CN201965199U - 一种用于gis局部放电模拟实验研究的实验装置 - Google Patents

Abstract

一种用于GIS局部放电模拟实验研究的实验装置，包括上极板、下极板、有机玻璃管、尼龙强化拉杆、铜导杆、铜电极、充放气装置，上极板、下极板和有机玻璃管组成圆柱体腔体，圆柱体腔体通过尼龙强化拉杆紧固连接，铜导杆与上极板以细密螺纹连接，铜电极螺纹连接于铜导杆，充放气装置安装于下极板一侧，上极板、下极板与有机玻璃管之间设置第一O型密封橡胶圈，上极板与铜导杆之间设置第二O型密封橡胶圈。本实用新型可以方便模拟各种典型缺陷类型，通过对实验装置进行加压操作，可以得到与真实GIS内的缺陷基本相同的局部放电信号，可以用于对GIS局部放电的模式识别，定位以及对GIS绝缘状态的危险评估工作。

Description

一种用于GIS局部放电模拟实验研究的实验装置

技术领域

本实用新型涉及气体绝缘组合电器(gas insulated substation，GIS)局部放电的模拟实验，具体是一种用于GIS局部放电模拟实验研究的实验装置。

背景技术

封闭式气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)具有良好的绝缘性能，广泛应用于高压输电系统中。GIS运行可靠性高、维护工作量小、检修周期长，但是由于其的全封闭结构特点，一旦出现事故，造成的后果比分离敞开式设备严重得多，其故障修复尤为复杂。对GIS实际故障的统计分析表明，因GIS绝缘性能降低而引起的故障占有很大比例。GIS绝缘故障的前期表现为击穿前的局部放电，所以运用传感器手段对其局部放电产生的光、电磁波、振动等物理特征进行检测，能够有效的发现GIS内部绝缘缺陷，尤其是潜伏性和突发性缺陷。局部放电在线监测可以对GIS的绝缘劣化趋势和运行状况做出预测，必要时提供报警和故障诊断，避免发生严重事故，节省大量人力物力，保证系统运行安全。

GIS内的典型缺陷包括自由金属或非金属颗粒、母线和筒壁尖刺、绝缘子内部缺陷，绝缘子沿面缺陷以及金属件松动等，对这些典型的缺陷进行实验研究，得出单个缺陷或者多个缺陷的局部放电信号，进 而对GIS内的局部放电进行去噪、模式识别和定位，并进一步对GIS的绝缘劣化趋势和运行状况做出预测是亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型提供一种用于GIS局部放电模拟实验研究的实验装置，利用该装置可在实验室内模拟GIS设备内部各种单一和组合缺陷，获得反映各种绝缘缺陷的PD实验数据，实现对GIS内绝缘缺陷的PD模式识别。

一种用于GIS局部放电模拟实验研究的实验装置，包括上极板、下极板、有机玻璃管、尼龙强化拉杆、铜导杆、铜电极、充放气装置，上极板、下极板和有机玻璃管组成圆柱体腔体，圆柱体腔体通过尼龙强化拉杆紧固连接，铜导杆与上极板以细密螺纹连接，铜电极螺纹连接于铜导杆，充放气装置安装于下极板一侧，上极板、下极板与有机玻璃管之间设置第一O型密封橡胶圈，上极板与铜导杆之间设置第二O型密封橡胶圈。

本实用新型在实验室建立能够模拟GIS内真实缺陷的局部放电缺陷单元，可以方便模拟各种典型缺陷类型，通过对实验装置进行加压操作，可以得到与真实GIS内的缺陷基本相同的局部放电信号，可以用于对GIS局部放电的模式识别，定位以及对GIS绝缘状态的危险评估工作。

附图说明

图1为本实用新型用于GIS局部放电模拟实验研究的实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型组成铜导杆的导杆单元的结构示意图；

