絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置的製作方法

2023-07-21 20:07:36 7

本實用新型涉及絕緣管型母線絕緣水平檢測技術領域，具體是一種絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置。

背景技術：

隨著國民經濟的高速發展，整個社會對電力的需求日益增大，變電站主變容量不斷加大，變壓器低壓進線側的額定電流也在不斷加大，常規矩形母線在技術上和結構上越來越難滿足母線發熱和短路電動力的要求，絕緣管型母線作為一種替代常規矩形母線的新型輸電設備，因其具有載流量大、機械強度高、電氣絕緣性能強、節省佔地空間等顯著技術優勢而在變電站和大型發電廠等工程領域獲得越來越多的應用。

由於目前並沒有針對絕緣管型母線的國家、國際標準，加之其在國內的運行經驗和經驗積累比較少，導致在絕緣管型母線的生產、安裝及運行過程中，難免存在諸如內部氣隙缺陷、水分滲入缺陷及材料工藝缺陷等的典型缺陷。當在實際運行中通過大電流產生的電熱同時作用在絕緣管型母線上時，就會加速這些缺陷的進一步發展，最終導致絕緣管型母線被破壞而引發故障，給變電站及大型發電工程等帶來嚴重的安全隱患。因此，考核應用在變電站和大型發電廠等工程領域的絕緣管型母線的耐電熱老化的能力，具有非常重要的現實意義和工程應用價值。

為考核在電應力和熱應力雙重作用下絕緣結構的耐劣化能力，需要對絕緣結構進行電熱老化試驗。傳統的電熱老化試驗均在可引入高壓線的烘箱內進行，但由於採用大型烘箱進行電熱老化試驗存在模擬運行環境不真實、試驗成本高、老化可靠性低等缺點，因而大型烘箱並不適合作為針對絕緣管型母線的電熱老化試驗裝置。目前也尚未發現有針對絕緣管型母線的電熱老化試驗裝置存在，隨著絕緣管型母線在各行業各領域的應用逐漸增多，對其在電應力和熱應力雙重作用下進行耐老化能力的考核至關重要，因此，需要開發針對絕緣管型母線的電熱老化試驗裝置。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種可對絕緣管型母線絕緣進行電熱加速老化的試驗裝置，以及利用該裝置模擬絕緣管型母線實際運行狀態的試驗方法。

為了達到以上目的，本實用新型是採取如下技術方案予以實現的：

一種絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置，包括支撐部分、加壓部分以及溫控部分，所述支撐部分用以同時放置固定多根絕緣管型母線；所述加壓部分包括調壓器、高壓變壓器、引出均壓罩和高壓端均壓罩，調壓器和升壓變壓器用以給試樣提供高電壓，通過調節調壓器T可提供滿足試驗要求的電壓，引出均壓罩和高壓端均壓罩分設絕緣管型母線兩端，高壓端均壓罩通過其中心凹陷處的接線孔連接升壓變壓器的高壓引出端；所述溫控部分包括碳纖維石英電熱管、光纖溫度傳感器、控制箱、計算機，安裝固定在絕緣管型母線內部中心位置，光纖溫度傳感器貼合於絕緣管型母線內壁，與光纖溫度傳感器連接的傳輸光纖和與碳纖維石英電熱管連接的電源線與控制箱連接，控制箱用於將光纖溫度傳感器檢測的溫度實時顯示，並根據計算機預設的溫度調節碳纖維石英電熱管的工作狀態以滿足測試溫度要求。

進一步的，引出均壓罩和高壓端均壓罩的一端插入絕緣管型母線管型導體內部，另一端外扣在絕緣管型母線端部管型導體上。

進一步的，所述溫控部分還包括引出陶瓷管、支撐陶瓷管，碳纖維石英電熱管通過引出陶瓷管和支撐陶瓷管固定在絕緣管型母線管型導體內部，引出陶瓷管和支撐陶瓷管分別安裝於引出均壓罩和高壓端均壓罩。

進一步的，碳纖維石英電熱管的電源線通過引出陶瓷管引出連接在控制箱對應光纖的輸出通道上，引出陶瓷管管壁上有一長條孔用以引出光纖溫度傳感器的傳輸光纖，所述傳輸光纖通過引出陶瓷管引出連接在控制箱傳感器通道上。

進一步的，引出陶瓷管和支撐陶瓷管安裝固定碳纖維石英電熱管的一端均有一個和絕緣管型母線管型導體內壁配合的陶瓷支架。

進一步的，所述支撐部分包括底座、相對安裝於底座上的兩個立板，相兩個立板用連接杆連接，兩個立板上對稱安裝有水平的託架條，託架條上裝有相互配合以夾緊絕緣管型母線的固定鉗口和活動鉗口。

