用於直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路(gil)的試驗研究裝置的製作方法

2023-06-05 06:18:36 1

專利名稱：用於直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路(gil)的試驗研究裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及高電壓輸電線路與絕緣技術領域。
背景技術：
氣體絕緣金屬封閉輸電線路(GIL: Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line)源於SF6絕緣的金屬封閉母線，是一種採用SF6氣體或SF6 和N2混合氣體絕緣、外殼與導體同軸布置的高電壓、大電流電力傳輸設備。 其電氣特性與架空線路相似，無絕緣老化問題，損耗低，安全防護性好， 佔地空間小，在大容量長距離輸電方面具有優勢。該技術的研發始於20世 紀60年代，目的是實現與架空輸電線路輸電容量相當的地下輸電線路。美 國CGIT Systems. Inc.公司的前身High Voltage Power Corporation公司1972年 在美國新澤西州Hudson電廠安裝了世界上首個GIL，迄今仍在可靠運行。 據IEEE/PES變電站委員會GIS(氣體絕緣金屬封閉組合電器)分委會2004 年的統計，全世界的73-1200kV氣體絕緣輸電線路總長約198km。最長的GIL 在日本東京，全長3.3km，額定電壓275kV。
由於SF6氣體具有優異的絕緣和滅弧性能，是目前世界上最優良的絕緣 介質，廣泛地應用於高壓電器領域。氣體絕緣金屬封閉輸電線路作為一種 新型的輸電線路，具有傳輸容量大、損耗小、部件模塊化、佔地少、可靠 性安全性高、免維護、壽命長、對環境影響小等優點，GIL的採用，可解
決特殊氣候、特殊環境和特殊地段的輸電線路架設問題，通過合理規劃和 設計，不僅可以大大減少系統造價，而且可以提高系統可靠性。然而長期 以來，受直流輸電技術發展緩慢的影響，國內外專門針對直流氣體絕緣金
屬封閉輸電線路(GIL)的研究甚少，沒有形成直流GIL產品。截止目前 為止，全世界範圍內的交流GIL的電壓等級範圍為73 1200 kV。絕緣設 計是直流GIL的關鍵技術環節，包括同軸電極絕緣間隙尺寸的選擇，盆式 和支柱絕緣子外形結構的設計，以及金屬導電微粒的抑制。為設計綜合絕 緣性能良好的直流GIL,需要進行大量的SF6氣體間隙絕緣試驗、絕緣子 沿面閃絡特性試驗、以及金屬導電微粒試驗。
為研究SF6氣體絕緣特性和設計絕緣性能優異的交直流氣體絕緣金屬封 閉組合電器(GIS)和交流GIL，國內外多家相關研究機構和電力公司設計 了用於SF6氣體絕緣試驗的容器或裝置，但這些試驗裝置或容器用於直流 GIL絕緣試驗時，存在許多不足之處。如德國慕尼黑大學W.Boeck研究小 組設計的直徑2m，長5m的大型立式SF6氣體絕緣試驗容器，總體積為 17m3，每一次試驗都需要充大量的氣體，試驗時充放氣以及氣體淨化工作 量大；單一立式的氣室，使盆式絕緣子只能水平放置，無法進行金屬導電 微粒對盆式絕緣子絕緣性能影響的試驗。日本關西電力公司則直接採用未 改進的GIS母線段進行盆式絕緣子試驗，這種試驗裝置可以很好的進行絕 緣子閃絡特性試驗，但不方便進行各種SF6氣體間隙的絕緣特性試驗和金 屬導電微粒試驗。美國麻省理工技術學院的研究者設計了同軸水平放置的 SF6絕緣試驗裝置，可以進行同軸圓柱SF6間隙絕緣試驗，但無法安放盆式 絕緣子並進行相關試驗。國內西安交通大學邱毓昌教授等人為研究SF6氣 體絕緣特性和對絕緣子模型進行表面電荷的測量，設計了帶遠紫外石英玻
璃窗的SF6氣體絕緣試驗容器，可以觀察到放電過程中的紫外光和可見光; 但這種試驗容器也是採用立式結構的形式，不方便進行盆式絕緣子相關試 驗。