图3a-c为本实用新型铜电极的种类及其与铜导杆的连接示意图；

图4为本实用新型在真实GIS腔体中放置方式的示意图；

图5a-b为本实用新型在外界单独放置时加压方式的示意图。

图中：1-上极板，2-下极板，3-有机玻璃管，4-尼龙强化拉杆，5-铜导杆，6-铜导杆，7-充放气装置，8-第一密封橡胶圈，9-第二密封橡胶圈，10-高压导杆，11-绝缘子。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1所示本实用新型用于GIS局部放电模拟实验研究的实验装置的结构示意图，所述用于GIS局部放电模拟实验研究的实验装置包括上极板1、下极板2、有机玻璃管3、尼龙强化拉杆4、铜导杆5、铜电极6、充放气装置7、第一密封橡胶圈8、第二密封橡胶圈9，上极板1、下极板2和有机玻璃管3组成圆柱体腔体，圆柱体腔体通过尼龙强化拉杆4紧固连接，用于调节圆柱体腔体的上下间距。具体的，尼龙强化拉杆4共有六根，均匀分布于有机玻璃管3的外围，两端均有外螺纹，尼龙强化拉杆4的一端固定于下极板2，另一端由螺母紧固于上极板1。

铜导杆5与上极板1以细密螺纹连接，可以精细调节内部模拟缺陷的尺寸，另外铜导杆5由1cm-10cm不等的导杆单元组成(如图2所示)，导杆单元之间可以任意组合，因此可以在1cm的量级进行粗 调节；铜电极6螺纹连接于铜导杆5，可以方便更换不同缺陷类型，大幅提高工作效率。铜电极6的形状根据所模拟缺陷的不同而变化，可以是球状、板状或棒状。如图3a-c所示，分别是(a)球电极，(b)板电极和(c)棒电极，对于GIS母线和筒壁上的尖刺缺陷，可以采用图3a-c所示的棒电极；对于绝缘子内部放电，一般也采用球电极，而对于沿面放电的缺陷，棒电极和板电极使用较多。

充放气装置7安装于下极板2一侧，可以通过其为圆柱体腔体充入SF6气体；上极板1、下极板2与有机玻璃管3之间设置第一O型密封橡胶圈8，上极板1与铜导杆5之间设置第二O型密封橡胶圈9，第一O型密封橡胶圈8和第二O型密封橡胶圈9用于密封圆柱体腔体内的SF6气体，使其气压值可以达到GIS正常运行时所要求的0.45MPa-0.5MPa。

本实施例上极板1、下极板2和有机玻璃管3组成的圆柱体腔体的尺寸为Φ180mm×150mm，该腔体的尺寸远比正常的GIS小，既可以放置于GIS腔体外单独进行实验研究，也可以放置于真实的GIS中，研究其中的绝缘缺陷所产生的局部放电信号在GIS腔体中的传播特性。

根据权利要求书1所述的铜导杆5，通过两种方式对导杆的长度进行调节，一种是通过铜导杆5与上极板1相连处的细密螺纹进行精细调节，另外还可以通过增减铜导杆5单元改变导杆的长度进行粗调节。

GIS中常见的典型缺陷类型有：自由金属或非金属颗粒、母线和 筒壁尖刺、绝缘子内部缺陷、绝缘子沿面缺陷以及金属件松动造成的悬浮放电缺陷等，本实用新型用于GIS局部放电模拟实验研究的实验装置，可以方便模拟上述缺陷类型，通过对实验装置进行加压操作，可以得到与真实GIS内的缺陷基本相同的局部放电信号，可以用于对GIS局部放电的模式识别，定位以及对GIS绝缘状态的危险评估工作等。具体的操作方法包括以下几个方面：

1.实验装置的密封与SF6气体的充放

对每种缺陷，都放置于图1所示的由上极板1、下极板2和有机玻璃管3组成的圆柱体腔体内。第一O型密封橡胶圈8和第二O型密封橡胶圈9与尼龙强化拉杆4配合使用，共同完成对圆柱体腔体的密封，使腔体可承受的气压达到0.5MPa，与真实GIS相同，充放气装置7采用普通轮胎气门嘴，既可以方便对腔体进行充气，又能保证腔体的密闭性。

本实用新型实验装置在充入高气压SF6气体之前需要先进行抽真空处理，因此在设计时需要考虑装置的耐受内压和耐受外压作用，对本实用新型所设计的实验装置而言，关键是根据需要的耐压水平确定有机玻璃管的厚度，压力容器厚度的计算方法为：

