一種用於在帶電絕緣子表面著生藻類的環境模擬裝置及方法與流程

2023-07-07 12:54:56 3

本發明涉及高電壓與絕緣技術領域，特別是一種用於在帶電絕緣子表面著生藻類的環境模擬裝置及方法。

背景技術：

在中國西南和南方等地區，氣候溫暖溼潤，適宜藻類等微生物生長，因此近年來在四川、重慶、廣東、廣西、雲南等地區逐漸發現絕緣子表面生長藻類的情況，其中複合絕緣子和RTV塗層絕緣子表面居多，瓷和玻璃絕緣子表面亦有。藻類孢子經氣流運輸，降落在絕緣子表面，絕緣子表面的自然汙穢中含有多種有機物和無機物成分，可以為藻類孢子提供營養物質，在適宜的溫度、溼度和光照條件下，藻類孢子發育成藻類。瑞典、日本、比利時、美國和印度等國家的學者發現當地輸變電絕緣子表面寄生了藻類、真菌和細菌等微生物，並總結出該現象存在於全球熱帶、亞熱帶以及部分溫帶地區。

國內外研究表明，藻類的存在對絕緣子憎水性、閃絡特性和絕緣材料本身性能會產生不利的影響。目前國內外關於藻類對絕緣子外絕緣性能的研究，僅限於針對實際運行的輸變電絕緣子。由於直接獲取生長藻類的在運絕緣子的可行性較低，使得實際絕緣子試驗的可重複性不高，加之不同地域的植被差異，絕緣子表面藻類的種類有所不同，從而造成難以深入、全面地研究藻類對絕緣子外絕緣的影響，迄今無法找到統一的影響規律。

技術實現要素：

本發明的主要目的在於克服現有技術的不足，提供一種用於在帶電絕緣子表面著生藻類的環境模擬裝置及方法。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種用於在帶電絕緣子表面著生藻類的環境模擬裝置，包括裝置殼體、絕緣子供電系統、藻類接種系統、氣候條件控制系統、藻類營養供應系統、空氣調節通道和監控系統，絕緣子安裝於所述裝置殼體的內部，所述絕緣子供電系統向所述絕緣子施加預定的交流或直流電壓，所述藻類接種系統向所述絕緣子的表面接種藻種，所述氣候條件控制系統控制所述裝置殼體內的包括溫度、溼度、光照、降雨和風力在內的氣候條件，使得藻類在所述絕緣子的表面著生，所述藻類營養供應系統為藻類擴大生長提供所需的營養，所述空氣調節通道使空氣在所述裝置殼體的內部可控地流通，所述監控系統監測藻類在所述絕緣子的表面的生長情況。

進一步地：

所述絕緣子為支柱絕緣子和/或懸式絕緣子，所述絕緣子的絕緣材料為複合絕緣材料，所述支柱絕緣子安放於所述裝置殼體的內部底面，所述懸式絕緣子懸掛於所述裝置殼體的內部上方。

所述絕緣子供電系統通過設置在所述裝置殼體上的穿牆套管向所述裝置殼體內引入高壓電源以向所述絕緣子施加預定的交流或直流電壓，優選地，所述高壓電源為容量為50kVA、最高輸出電壓為50kV的交直流兩用的高壓電源。

所述藻類接種系統包括噴淋系統，通過所述噴淋系統將藻液噴灑至所述絕緣子的表面以接種藻種。

所述氣候條件控制系統提供-20～+70℃的溫度可控範圍，10～95％的相對溼度可控範圍；400～1200W/㎡的光照可控範圍，優選使用氙燈模擬實際太陽光；並使用噴淋系統模擬降雨，噴淋時間可調，優選平均降水量為1mm/min；以及風速和方向可調的風扇，優選使用外轉子軸流風扇；優選地，採用製冷系統進行製冷和除溼，採用加溼系統進行加溼和加熱，更優選以鎳鉻合金電熱絲式電加熱器作為主要熱源，為裝置內升溫和溫度點冷熱平衡提供所需的熱量，以不鏽鋼鎧裝加熱器提供水汽化所需要的熱量。

所述藻類營養供應系統在藻類生長過程中，適時向所述絕緣子的表面施加培養液和/或顆粒物，為藻類在所述絕緣子的表面擴大生長提供可溶和/或不可溶的營養物質，優選地，通過噴淋系統進行培養液的噴灑。

所述培養液為適宜藻類生長的液體培養基，所述顆粒物在PM100～1000範圍內，至少部分顆粒物沉積於所述絕緣子的表面，使得藻類獲取生命所需的不可溶的營養物質。

所述氣候條件控制系統包括蒸發器和加熱器，所述空氣調節通道配備有離心風機，通過所述離心風機將所述裝置殼體內部通過所述蒸發器和所述加熱器處理的空氣進行攪拌，然後送出所述裝置殼體，使空氣在所述裝置殼體的內外之間循環，優選地，所述空氣調節通道上設置通道熱保護裝置，當通道溫度超出設定的保護限時切斷所述加熱器。