進一步的，控制箱包括單片機、電源模塊、A/D轉換模塊、多通道調製解調模器、繼電器開關和通信模塊，碳纖維石英電熱管通過繼電器開關與外部電源連接，繼電器開關的控制端與單片機連接，計算機通過控制箱中單片機控制繼電器開關狀態進而控制碳纖維石英電熱管的工作狀態，與光纖溫度傳感器連接的傳輸光纖與多通道調製解調模器的輸入端連接，多通道調製解調模器的輸出端通過A/D轉換模塊與單片機連接，單片機通過通信模塊與計算機連接，用來設定溫度、顯示和記錄溫度。

進一步的，引出均壓罩和高壓端均壓罩插入端徑向設有多個切口，當引出均壓罩和高壓端均壓罩插入絕緣管型母線管型導體內部時切口會彈性收縮以保證其與管型導體內部良好接觸。

進一步的，光纖溫度傳感器一面和絕緣管型母線管型導體內壁貼合，另一面覆蓋一層高溫棉後用銅箔膠帶貼在絕緣管型母線的銅導體內壁上。

本實用新型提出的絕緣管型母線電熱老化試驗裝置的優點是：

1、採用了碳纖維石英電熱管內加熱方式，一是可更真實地模擬絕緣管型母線的運行環境，實驗結果更具研究價值；二是具有升溫快、熱慣性小、耐高溫、電氣性能穩定、使用壽命長、電熱轉換效率高的特點，比一般的加熱元件至少可以節能30％；

2、可同時對多根不同規格的絕緣管型母線進行電熱加速老化試驗，可滿足多種電熱加速老化試驗方案的要求，此外，該電熱加速老化試驗裝置結構設計緊湊合理，空間利用率高，佔地面積小，具有較強的實用性和適用性；

3、採用光纖溫度傳感器，其基於光信號傳送信息，具有良好的電絕緣性、抗電磁幹擾、耐高電壓等優勢特徵，可避免高電壓對測溫帶來的影響，提高了溫控的精度；同時具有更高的安全性；

附圖說明

圖1為本實用新型絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置其中一個實施例的立體結構示意圖；

圖2為圖1中試驗裝置的分解結構示意圖；

圖3為本實用新型絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置的工作原理圖；

圖4為絕緣管型母線試樣的徑向截面圖；

圖5(a)為已完成相關輔助附件安裝的絕緣管型母線的結構圖；圖5(b)為軸向剖面圖；

圖6為圖5(b)的結構分解圖；

圖7為本實用新型試驗裝置中控制箱的結構原理圖；

圖8為本實用新型試驗裝置的使用狀態圖。

圖1～圖8中：1—託架條；2—活動鉗口；3—固定鉗口；4—立板；5—立板安裝座；6—底板；7—連接杆；8—底座；9—支腳；10—控制箱；11—螺釘；12—絕緣管型母線；13—引出均壓罩；14—高壓端均壓罩；15—碳纖維石英電熱管；16—引出陶瓷管；17—支撐陶瓷管；18—陶瓷支架；19—高溫棉；20—銅箔膠帶；21—光纖溫度傳感器；22—計算機；121—銅導體、122—內屏蔽層、123—主絕緣層、124—外屏蔽層、125—接地屏蔽層、126—外護套；AT—調壓器；T—升壓變壓器；R—保護電阻；C—耦合電容。

具體實施方式

下面將結合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述。

參考圖1～7，本實用新型提供一種絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置，包括支撐部分、加壓部分以及溫控部分。

支撐部分包括託架條1、活動鉗口2、固定鉗口3、立板4、立板安裝座5、底板6、連接杆7、底座8、支腳9、螺釘1。

底座8的底面分別螺紋安裝四個支腳9，可通過調節支腳9高低調平底座8，底座8和兩個底板6、立板安裝座5用螺釘11連接在一起，立板4安裝在立板安裝座5上，相對的兩個立板4之間用連接杆7連接在一起。兩個立板4上對稱(即在同一高度)安裝有水平的託架條1，每個立板4上託架條1安裝的個數和間距根據實際需要設計。

託架條1上裝有固定鉗口3和活動鉗口2，固定鉗口3和活動鉗口2之間的空間用於放置絕緣管型母線12，可通過調節活動鉗口2與固定鉗口3之間的間距以滿足放置不同外徑絕緣管型母線12的要求。