承受内压筒式压力容器壁厚的计算公式

$S_i=\frac{P\·D}{2\left[\mathrm{\δ}\right]}+C$

上式中，Si：容器的壁厚(mm)；P：设计压力(MPa)；D：中间面直径(mm)；C：附加厚度；[σ]：使用材料许用应力，式中许用应力[σ] 的取值有以下规定：在常温下，取 

和 

中的较小值，且规定nb＝4.0，ns＝2.5(MPa)。

承受外压筒式压力容器壁厚的计算公式

$S_o=D^3\sqrt{\frac{P_{\mathrm{cr}}}{2.2\·E}}$

上式中，So：容器的壁厚(mm)；D：容器的中间面直径(mm)；Pcr：临界压力(N/m2)；E：使用材料的弹性模量(N/m2)，对于有机玻璃管，可以取E＝2.7GPa。由材料规格及性能参数，经过计算并加上强度裕度后，有机玻璃管3的厚度取为6mm。

2.各种缺陷的设置方法及电极的选择

对于自由金属颗粒或者非金属颗粒的缺陷，可以采用图3a-c所示的球形电极或者平板电极，将颗粒置于铜电极6与下极板2之间即可，这种设置方式可以模拟颗粒在GIS中的不同的运动状态，与真实GIS中的情况比较符合，另外透明有机玻璃管3的运用可以使我们比较直观的观察颗粒的运动状态。

对于GIS母线和筒壁上的尖刺缺陷，可以采用图3a-c所示的棒电极，棒电极的长度和尖端曲率半径可以方便更改，棒电极与下极板2的间距也可调节，可以模拟尖刺缺陷在多种物理特性下的局部放电；对于绝缘子内部放电，一般也采用球电极，对于沿面放电的缺陷，可以采用棒电极和板电极。

3.铜导杆的长度调节方式

实验装置中的圆柱体腔体尺寸为Φ180mm×150mm，因此要求铜导 杆5的长度可变，使铜电极6与下极板2的距离可变，本实用新型中的铜导杆的长度调节有两种方式：粗调节与细调节。

装置中的铜导杆5并非一体，除去与上极板联接处的小段带有细螺纹的导杆外，其他部分是由导杆单元联接而成，如图2所示。导杆单元的长度可以有1cm，2cm，5cm，这样的组合可以使导杆的长度在1cm到8cm的长度内以10cm的尺度变化，此即铜导杆5长度的粗调节方式。

铜导杆5的细调节是通过与上极板1相连处的小段带有细螺纹的导杆与第二O型密封橡胶圈9完成的，如图1所示，旋转铜导杆5，可以以0.5mm的尺度改变铜导杆5的长度。

4.实验装置的加压方式

实验装置的加压方式有两种，一种是如图4所示的放置于真实的GIS腔体中，通过高压导杆10或者绝缘子11中间触头对实验装置施加高电压，另外还可以放置于GIS腔体的外部，直接对实验装置施加高电压，如图5a-b所示。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于GIS局部放电模拟实验研究的实验装置，其特征在于：包括上极板(1)、下极板(2)、有机玻璃管(3)、尼龙强化拉杆(4)、铜导杆(5)、铜电极(6)、充放气装置(7)；上极板(1)、下极板(2)和有机玻璃管(3)组成圆柱体腔体，圆柱体腔体通过尼龙强化拉杆(4)紧固连接，铜导杆(5)与上极板(1)以细密螺纹连接，铜电极(6)螺纹连接于铜导杆(5)，充放气装置(7)安装于下极板(2)一侧，上极板(1)、下极板(2)与有机玻璃管(3)之间设置第一O型密封橡胶圈(8)，上极板(1)与铜导杆(5)之间设置第二O型密封橡胶圈(9)。

2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：尼龙强化拉杆(4)有六根，均匀分布于有机玻璃管(3)的外围，两端设有外螺纹，尼龙强化拉杆(4)的一端固定于下极板(2)，另一端由螺母紧固于上极板(1)。

3.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述圆柱体腔体的尺寸为Φ180mm×150mm。

4.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：铜电极(6)的形状为球状、板状或棒状。

5.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：铜导杆(5)由1cm-10cm不等的导杆单元组成。

6.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：有机玻璃管(3)的厚度为6mm。

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