一種複合絕緣子老化測試裝置及其測試方法與流程
2023-04-30 18:34:42
本發明涉及一種輸電線路技術領域，特別是一種複合絕緣子老化測試裝置及其測試方法。
背景技術：
在電力系統中，絕緣子用來支撐、隔離或包容高壓帶電導體。長期以來，在高壓輸電領域，主要由瓷或者玻璃等無機材料製成的絕緣子佔據壟斷地位，但隨著近幾十年來合成材料的不斷發展，越來越多的以矽橡膠為代表的有機材料製成的合成絕緣子出現在高壓線路中。與瓷或玻璃絕緣子相比，合成絕緣子具有如下明顯的優勢：強度高、重量輕；溼閃汙閃電壓高；運行維護簡便；不易破碎，防止意外事故等。
進入上個世紀90年代以來，複合絕緣子技術日益完善，複合絕緣子數量迅速增長。美國、中國、南非是使用複合絕緣子數量最大的國家。在美國EPRI的統計資料中顯示，截至目前，銷售至北美地區的合成絕緣子及支柱數量已達393.8萬隻，在整個北美絕緣子市場中，複合絕緣子佔70％～75％的份額，該地區新建的輸電工程中一半以上使用的都是複合絕緣子。
在國外，選用複合絕緣子的最主要原因是重量輕和費用低。在中國，目前運行的複合絕緣子全部為矽橡膠複合絕緣子，主要用於解決防汙閃問題。
複合絕緣子優越的耐汙閃性能主要來自於其護套傘裙材料的憎水性。複合絕緣子以自身獨特的優勢，特別是以其優異的耐汙閃性能，在最近幾十年裡得到越來越廣泛的應用，極大地提高了線路安全送點的可靠性。大量的運行經驗表明，採用複合絕緣子是一種行之有效的防汙閃技術措施，能遏制大面積汙閃事故的發生，在保障電力系統安全運行上發揮了顯著作用。但是，複合絕緣子耐老化的性能不是十分理想，絕緣子使用年限上還達不到電瓷和玻璃絕緣子的水平。
我國幅員遼闊，地形複雜多樣，在高原地區，由於空氣稀薄，太陽中較多的紫外線可以穿過大氣層到達地面，紫外線輻射強度較大，年紫外線輻射總量遠遠大於其他地區。隨著複合絕緣子使用數量和運行年限的增加，複合絕緣子老化現象逐漸凸顯，造成絕緣的可靠性下降，其老化問題已引起電力運行部門的重視。老化的因素有日光紫外線輻射、汙穢以及電暈放電老化、電弧放電等，其中日光紫外線輻射導致的老化發生的概率高，持續時間長，危害也較大。如果複合絕緣子長時間受到日光紫外線輻射老化，材料表面結構將受到破壞，憎水性就會喪失，導致絕緣子性能急劇下降，進而會使絕緣子失去其使用價值，影響電網的安全運行。
專利文獻CN105740582A公開的一種複合絕緣子老化狀態預測方法包括以下步驟，1)基於環境因素和時間因素的情況下，並基於以下兩點假設：①所選取的複合絕緣子試樣初始狀態是一致的，其老化的速率與影響因子的權重相關；②老化過程中各影響因子對複合絕緣子材料性能的影響是相互獨立的；提出複合絕緣子的陷阱電荷量關於環境因素與時間因素的多維預測模型：Qtsc＝S+A11n(1+B1X)+A21n(1+B2Y)+A31n(1+B3Z)所述環境因素包括溼度、汙穢度和紫外強度；所述時間因素為運行年限；其中，Qtsc為複合絕緣子試樣的陷阱電荷量預測值；S為複合絕緣子試樣的陷阱電荷量初始值；X、Y、Z分別是溼度、汙穢度和紫外強度的等效當量時間，計算方法如下：X＝溼度*運行年限/100；Y＝汙穢等級*運行年限/1；其中汙穢等級取值為1，2，3，4或5，依次對應GB/T16434-1996中劃分的汙穢等級0、I、II、III和IV五級；Z＝紫外強度等級*運行年限/1；其中紫外強度等級取值為1，2，3或4，依次對應紫外線指數為3-4，5-6，7-9和≥10四個等級；A1、A2、A3分別是溼度、汙穢度和紫外強度對複合絕緣子陷阱電荷量影響的顯著性參數；B1、B2、B3分別是複合絕緣子對溼度、汙穢度和紫外強度的抗老化能力參數；2)選取多個處於不同環境因素及時間因素的複合絕緣子試樣，測試該多個複合絕緣子試樣的陷阱電荷量Q，並計算X、Y和Z的值，所得結果對多維預測模型進行擬合，得出基於X、Y和Z的複合絕緣子老化狀態預測公式；3)對待測複合絕緣子試樣老化狀態的預測：輸入待測複合絕緣子試樣所處環境的溼度、汙穢等級和紫外強度等級，及其運行年限，得出該環境因素下複合絕緣子陷阱電荷量關於運行年限的曲線圖，以及待測複合絕緣子試樣的Qtsc，根據Qtsc判別其老化等級，根據曲線圖預測待測複合絕緣子試樣的老化趨勢；其中，複合絕緣子老化等級的陷阱電荷量分級標準為：一級0＜Qtsc≤97.78nC；二級97.78＜Qtsc≤217.37nC；三級217.37＜Qtsc≤283.98nC；四級Qtsc＞283.98nC。該專利建立了陷阱參數(陷阱電荷量)關於環境因素(汙穢程度、溼度和紫外強度)及運行年限的多維預測模型，測試多個試樣的陷阱電荷量，並根據複合絕緣子運行環境和運行年限，計算出各環境因素的等效當量時間，從而確定了預測公式，得到了環境因素對複合絕緣子老化的影響因子，但該專利計算複雜且預測模型無法反應複合絕緣子真實紫外線老化情況，無法準確高效地測試複合絕緣子的紫外線老化情況。