綜上所述，目前國內外沒有一種專門用於直流GIL絕緣試驗的裝置，國
內外相關的SF6氣體絕緣試驗裝置或容器，要麼僅適合SF6氣體間隙絕緣特 性的試驗，要麼僅適合於絕緣相關特性的試驗。不同時具備SF6氣體間隙
絕緣試驗、絕緣子沿面閃絡特性試驗、以及金屬導電微粒試驗的試驗能力，
無法滿足直流GIL絕緣試驗的需要。而本實用新型的直流氣體絕緣金屬封
閉輸電線路的氣體絕緣試驗裝置能夠克服上述不足，能夠進行具備上述多
種要求的試驗，從而很好地滿足了直流GIL絕緣試驗的需要。
實用新型內容
在設計直流GIL整體絕緣結構時，需要研究不同氣壓、不同電極形狀、 不同表面粗糙度、不同電極覆膜情況對SF6氣體絕緣特性的影響、盆式絕 緣子、支柱絕緣子表面電荷的積聚機理及其對絕緣子閃絡特性的影響、金 屬導電微粒的運動規律及其對絕緣子閃絡特性的影響等方面的問題，為此， 本實用新型提出了以下的試驗裝置。
依據本實用新型的用於直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路的試驗研究裝 置，其整體外形呈"L"型，包括豎直方向上布置的高壓引線端、高壓均壓環 和矽橡膠複合絕緣子高壓套管；以及在水平方向上，同軸分布的位於中間 的高壓導杆電極和外圍的試驗裝置外殼；l號氣室、2號氣室和3號氣室共 同組成橫向的試驗裝置外殼，所述三個氣室由1號盆式絕緣子和2號盆式 絕緣子隔離成為獨立的氣室，所述三個氣室還分別具有相應的獨立充放氣
閥門l號充放氣閥門、2號充放氣閥門和3號充放氣閥門；所述每個充放 氣閥門上均設置有氣壓表或密度計。
所述3號氣室的下部設有支柱絕緣子，在支柱絕緣子上設置有可屏蔽 高壓導杆電極端部電場的屏蔽均壓罩，屏蔽均壓罩與高壓導杆電極連接。
2號盆式絕緣子與高壓導杆電極之間設有電極過渡連接件，所述高壓導 杆電極可通過電極過渡連接件進行更換，從而通過改變所述高壓導杆電極 及其配套電極的尺寸和粗糙度，進行不同形狀和不同粗糙度的氣體間隙絕 緣特性試驗。
3號氣室的3號充放氣閥門上設置有帶溫度補償的氣體密度計。
該裝置的1號氣室的氣壓保持恆定，不用於試驗，所述3號氣室為試 驗單元段，通過布置不同形式的棒板電極、同軸圓柱電極、不同規格的2 號盆式絕緣子和支柱絕緣子以及金屬導電微粒，在所述3號氣室中進行SF6 氣體間隙絕緣特性試驗、絕緣子閃絡特性試驗和金屬導電微粒試驗。
2號氣室的頂端安裝有1號石英玻璃觀察窗口； 3號氣室的頂端由左至 右依次安裝有2號石英玻璃觀察窗口和3號石英玻璃觀察窗口，還可3號 氣室的外端部上安裝有主試驗石英玻璃觀察窗口 。所述石英玻璃為遠紫外 材料，對放電過程中發出的波長在200nm 800nm的光譜範圍內光，其透 過率大於90%。
3號氣室的外端部上設有可拆卸的法蘭結構。 還可在本實用新型所述試驗裝置的下部安裝有裝置支撐座和輔助支撐 架，用於支撐所述試驗裝置本體，使本體能夠更平穩的放置和移動。
本實用新型的有益效果在於
1.本實用新型所述的氣體絕緣試驗裝置採用三個氣室形式的分段結構
設計，減少了試驗過程中氣體的使用量，並且使充放氣操作過程變得非常 簡單，從而更好地滿足了直流GIL絕緣試驗的需要；
2. 本實用新型通過安裝在盆式絕緣子與高壓導杆電極之間的電極過渡
連接件，可方便對高壓導杆電極進行更換，從而通過改變所述高壓導杆電 極及其配套電極的尺寸和粗糙度，進行不同形狀和不同粗糙度的氣體間隙
絕緣特性試驗；
3. 本實用新型通過在支柱絕緣子上設置屏蔽均壓罩，可以用來屏蔽高 壓導杆電極端部的電場，使試驗時不會出現電暈放電。


圖1為依據本實用新型的直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路(GIL)的氣體 絕緣試驗裝置的總體結構示意圖2為如圖1所示的依據本實用新型的直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路 (GIL)的氣體絕緣試驗裝置的總體結構的俯視圖。 其中，圖中各附圖標記所代表的部件為