參考圖3-5，加壓部分用以給試樣加高電壓，包括調壓器AT、高壓變壓器T、引出均壓罩13、高壓端均壓罩14、引出陶瓷管16和支撐陶瓷管17，調壓器AT和升壓變壓器T用以給試樣提供高電壓，通過調節調壓器AT即可提供滿足試驗要求的電壓。

引出均壓罩13和高壓端均壓罩14均為鋁材製成，分設絕緣管型母線12兩端，引出均壓罩13或高壓端均壓罩14的一端插入絕緣管型母線12管型導體內部，另一端外扣在絕緣管型母線12端部管型導體上，插入內孔端比絕緣管型母線12管型導體內徑大1mm，在引出均壓罩13和高壓端均壓罩14插入端徑向設有6個切口，當引出均壓罩13和高壓端均壓罩14插入絕緣管型母線管型導體內部時切口會彈性收縮以保證其與管型導體內部良好接觸。高壓端均壓罩14中心凹陷處設有接線孔以連接升壓變壓器T高壓引出端，8根絕緣管型母線12的高壓端均壓罩14並聯接在升壓變壓器T高壓引出端上，8根絕緣管型母線12的接地屏蔽層並聯接地。

參考圖5(a)、圖5(b)、圖6和圖7，溫控部分用以實時顯示、記錄及調節管型導體溫度，包括碳纖維石英電熱管15、光纖溫度傳感器21(例如單點式螢光型光纖溫度傳感器)、引出陶瓷管16、支撐陶瓷管17、陶瓷支架18、控制箱10、計算機22。其中，碳纖維石英電熱管15通過引出陶瓷管16和支撐陶瓷管17固定在絕緣管型母線12管型導體內部，碳纖維石英電熱管15的電源線通過引出陶瓷管16引出連接在控制箱10對應光纖的輸出通道上，控制箱10共有8個通道分別和8個碳纖維石英電熱管15相連接，以內加熱方式將管型導體加熱試驗所需溫度。引出陶瓷管16插裝在引出均壓罩13中間孔中，引出陶瓷管16管壁上有一長條孔用以引出光纖溫度傳感器21的傳輸光纖；傳輸光纖引出後連接在控制箱10的傳感器通道上；支撐陶瓷管17一端用以支撐碳纖維石英電熱管15，另一端裝在高壓端均壓罩14上。

引出陶瓷管16和支撐陶瓷管17安裝固定碳纖維石英電熱管15的一端均有一個和絕緣管型母線12管型導體內壁配合的陶瓷支架18；控制箱10包括單片機、電源模塊、A/D轉換模塊、多通道調製解調模器、繼電器開關和通信模塊，碳纖維石英電熱管15通過繼電器開關與外部電源連接，繼電器開關的控制端與單片機連接，計算機22通過控制箱10中單片機控制繼電器開關狀態進而控制碳纖維石英電熱管15的工作狀態，與光纖溫度傳感器21連接的傳輸光纖與多通道調製解調模器的輸入端連接，多通道調製解調模器的輸出端通過A/D轉換模塊與單片機連接，單片機通過通信模塊與計算機22連接，用來設定溫度、顯示和記錄溫度。

參考圖4，光纖溫度傳感器21一面和絕緣管型母線12管型導體內壁貼合，另一面覆蓋一層高溫棉19後用耐溫180℃的銅箔膠帶20貼在絕緣管型母線12的銅導體121內壁上。在光纖溫度傳感器12周圍覆蓋一層高溫棉可防止紅外熱量直接加熱光纖溫度傳感器21，使光纖溫度傳感器21隻測量絕緣管型母線12的銅導體121內壁的溫度，外側貼銅箔可防止紅外光透過對光纖探頭螢光的影響，光纖溫度傳感器21通過貼在絕緣管型母線12的銅導體121內壁上的傳輸光纖與控制箱10上的通道連接。絕緣管型母線12試樣由內而外依次是銅導體121、內屏蔽層122、主絕緣層123、外屏蔽層124、接地屏蔽層125及外護套125。

參考圖7，控制箱10工作過程為：在計算機22上設定溫度後通過通信模塊寫入單片機，多通道調製解調模器發出激勵光經光纖傳入，光纖溫度傳感器21的光纖傳感頭端部受激勵光激發而發射螢光,螢光信號由光纖導出,並通過光纖耦合器進入多通道調製解調模器，在多通道調製解調模器內經過經放大後由螢光信號處理系統處理,計算螢光壽命並輸出0-5V的電壓信號，電壓信號經過A/D轉換模塊轉換為數位訊號並送入單片機的寄存器，單片機在工作周期內按順序讀取8個寄存器的數位訊號並與設定的溫度進行比較來控制繼電器開關，同時將讀取到的溫度信號經由通信模塊傳入計算機22進行顯示。