專利文獻CN105043993A公開的一種基於多光譜的複合絕緣子檢測方法包括以下步驟：步驟一：選擇檢測設備，具體包括可見光檢測設備、紅外檢測設備和紫外檢測設備；步驟二：在相同運行工況下，對同一複合絕緣子利用檢測設備進行可見光檢測、紅外檢測及紫外檢測，獲得該複合絕緣子的檢測圖像，檢測圖像包括可見光圖像、紅外圖像和紫外圖像；步驟三：對可見光圖像的局部放電發光點、紅外圖像的局部過熱點和紫外圖像的電暈放電點進行比較，若三者部位具有一致性，則確定存在局部放電的部位；步驟四：在相同運行工況下對同一線路同一基杆塔的不同複合絕緣子的可見光圖像、紅外圖像和紫外圖像進行比較，比較內容包括局部放電發光點、紅外過熱點相對溫升、紫外電暈放電點光子數；步驟五：針對每個複合絕緣子，建立多光譜檢測資料庫，根據一定周期的檢測的數據，對數據進行比較，找出存在的數據差異，以掌握該複合絕緣子運行狀況的變化趨勢，然後進行判斷複合絕緣子缺陷，該專利將可見光、紅外、紫外三種檢測手段有機地結合起來，優勢互補，易對絕緣子進行帶電檢測，但該專利無法實現不同類型、不同紫外線輻射強度和不同紫外線累積輻射量的測試。
在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用於增強對本發明背景的理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現有技術的信息。
技術實現要素：
鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種科學、簡便、綜合的複合絕緣子紫外輻射老化測試裝置及其測試方法，通過該裝置實現不同紫外線輻射強度和不同紫外線累積輻射量的測試以及在不同測試條件下複合絕緣子表面絕緣特性紫外線輻射老化特性。
本發明的目的是通過以下技術方案予以實現。
本發明的一個方面，一種複合絕緣子老化測試裝置包括圓筒主體和設在圓筒主體的紫外線發生裝置，所述圓筒主體的筒壁躺放在平面上且由有機玻璃製成，筒壁的外表面設有極高紫外線反射率且極低紫外線透射率的高拋光鋁膜，所述筒壁的內表面設有至少一個用於發生紫外線的紫外線發生裝置，所述圓筒主體的內部水平放置由極高紫外線反射率且極低紫外線透射率的高拋光鋁板，所述高拋光鋁膜和高拋光鋁板形成用於束縛紫外線的紫外線束縛腔體，高拋光鋁板的上表面放置複合絕緣子，所述圓筒主體一端設有用於排氣的風機，所述紫外線發生裝置包括用於控制在所述紫外線束縛腔體中的紫外線輻射強度、累積輻射量和/或多個類型的紫外線燈開閉的控制單元。
在本文中，極高紫外線反射率指的是紫外線反射率大於95％，極低紫外線透射率指的是紫外線透射率小於5％。
優選地，多個所述紫外線發生裝置經由卡座均勻分布在所述筒壁的內表面，所述紫外線發生裝置包括紫外線燈、紫外線燈鎮流器以及連接線路。
優選地，沿圓筒主體縱向軸線方向延伸的多列紫外線發生裝置分別包括間隔布置UV-A型紫外線燈、UV-B型紫外線燈和/或UV-C型紫外線燈。
優選地，所述控制單元包括存儲器。
優選地，所述高拋光鋁板的上表面布置多個容納複合絕緣子的容納部，所述容納部為陣列排列。
優選地，所述紫外線發生裝置包括多列間隔布置UV-A型紫外線燈、UV-B型紫外線燈和UV-C型紫外線燈，所述控制單元選擇單一類型紫外線燈輻射、或UV-A型紫外線燈、UV-B型紫外線燈和UV-C型紫外線燈中任意組合進行輻射。
優選地，所述高拋光鋁膜為高拋光鋁箔。
優選地，所述高拋光鋁板為長方體，其長度與圓筒主體的縱向長度相等，寬度與圓筒主體的內圓的72度角所對的弦長相等。
優選地，所述圓筒主體經由支撐部件支撐以調節所述圓筒主體與地面之間的角度和/或距離。
本發明的另一個方面，一種利用所述的複合絕緣子老化測試裝置的測試方法的步驟包括：
第一步驟中：圓筒主體經由支撐部件支撐以調節所述圓筒主體與地面之間的角度和/或距離；
第二步驟中：複合絕緣子放置在高拋光鋁板的上表面的預定位置；