所述監控系統包括設置於所述裝置殼體內的攝像頭以及與所述攝像頭相連的存儲與顯示設備，所述監控系統實時監測所述絕緣子表面的水珠狀態以及所述絕緣子表面的藻類生長狀況。

一種在帶電絕緣子表面著生藻類的方法，所述方法使用所述的環境模擬裝置在帶電絕緣子表面著生藻類並進行監測，優選地，所述方法包括以下步驟：

(1)在支柱或懸式絕緣子表面刷塗預定汙穢，將支柱絕緣子安放於裝置內部底面，和/或將懸式絕緣子懸掛於裝置內部上方，採用高壓電源系統經穿牆套管給絕緣子施加預定的交流或直流電壓；

(2)通過裝置內部的噴淋系統向絕緣子表面接種少量藻種，控制並改變裝置內的溫度、溼度、光照、降雨和風力，全方位模擬溫溼氣候地區的氣候條件，為絕緣子表面藻類的著生提供適宜的環境；

(3)在藻類著生過程中，適時噴淋培養液、通入顆粒物，為絕緣子表面上藻類擴大生長提供可溶和/或不可溶的營養物質。

本發明的有益效果：

本發明提供一種在帶電絕緣子表面著生藻類的環境模擬裝置及使用該裝置在帶電絕緣子表面著生藻類的方法，利用該環境模擬裝置，可以通過模擬溫溼氣候地區的溫度、溼度、光照、降雨、風力和汙染等環境因素，實現在施加了高電壓的支柱絕緣子、懸式絕緣子的表面模擬真實自然環境著生藻類並進行實驗監測的目的。本發明的環境模擬裝置及其使用方法是在經過大量現場調研的基礎上，通過在實驗室反覆模擬帶電絕緣子表面的藻類生長過程而總結、設計出來的。本環境模擬裝置及其使用方法可以在實驗室很好地重現實際絕緣子表面生長藻類的現象，從而予以充分研究。本發明環境模擬裝置及方法對於解決高電壓與絕緣技術領域的新難題以及保障電力系統的可靠運行具有重要的學術價值和工程意義。

附圖說明

圖1a為本發明一種實施例的環境模擬裝置外部主視圖；

圖1b為本發明一種實施例的環境模擬裝置外部左視圖；

圖1c為本發明一種實施例的環境模擬裝置外部右視圖；

圖1d為本發明一種實施例的環境模擬裝置外部俯視圖；

圖2a為本發明一種實施例的環境模擬裝置正面剖視圖；

圖2b為圖2a所示裝置的A-A剖視圖；

圖3為本發明一種實施例的方法在帶電絕緣子表面著生藻類的流程圖。

具體實施方式

以下對本發明的實施方式作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。

參閱圖1a至圖3，在一種實施例中，一種用於在帶電絕緣子表面著生藻類的環境模擬裝置，包括裝置殼體1、絕緣子供電系統、藻類接種系統、氣候條件控制系統、藻類營養供應系統、空氣調節通道3和監控系統，絕緣子安裝於所述裝置殼體1的內部，所述絕緣子供電系統向所述絕緣子施加預定的交流或直流電壓，所述藻類接種系統向所述絕緣子的表面接種藻種，所述氣候條件控制系統控制所述裝置殼體1內的包括溫度、溼度、光照、降雨和風力在內的氣候條件，使得藻類在所述絕緣子的表面著生，所述藻類營養供應系統為藻類擴大生長提供所需的營養，所述空氣調節通道3使空氣在所述裝置殼體1的內部可控地流通，所述監控系統4監測藻類在所述絕緣子的表面的生長情況。

本環境模擬裝置適用於整體或表層為複合絕緣材料的絕緣子，包括複合絕緣子和塗覆了室溫硫化矽橡膠的電瓷絕緣子、玻璃絕緣子等。絕緣子帶電前可以刷塗預定數量的汙穢。

在優選的實施例中，所述絕緣子為支柱絕緣子和/或懸式絕緣子，所述絕緣子的絕緣材料為複合絕緣材料，所述支柱絕緣子安放於所述裝置殼體1的內部底面，所述懸式絕緣子可通過懸掛支架組件13懸掛於所述裝置殼體1的內部上方。

在優選的實施例中，所述絕緣子供電系統通過設置在所述裝置殼體1上的穿牆套管向所述裝置殼體1內引入高壓電源以向所述絕緣子施加預定的交流或直流電壓。更優選地，所述高壓電源為容量為50kVA、最高輸出電壓為50kV的交直流兩用的高壓電源。裝置殼體1的外側上可設置電控櫃12。

