专利名称：组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高压输变电技术，尤其涉及一种组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，用以模拟组合电器中绝缘缺陷引起的电场畸变，产生局部放电信号。
背景技术：
SF6气体绝缘组合电器(简称组合电器，Gas Insulated Switchgear/GIS)具有空间体积小、占地面积少、不受外界环境影响、运行安全可靠、有利于环境保护、配置灵活和维护简单、检修周期长等优点，自问世以来便得到了广泛应用。但是，由于GIS是大型全封闭组合式结构，一旦出现故障便需要较长的维修时间，造成重大损失。因此，在GIS发生故障前，检测到并判断其内部绝缘缺陷情况就显得尤为重要。金属尖端缺陷是GIS中最为常见的绝缘缺陷类型之一，是GIS在生产、安装及检修 过程中，高压导体、外壳及紧固结构等金属部件中产生的尖角、毛刺等金属尖端缺陷，金属尖端缺陷会引起GIS腔体内场强畸变，进而降低GIS的电压耐受水平，在过电压作用下可能引起GIS绝缘击穿，造成巨大的经济损失和不良的社会影响。金属尖端缺陷会引起缺陷附近场强畸变，并产生局部放电信号。通过检测放电信号，并分析其特性有助于开展GIS中缺陷类型识别、定位及危险程度评估工作，避免事故的发生。为研究金属尖端缺陷产生的局部放电信号，目前国内外研究机构通常在GIS实体中人为设置金属尖端缺陷来开展相关试验。然而，在GIS实体中开展局部放电试验涉及到抽气、抽真空、缺陷安装、充气等一系列试验步骤，试验周期长，且存在试验电压高、占用场地大、无法模拟金属尖端引起的绝缘击穿试验等不足。因此，有必要设计并制作独立的金属尖端缺陷模型，并要求其具有起始放电电压低、针板距离可调节及实现放电过程可视化等特点。
实用新型内容发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，可独立用于金属尖端局部放电试验(无需GIS实体)，具有试验周期短、占用场地小、起始放电电压低、针板距离可调节及放电过程可视化等特点。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，包括上极板、下极板、绝缘圆筒和钢针；所述上极板、下极板和绝缘圆筒构成存储高压SF6气体的罐体，其中上极板固定在绝缘圆筒的上端面，下极板固定在绝缘圆筒的下端面，且上极板和下极板均与绝缘圆筒的中轴线垂直；所述钢针的针尾与上极板固定，钢针的针尖垂直朝向下极板，钢针和下极板构成针板结构。优选的，该模型还包括拉杆结构，所述拉杆结构的两端分别与上极板和下极板固定，将绝缘圆筒压紧在上极板和下极板之间。一种拉杆结构的优选结构为，其包括拉杆和螺母，在上极板上设置有通孔，在下极板上设置有螺纹孔；所述拉杆的尾端与下极板的螺纹孔螺纹连接，拉杆的首端穿过上极板的通孔后，与螺母螺纹连接。所述拉杆的优选材料为尼龙材料，这是由于尼龙材料的硬度较高。所述拉杆结构的优选数目为四套以上，均匀排布在绝缘圆筒外。为了保证罐体的密封性，所述上极板和绝缘圆筒之间、下极板和绝缘圆筒之间分别通过O型密封圈进行密封。优选的，所述绝缘圆筒为有机玻璃材料；所述上极板和下极板为铝合金材料。优选的，该模型还包括铜棒，所述铜棒贯穿上极板，并与上极板通过螺纹结构固定同时实现电连接、通过O型密封圈密封，铜棒伸入罐体内的一端设置有钢针固定结构，比如螺纹结构。该结构能够在保证气密性的条件下对针板结构的间距进行调节，具体调节时，旋 转铜棒，由于螺纹结构，使其伸入管体内的长度产生变化。优选的，所述钢针位于绝缘圆管的中轴线上。上述结构中，使用的钢针均需采用经显微镜进行筛选，以便选出曲率半径小、表面光滑、无毛刺、无分叉的钢针。