第三步驟中：控制單元控制開啟至少一種預定類型的紫外線燈、紫外線輻射強度和/或累積輻射量。
本發明通過簡易的操作便可實現不同類型紫外線、不同紫外線輻射強度和不同紫外線輻射累積量的測試且安全可靠效率高。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠使得本發明的技術手段更加清楚明白，達到本領域技術人員可依照說明書的內容予以實施的程度，並且為了能夠讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，下面以本發明的具體實施方式進行舉例說明。
附圖說明
通過閱讀下文優選的具體實施方式中的詳細描述，本發明各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。說明書附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本發明的限制。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。而且在整個附圖中，用相同的附圖標記表示相同的部件。
在附圖中：
圖1是根據本發明一個實施例的複合絕緣子老化測試裝置的結構示意圖；
圖2是根據本發明一個實施例的複合絕緣子老化測試裝置的截面示意圖；
圖3是根據本發明一個實施例的使用複合絕緣子老化測試裝置的測試方法的步驟示意圖。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的解釋。
具體實施方式
下面將參照附圖更詳細地描述本發明的具體實施例。雖然附圖中顯示了本發明的具體實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本發明而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本發明，並且能夠將本發明的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。
需要說明的是，在說明書及權利要求當中使用了某些詞彙來指稱特定組件。本領域技術人員應可以理解，技術人員可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求並不以名詞的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區分的準則。如在通篇說明書及權利要求當中所提及的「包含」或「包括」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。說明書後續描述為實施本發明的較佳實施方式，然所述描述乃以說明書的一般原則為目的，並非用以限定本發明的範圍。本發明的保護範圍當視所附權利要求所界定者為準。
為便於對本發明實施例的理解，下面將結合附圖以具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個附圖並不構成對本發明實施例的限定。
為了更好地理解，圖1是根據本發明一個實施例的複合絕緣子老化測試裝置的結構示意圖，圖2是根據本發明一個實施例的複合絕緣子老化測試裝置的截面示意圖，如圖1和圖2所示，複合絕緣子老化測試裝置包括圓筒主體1和設在圓筒主體1的紫外線發生裝置2，所述圓筒主體1的筒壁躺放在平面上且由有機玻璃製成，筒壁的外表面設有極高紫外線反射率且極低紫外線透射率的高拋光鋁膜3，所述筒壁的內表面設有至少一個用於發生紫外線的紫外線發生裝置2，所述圓筒主體1的內部水平放置由極高紫外線反射率且極低紫外線透射率的高拋光鋁板4，所述高拋光鋁膜3和高拋光鋁板4形成用於束縛紫外線的紫外線束縛腔體，高拋光鋁板4的上表面放置複合絕緣子，所述圓筒主體1一端設有用於排氣的風機5，所述紫外線發生裝置2包括用於控制在所述紫外線束縛腔體中的紫外線輻射強度、累積輻射量和/或多個類型的紫外線燈開閉的控制單元6。
在一個實施例中，多個所述紫外線發生裝置2經由卡座均勻分布在所述筒壁的內表面，所述紫外線發生裝置2包括紫外線燈、紫外線燈鎮流器以及連接線路。
在一個實施例中，沿圓筒主體縱向軸線方向延伸的多列紫外線發生裝置2分別包括間隔布置UV-A型紫外線燈、UV-B型紫外線燈和/或UV-C型紫外線燈。