1- 高壓引線端；
2- 高壓均壓環；
3- 矽橡膠複合絕緣子高壓套管；
4- 1號盆式絕緣子；
5- l號石英玻璃觀察窗口；
6- 2號盆式絕緣子(試驗用盆式絕緣子)；
7- 2號石英玻璃觀察窗口；
8- 電極過渡連接件；9- 高壓導杆電極；
10- 3號石英玻璃觀察窗口；
11- 屏蔽均壓罩；
12- 主試驗石英玻璃觀察窗口 ；
13- 1號充放氣閥門；
14- 1號氣室；
15- 裝置支撐座；
16- 中間高壓導體；
17- 2號氣室；
18- 輔助支撐架；
19- 試驗裝置外殼；
20- 3號氣室；
21- 支柱絕緣子(試驗用支柱絕緣子);
22- 2號充放氣閥門；
23- 3號充放氣閥門；
24- 4號充放氣閥門；
25- 法蘭。
具體實施方式
下面具體描述依據本實用新型的直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路(GIL) 的氣體絕緣試驗裝置的組成和結構。如圖1裝置整體結構圖和圖2裝置俯視圖 所示。
如圖l所示，依據本實用新型的整個試驗裝置具有大致呈"L"型的外形，其
在豎直方向上設置有高壓引線端1、高壓均壓環2和矽橡膠複合絕緣子高壓套
管3。在水平方向上，中間的高壓導杆電極9和試驗裝置外殼19同軸分布，單 元模塊1號氣室14、 2號氣室17、 3號氣室20組成橫向的試驗裝置外殼19， 其中1號氣室14垂直布置，2號氣室17和3號氣室20水平布置。三個氣室由 2個盆式絕緣子，也即1號和2號盆式絕緣子隔離開成為獨立的氣室，三個氣 室單元都分別具有相應的獨立的充放氣閥門1號充放氣閥門13、 2號充放氣 閥門22和3號充放氣閥門23。 3號氣室20還附加具有4號充放氣閥門24。每 個充放氣閥門上均設置有氣壓表或密度計，可以單獨進行充氣和放氣。依據本 實用新型的試驗裝置採用三個氣室形式的分段結構設計，減少了試驗過程中氣 體的使用量，並且使充放氣操作過程變得非常簡單。
1號氣室14的氣壓通常情況下保持恆定，氣體不更換，該氣室不用於任何 試驗。3號氣室20為試驗單元段，可以通過布置不同形式的棒板電極、同軸圓 柱電極以及不同規格的2號盆式絕緣子6和支柱絕緣子21，進行SF6氣體間隙 絕緣特性試驗和絕緣子閃絡特性試驗。在3號氣室20中合理地布置金屬導電微 粒，還可以進行金屬導電微粒相關試驗。可以在3號氣室20上的3號充放氣閥 門23上另外配備一帶溫度補償的氣體密度計或是將3號充放氣閥門23上的氣 壓表更換為帶溫度補償的氣體密度計，此氣體密度計可以補償溫度對試驗結果 的影響。
1號盆式絕緣子4和2號盆式絕緣子6通過法蘭固定在試驗裝置外殼19上， 支柱絕緣子21的底座通過螺栓固定在試驗裝置外殼19上。2號盆式絕緣子6 和支柱絕緣子21可用於絕緣子的相關試驗，2號盆式絕緣子6和支柱絕緣子21 可以更換使用。
3號氣室20的下部裝有支柱絕緣子21，支柱絕緣子21上帶有屏蔽均壓罩
11，屏蔽均壓罩11與高壓導杆電極9連接，屏蔽均壓罩11可以用來屏蔽高壓 導杆電極9端部的電場，使試驗時不會出現電暈放電。
3號氣室20可安裝不同規格尺寸的同軸外殼電極以配合高壓導杆電極9組 成的電極對，2號盆式絕緣子與高壓導杆電極之間設有電極過渡連接件，高壓 導杆電極9可以通過2號盆式絕緣子6右端的電極過渡連接件8進行更換，從 而可以通過改變高壓導杆電極9及其配套電極的尺寸和粗糙度，進行不同形狀 和不同粗糙度的氣體間隙絕緣特性試驗。
3號氣室20外端部設有可拆卸法蘭25結構，可通過卸去該法蘭來為更換 電極提供操作空間。2號氣室17和3號氣室20上安裝有1號石英玻璃觀察窗 口 5、 2號石英玻璃觀察窗口 7、 3號石英玻璃觀察窗口 IO和主試驗石英玻璃觀 察窗口 12。該石英玻璃為遠紫外材料，對放電過程中發出的波長在200nm 800nm的光譜範圍內光，其透過率大於90%，通過高速攝像儀可以監視放電的 發生過程。