在優選的實施例中，所述藻類接種系統包括噴淋系統，通過所述噴淋系統將藻液噴灑至所述絕緣子的表面以接種藻種。噴淋系統可以採用噴淋泵，噴淋泵連接到裝置殼體1上的輸液入口7和輸液出口8。可在裝置的上部布置輸水管9和連接輸水管的排水管10，輸水管9上可布置噴頭。輸水管9可以是不鏽鋼管或金屬軟管。排水管10連接到地漏19，排水管上可設置電動球閥11。優選地，裝置殼體內部可以豎直布置與輸水管9相連的噴淋管14，噴淋管14上設置噴頭。

在優選的實施例中，所述氣候條件控制系統提供-20～+70℃的溫度可控範圍，10～95％的相對溼度可控範圍；400～1200W/㎡的光照可控範圍，優選使用氙燈15模擬實際太陽光。氙燈15可以採用直流水冷，將氙燈15連接冷凍水入口17和冷凍水入口18。進一步地，還可增加紫外燈16。氣候條件控制系統使用噴淋系統模擬降雨，噴淋時間可調，優選平均降水量為1mm/min；以及風速和方向可調的風扇，優選使用外轉子軸流風扇，風機轉速可採用電位計調節，；優選地，採用製冷系統進行製冷和除溼，採用加溼系統進行加溼和加熱，更優選以鎳鉻合金電熱絲式電加熱器作為主要熱源，為裝置內升溫和溫度點冷熱平衡提供所需的熱量，以不鏽鋼鎧裝加熱器提供水汽化所需要的熱量。裝置殼體1上可設置溫度控制器6以進行溫度控制。

在優選的實施例中，所述藻類營養供應系統在藻類生長過程中，適時向所述絕緣子的表面施加培養液和/或顆粒物，為藻類在所述絕緣子的表面擴大生長提供可溶和/或不可溶的營養物質，優選地，通過噴淋系統進行培養液的噴灑。

在優選的實施例中，所述培養液為適宜藻類生長的液體培養基，所述顆粒物在PM100～1000範圍內，至少部分顆粒物沉積於所述絕緣子的表面，使得藻類獲取生命所需的不可溶的營養物質。

在優選的實施例中，所述氣候條件控制系統包括蒸發器和加熱器，所述空氣調節通道3配備有離心風機2，通過所述離心風機2將所述裝置殼體內部通過所述蒸發器和所述加熱器處理的空氣進行攪拌，然後送出所述裝置殼體，使空氣在所述裝置殼體的內外之間循環，更優選地，所述空氣調節通道3上設置通道熱保護裝置，當通道溫度超出設定的保護限時切斷所述加熱器。

在優選的實施例中，所述監控系統4包括設置於所述裝置殼體1內的攝像頭以及與所述攝像頭相連的存儲設備與顯示設備5，所述監控系統4實時監測所述絕緣子表面的水珠狀態以及所述絕緣子表面的藻類生長狀況。

參閱圖1a至圖3，在另一種實施例中，一種在帶電絕緣子表面著生藻類的方法，所述方法使用前述任一實施例的環境模擬裝置在帶電絕緣子表面著生藻類並進行監測。

在優選的實施例中，所述方法包括以下步驟：

(1)在支柱或懸式絕緣子表面刷塗預定汙穢，將支柱絕緣子安放於裝置內部底面，和/或將懸式絕緣子懸掛於裝置內部上方，採用高壓電源系統經穿牆套管給絕緣子施加預定的交流或直流電壓；

(2)通過裝置內部的噴淋系統向絕緣子表面接種少量藻種，控制並改變裝置內的溫度、溼度、光照、降雨和風力等條件，全方位模擬溫溼氣候地區的氣候條件，為絕緣子表面藻類的著生提供適宜的環境；

(3)在藻類著生過程中，適時噴淋培養液、通入顆粒物，為絕緣子表面上藻類擴大生長提供可溶和/或不可溶的營養物質。

以下結合實例對本發明具體實施例的特徵進行進一步詳細說明。

實現絕緣子帶電：

在裝置外部，放置容量為50kVA、最高輸出電壓為50kV的交直流兩用的高壓電源。在裝置左壁上，在離裝置底面800mm處，鑿一個直徑200mm的孔，用於安裝例如40.5kV額定電壓等級的複合穿牆套管。高壓電源通過穿牆套管給裝置內部的絕緣子施加交流或直流高電壓。

