的底座以及試驗控制臺接地； 3) 根據以下情況選擇電極： 模擬不均勻電場時，使用球隙空氣間隙模型，根據要試驗的空氣間隙距離的範圍，確定 球球電極的半徑；在升降臺上安裝電動伸縮杆，電動伸縮杆和絕緣支架上均安裝球電極； 球隙空氣間隙模型的實際試驗條件下的工頻擊穿電壓為：
模擬對稱電場時，使用棒-棒空氣間隙模型，在升降臺上安裝電動伸縮杆，電動伸縮杆 和絕緣支架上均安裝棒電極； 模擬極不對稱電場時，使用棒-板空氣間隙模型，在升降臺上安裝板電極，絕緣支架上 安裝棒電極； 棒-棒空氣間隙模塑的實際試驗條件下的擊穿電壓為：
棒-板空氣間隙模型的實際試驗條件下的擊穿電壓為：

各式中，Utl為標準大氣條件下的擊穿電壓，kV ;KS為空氣密度校正係數；P為實際大氣 壓，kPa，pQ = 101. 3kPa ; Θ為實際溫度，°C，Θ Q = 20°C ;m、η與電極形狀、間隙大小以及 電壓形式和極性有關，其值在0. 4?I. 0範圍內變化，具體數值參照GB311. 1-2012《高壓輸 變電設備的絕緣配合》； Kh為溼度校正係數；k為與絕對溼度及電壓形式有關的常數，具體數值參見 GB311. 1-2012《高壓輸變電設備的絕緣配合》;w為與電報形狀、極間距離以及電壓形式和極 性有關的常數，具體數值參見GB311. 1-2012《高壓輸變電設備的絕緣配合》； f為電場不均勻係數；d為空氣間隙距離，cm ;r為球電極半徑，cm ; 4) 開啟紅外測距儀； 5) 在電腦控制單元的交互界面上選擇電極類型，輸入球電極的半徑或棒電極的長度， 並設定空氣間隙距離的範圍； 6) 利用手動控制單元，控制升降臺對空氣間隙距離進行粗調節，控制電動伸縮杆對空 氣間隙距離進行微調節，達到準確的空氣間隙距離； 7) 空氣間隙距離調整到需要的距離後，給絕緣支架上的電極通電，完成實驗。
8. 根據權利要求7所述的空氣間隙擊穿實驗方法，其特徵在於，所述球隙空氣間隙模 型的空氣間隙距離與球電極的半徑之比小於等於0. 5 ; 所述棒-棒空氣間隙模型的空氣間隙距離為整個絕緣支架高度的〇. 02至0. 4倍，且不 大於I. 5m ; 所述棒-板空氣間隙模型的空氣間隙距離為整個絕緣支架高度的〇. 02至0. 7倍，且不 大於I. 5m。
9. 根據權利要求7所述的空氣間隙擊穿實驗方法，其特徵在於，所述調節空氣間隙距 離的過程中，空氣間隙距離超過推薦範圍時，試驗控制臺的報警燈亮起；當空氣間隙距離小 於0. 5cm時觸發試驗控制臺的停止按鈕，升降臺與電動伸縮杆停止動作，報警燈閃爍。
【文檔編號】G01R31/12GK104391233SQ201410673476
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】耿江海, 周松松 申請人:華北電力大學（保定）