不鏽鋼的裝置支撐座15和輔助支撐架18支撐試驗裝置本體，使本體能夠 平穩放置，方便更換電極，且使裝置能夠平穩移動。
最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而 非對其限制，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬 領域的普通技術人員應當理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進 行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和範圍的任何修改或者等 同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求1.一種用於直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路的試驗研究裝置，其特徵在於，所述試驗裝置的整體外形呈「L」型，包括豎直方向上布置的高壓引線端、高壓均壓環和矽橡膠複合絕緣子高壓套管；以及在水平方向上，同軸分布的位於中間的高壓導杆電極和外圍的試驗裝置外殼；1號氣室、2號氣室和3號氣室共同組成橫向的試驗裝置外殼，所述三個氣室由1號盆式絕緣子和2號盆式絕緣子隔離成為獨立的氣室，所述三個氣室還分別具有相應的獨立充放氣閥門1號充放氣閥門、2號充放氣閥門和3號充放氣閥門；所述每個充放氣閥門上均設置有氣壓表或密度計。
2、 依據權利要求1所述的氣體絕緣試驗裝置，其特徵在於所述3號氣 室的下部設有支柱絕緣子，在支柱絕緣子上設置有可屏蔽高壓導杆電極端 部電場的屏蔽均壓罩，屏蔽均壓罩與高壓導杆電極連接。
3、 依據權利要求1所述的氣體絕緣試驗裝置，其特徵在於所述2號盆 式絕緣子與高壓導杆電極之間設有電極過渡連接件。
4、 依據權利要求1或2任一所述的氣體絕緣試驗裝置，其特徵在於所 述3號氣室的3號充放氣閥門上設置有帶溫度補償的氣體密度計。
5、 依據權利要求1或3任一所述的氣體絕緣試驗裝置，其特徵在於所 述2號氣室的頂端安裝有1號石英玻璃觀察窗口。
6、 依據權利要求4所述的氣體絕緣試驗裝置，其特徵在於所述3號氣 室的頂端由左至右依次安裝有2號石英玻璃觀察窗口和3號石英玻璃觀察 窗口。
7、 依據權利要求6所述的氣體絕緣試驗裝置，其特徵在於所述3號氣 室的外端部上安裝有主試驗石英玻璃觀察窗口 。
8、 依據權利要求7所述的氣體絕緣試驗裝置，其特徵在於所述3號氣室的外端部上設有可拆卸的法蘭結構。
9、 依據權利要求1所述的氣體絕緣試驗裝置，其特徵在於所述試驗裝 置具有使本體能夠平穩放置和移動的裝置支撐座和輔助支撐架支撐所述試 驗裝置本體。
專利摘要本實用新型涉及一種用於直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路(GIL)的試驗研究裝置，該裝置具備SF6氣體間隙絕緣試驗、絕緣子沿面閃絡特性試驗、以及金屬導電微粒試驗的試驗能力，能夠很好地滿足直流GIL絕緣試驗的需要。該裝置具有大致「L」型的外形，包括豎直方向上的高壓引線端、高壓均壓環和矽橡膠複合絕緣子高壓套管；以及在水平方向上，同軸分布的位於中間的高壓導杆電極和外圍的試驗裝置外殼，以及三個氣室共同組成橫向的試驗裝置外殼。
文檔編號G01R31/08GK201196675SQ20082010806
公開日2009年2月18日 申請日期2008年5月27日 優先權日2008年5月27日
發明者吳軍輝, 張書琦, 張友鵬, 鵬 李, 李金忠, 浩 湯, 王寧華, 範建斌 申請人:中國電力科學研究院