參考圖8，由圖1所示電熱加速老化試驗裝置僅作為電熱加速老化試驗的一個試驗平臺，該單元可同時對8根絕緣管型母線12進行電熱加速老化試驗，絕緣管型母線12試樣的長度介於在1m到2m範圍之間，外徑沒有限制，可通過調節活動鉗口來滿足不同外徑絕緣管型母線12的固定；若絕緣管型母線試樣長度大於2m時，可將2個及以上這種電熱加速老化試驗裝置組合在一起使用即可，但此時需要更換碳纖維石英電熱管的規格。

採用上述試驗裝置進行絕緣管型母線的電熱老化試驗，具體包括下述步驟：

(1)在試驗前將8根絕緣管型母線12端部預處理，使端部銅導體121、內屏蔽層122、主絕緣層123、外屏蔽層124、接地屏蔽層125及外護套126由內向外呈階梯狀，以取12KV 4000A絕緣管型母線作為試驗試樣，並截取長度1.5m，兩端分別剝離出150mm一段銅導體，尤其保證絕緣管型母線12兩端的外屏蔽層124剝掉一部分，露出不少於100mm絕緣，以防止在加壓過程中管型導體高壓處與接地屏蔽層125接地處出現沿面爬閃；

(2)將預處理過的絕緣管型母線12放置在試驗裝置託架條1上前，將光纖溫度傳感器21及傳輸光纖通過雙導銅膠帶貼在絕緣管型母線12的銅導體121內壁上，並將碳纖維石英電熱管15通過支撐陶瓷管17、引出陶瓷管16、陶瓷支架18、引出均壓罩13、高壓端均壓罩14安裝固定在絕緣管型母線12管型導體內部中心位置，完畢後再將傳輸光纖和碳纖維石英電熱管15的電源線從引出陶瓷管16中引出分別接到控制箱10相應的通道上；此外，碳纖維石英電熱管15採用外經為￠15mm，長度1000mm，功率3000KW，電熱管壁最高溫度500℃的碳纖維石英電熱管，光纖溫度傳感器21採用溫度範圍-40℃-250℃，精度0.1℃採樣頻率20HZ，探頭直徑1mm,輸出電壓0-5V的單點式螢光型光纖溫度傳感器。

(3)初步調節託架條1上的活動鉗口2的位置，並分別將8根絕緣管型母線12試樣放置在託架上固定鉗口3和活動鉗口2之間，並滑動活動鉗口2固定夾緊絕緣管型母線12，並將控制箱10放置在試驗裝置支撐部分的底板6上；

(4)通過調壓器AT、升壓變壓器T、保護電阻R和耦合電容C組成可調交流高壓源，並將升壓變壓器T的高壓引出端連接到絕緣管型母線12上，即將8根絕緣管型母線12高壓端均壓罩14中心凹陷處接線孔並聯連接在高壓引出端，根據絕緣管型母線12試樣規格設置不同的接入電壓等級，並將接地線分別從8根絕緣管型母線12端部接地屏蔽層125臺階處引出並聯接地；

(5)將控制箱10通過通信模塊(例如RS485通訊模塊)和計算機22相連，用以設定溫度、顯示和記錄溫度，並完成相應控制工作；

(6)控制箱10通過對比絕緣管型母線12的銅導體121內壁上光纖溫度傳感器21反饋的數據，通過繼電器開關聯合調節各絕緣管型母線12中碳纖維石英電熱管15的工作狀態，以保證各絕緣管型母線12管型導體內壁溫度在要求溫度範圍內上下浮動不超過1℃

通過控制箱10完成絕緣管型母線12試樣管型導體內壁的「恆溫模式」，既可以實現同一批絕緣管型母線12管型導體內壁溫度恆定在相同的溫度(例如：120℃，130℃，155℃，180℃等溫度中一個)的下，也可以實現同一批絕緣管型母線12管型導體內壁溫度分別恆定在不同的溫度(例如：根據絕緣材料的不同，同一批次多根絕緣管型母線12管型導體內壁溫度可分別恆定在110℃、120℃，130℃，140℃，150℃、160℃、170℃、180℃等溫度)下。

本實用新型絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置可以適用於長度在1m到2m範圍之間的絕緣管型母線，當絕緣管型母線試樣長度大於2m時，可將2個及以上這種電熱加速老化試驗裝置組合在一起使用即可，但此時根據需要更長的碳纖維石英電熱管。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何屬於本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。