在一個實施例中，所述控制單元6包括存儲器。
在一個實施例中，所述高拋光鋁板4的上表面布置多個容納複合絕緣子的容納部，所述容納部為陣列排列。
在一個實施例中，所述紫外線發生裝置2包括多列間隔布置UV-A型紫外線燈、UV-B型紫外線燈和UV-C型紫外線燈，所述控制單元6選擇單一類型紫外線燈輻射、或UV-A型紫外線燈、UV-B型紫外線燈和UV-C型紫外線燈中任意組合進行輻射。
在一個實施例中，所述高拋光鋁膜3為高拋光鋁箔。
在一個實施例中，所述高拋光鋁板4為長方體，其長度與圓筒主體1的縱向長度相等，寬度與圓筒主體1的內圓的72度角所對的弦長相等。
在一個實施例中，所述圓筒主體1經由支撐部件支撐以調節所述圓筒主體1與地面之間的角度和/或距離。
在一個實施例中，複合絕緣子老化測試裝置包括由有機玻璃材料製作的圓筒主體1的支撐架和躺放在支撐架上的同樣由有機玻璃材料製作的圓筒主體1。高拋光鋁板作為複合絕緣子樣品的置物架。紫外線束縛腔體將紫外線燈產生的各種波長範圍的紫外線束縛在該腔體之內，使得其在腔體中可以反覆反射而不至洩漏到試驗腔體之外。這樣既保證了對於紫外線發生裝置產生的紫外線資源的最大使用效率，又避免了洩漏的紫外線對試驗人員造成人身傷害。複合絕緣子老化測試裝置為兩端開口，並在一端置有風機，使得紫外線輻射空氣產生的臭氧等氣體成分及時的排出試驗腔體，避免對試驗的進行和複合絕緣子表面成分造成影響。
在一個實施例中，紫外線發生裝置2主要由紫外線燈、與之配套的紫外線燈鎮流器以及相應的連接線路組成。紫外線燈分為三種類型，產生的紫外線所屬波段分別為UV-A、UV-B、UV-C，完全覆蓋日光中紫外線的波長範圍且相互之間並不重疊。通過控制紫外線發生裝置2的輸入、輸出功率可以改變紫外線的輻射強度；通過控制紫外線發生裝置的工作時長可以控制紫外線的累積輻射量。
在一個實施例中，複合絕緣子紫外線老化試驗腔體和紫外線發生裝置相互配合，通過設置不同的紫外線燈的擺放數量和擺放方式可以在紫外線束縛腔體內形成不同的紫外線強度分布，在複合絕緣子試樣擺放區域獲得不同紫外線輻射強度；通過設置不同的紫外線燈的種類，來模擬單一紫外線輻射環境，研究單一紫外線輻射對複合絕緣子試樣的表面絕緣子特性的影響；通過將三種紫外線燈按照日光中各波段紫外線輻射強度在複合絕緣子紫外線輻射老化試驗腔體內的混合搭配放置，來模擬日光下複合絕緣子受紫外線老化試驗的影響。
本發明的複合絕緣子老化測試裝置可以作為複合絕緣子紫外線輻射老化試驗平臺，利用覆有如拋光鋁箔的圓柱形有機玻璃桶和長方形拋光鋁板構成紫外線束縛腔體，將紫外線燈管產生的紫外線全部束縛在腔體之內，達到了對紫外線輻射利用的最大化，另外也保證了紫外線不會洩露對試驗人員造成身體傷害，複合絕緣子老化測試裝置安全、可靠、效率高。
利用上述的複合絕緣子老化測試裝置，通過在紫外線束縛腔體內布置不同種類的紫外線燈管，通過改變紫外線燈管的布置數量、布置位置、輸出功率，來獲得不同種類的紫外線輻射下，不同的紫外線輻射強度和紫外線累積輻射量等試驗條件，使得複合絕緣子紫外線老化試驗的進行更加的方便、科學但又不失其有效性，該複合絕緣子紫外線老化試驗平臺科學、可靠、操作方便。
利用上述紫外線束縛腔體，不僅可以實現單一種類的紫外線的不同的輻射強度和輻射累積量，還可以通過在同一紫外線束縛腔體內布置不同數量的不同種類的紫外線燈管來模擬自然光所含紫外線的種類的組成和其相應的成份含量，通過加大紫外線照射強度，快速增加紫外線輻射累積量，縮短自然光下紫外線老化的時間進程。該複合絕緣子老化測試裝置靈活、便捷、具有科學性。
圖3為本發明的一個實施例的利用所述的複合絕緣子老化測試裝置的測試方法的步驟示意圖。
如圖3所示，利用所述的複合絕緣子老化測試裝置的測試方法包括：
第一步驟中：圓筒主體1經由支撐部件支撐以調節所述圓筒主體1與地面之間的角度和/或距離；
第二步驟中：複合絕緣子放置在高拋光鋁板4的上表面的預定位置；
第三步驟中：控制單元6控制開啟至少一種預定類型的紫外線燈、紫外線輻射強度和/或累積輻射量。
儘管以上結合附圖對本發明的實施方案進行了描述，但本發明並不局限於上述的具體實施方案和應用領域，上述的具體實施方案僅僅是示意性的、指導性的，而不是限制性的。本領域的普通技術人員在本說明書的啟示下和在不脫離本發明權利要求所保護的範圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬於本發明保護之列。