在裝置內部頂部，布置採用不鏽鋼方管加工而成的樣品機架，樣品機架最多可同時懸掛多個電壓等級例如為35kV的懸式絕緣子。裝置內部底板承重500kg/m2(均勻負載)，採用改進型底板設計，保障底板的整體承壓強度，最多可以同時安放多個電壓等級例如為35kV的支柱絕緣子。

實現向絕緣子表面接種少量藻種：

從現場絕緣子表面取得一部分藻種，在實驗室經過分離和純化後，在液體培養基中進行培養，獲得一定數量的藻液。

採用不鏽鋼立式多級離心泵，通過布置於裝置內部的噴淋系統將少量藻液噴灑至絕緣子表面，即實現對帶電絕緣子表面接種少量藻種的目的。

實現氣候條件控制：

裝置的溫度和溼度性能指標如表1所示。

表1裝置的溫溼度性能指標

採用製冷系統兼做製冷和除溼功能。工作方式為機械壓縮單級製冷方式，冷卻方式為風冷式。蒸發器採用翅片式表面冷卻換熱器，翅片採用鍍親水膜鋁片，放置於通道內，為室內空氣的熱交換或溫度平衡時使用。冷凝器採用管翅式散熱器。控制系統根據不同的實測溫度設定溫度，結合加熱輸出、加溼輸出、降溫速度等過程參數，實時動態調節壓縮機的工作狀況(壓縮機開停、製冷閥開關、調節閥開關等)，確保在保證升降溫性能的前提下節能運行。

採用加溼系統兼做加溼和加熱功能。工作方式為電加熱蒸汽加溼方法。加熱器採用不鏽鋼鎧裝加熱器，提供水汽化所需要的熱量。加熱器控制方式微：由控制器通過測定箱內的溼度和溫度與設定的溼度和溫度比較，通過脈衝輸出控制固態繼電器輸出達到控制加溼量的大小。工作原理為：去離子水加到加溼系統的水容器後，由電加熱器對水加熱，水沸騰後產生高溫高壓水蒸汽，隨風機產生的風送至箱內各處，達到設備所需的溼度要求。

採用蒸發器作為裝置內部的主要冷源，是制冷機組的冷量與裝置內部熱空氣進行能量交換的主要部件。

採用鎳鉻合金電熱絲式電加熱器，配置合理的表面發熱負荷量，無明火，壽命長，是設備的主要熱源，為設備升溫和溫度點冷熱平衡提供所需的熱量。

採用水盆加熱加溼方法，利用不鏽鋼鎧裝加熱器提供水汽化所需要的熱量。配備水位控制裝置、加熱器防幹燒裝置。

採用氙燈模擬實際太陽光。氙燈安裝在裝置內部兩側，通過測量的光照強度和設定的光照強度值進行比較，進行PID運算調節，可調範圍400～1200W/㎡。氙燈系統包括氙燈燈管、氙燈電源、觸發器、光照傳感器和冷水機組。

採用噴淋系統模擬降雨。在裝置內部4個角落，垂直布置不鏽鋼水管，水管上布置噴頭6個，平均降水量為1mm/min，噴淋時間可調。噴淋系統的工作原理為：採用電磁式流量計，輸出信號4～20mA，通過流量計測量實際流量，並將信號傳到PLC控制器，與設定流量值對比，進行PID運算，通過水泵變頻器調節水泵轉速，從而實現流量調節功能。

在裝置內部角落安裝吹風試驗裝置模擬風力風向。採用外轉子軸流風扇，方向可調，風機轉速採用電位計調節，風速可調。

實現為藻類補充外界營養：

預先配置大量的液體培養基，置於裝置外部，在絕緣子表面的藻類生過程中，適時地通過氣泵和噴淋系統將培養液均勻灑至絕緣子表面，使得藻類獲取生命所需的可溶性物質。

預先準備PM100～1000的顆粒物，置於裝置外部，在絕緣子表面的藻類生過程中，適時地通入裝置內部，部分顆粒物沉積於絕緣子表面，使得藻類獲取生命所需的不可溶物質。

實現空氣調節流通：

為保證裝置內部的氣流暢通，在裝置內部後方預留空氣調節通道，其主要組成：

採用離心風機，將裝置內部通過蒸發器和加熱器混合的空氣進行攪拌，然後送出通道，讓空氣在裝置內部循環。

採用通道熱保護裝置，此裝置防止通道內溫度過高損壞拼裝板保溫層；當通道溫度超出設定的保護限時，切斷加熱器，從而達到保護設備的目的。

實現監控：

為實現實時監測絕緣子表面的水珠狀態，以及絕緣子表面的藻類生長狀況的目的，給裝置安裝監控系統。監控系統可包括4套高清監控攝像頭、1臺錄像機、1臺監控硬碟、1臺顯示器。

以上內容是結合具體/優選的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，其還可以對這些已描述的實施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應當視為屬於本發明的保護範圍。