有益效果本实用新型提供的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，能够承受与GIS实体相当的高压SF6气体，模拟GIS实体中金属尖端缺陷所引起的电场畸变，经电场分布仿真分析，本案与GIS实体中的金属尖端缺陷具有等效性；由于本案的起始放电电压低，并可在较低的电压下模拟绝缘击穿过程，大大降低了试验对变压器、耦合电容等设备的绝缘要求，减小了设备尺寸及占地面积；采用全透明有机玻璃材质绝缘圆筒，使放电过程可以实现全过程监控；此外，试验之后能方便地将钢针取出，便于查看试验后钢针的表面劣化情况；同时，由于针板结构的间距可调，试验时，可根据需要选择不同的针板间距，以便模拟不同类型的放电现象。
图I为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的一种具体实例的结构示意图；图3为图2中A向的剖视图；图4为钢针的显微照片；图5为钢针附近电场强度分布与GIS实体中类似缺陷附近电场强度分布对比图；具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作更进一步的说明。如图I、图2、图3所示为组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，包括上极板I、下极板2、绝缘圆筒3、6套拉杆结构、铜棒6和钢针5 ;所述拉杆结构包括拉杆拉杆4和螺母8 ;其中上极板I和下极板2为铝合金材质，绝缘圆筒3为透明有机玻璃材质，拉杆4为尼龙材质；所述下极板2上设置有充放气通道9，为了便于对充放气的管理，在充放气通道9上设置有单向逆止阀。所述上极板I、下极板2和绝缘圆筒3通过拉杆结构构成存储高压SF6气体的罐体，其中上极板I固定在绝缘圆筒3的上端面，下极板2固定在绝缘圆筒3的下端面，且上极板I和下极板2均与绝缘圆筒3的中轴线垂直；在上极板I上设置有通孔，在下极板2上设置有螺纹孔；所述拉杆4的尾端与下极板2的螺纹孔螺纹连接，拉杆4的首端穿过上极板I的通孔后，与螺母8螺纹连接，将绝缘圆筒3压紧在上极板I和下极板2之间；为了保证罐体的密封性，上极板I和绝缘圆筒3之间、下极板2和绝缘圆筒3之间分别通过第一 O型密封圈7进行密封；为了便于第一 O型密封圈7的安装，在上极板I和下极板2安装第一 O型密封圈7处设置有放置第一 O型密封圈7的凹槽。所述铜棒6贯穿上极板1，并与上极板I通过螺纹结构固定同时实现电连接、通过第二 O型密封圈10密封，铜棒6伸入罐体内的一端设置有钢针固定结构(比如螺纹结构)；所述钢针5位于绝缘圆筒3的中轴线上，且钢针5的针尾固定在钢针固定结构上、并与铜棒6实现电连接，钢针5的针尖垂直朝向下极板2，钢针5和下极板2构成针板结构，用于产生电场畸变现象；通过旋转铜棒6，可以在保证气密性的条件下使针板的间距具有可调节性。本案中，第一 O型密封圈7和第二 O型密封圈10采用橡胶材质，所有部件均要求表面光滑、无毛刺、无裂纹。具体的，本案中上极板I及下极板2的直径为150mm，厚度为20mm ;绝缘圆筒3外径为120mm、内径为110mm，高度为150mm ;上极板I与绝缘圆筒3的交界处、下极板2与绝缘圆筒3的交界处均开有深度为6_的凹槽，用于放置第一 O型密封圈7 ;拉杆4的直径为8mm,其插入下极板2的深度为IOmm ;铜棒6的直径为6mm,其上端与上极板I连接处使用第二 O型密封圈10与细螺纹的组合进行密封，用于调节钢针5与下极板2的间距。为了使针板结构的起始放电电压低，并在较低的电压下模拟针板击穿放电试验，构建缺陷模型时通过使用显微镜对钢针5进行筛选，要求钢针5的曲率半径小、且针尖光滑，无毛刺、分叉。筛选出的钢针5的显微照片如图4所示，其中针尖等效曲率半径为39. 95 μ mD对基于上述参数的实例进行试验，经试验发现在不加入钢针5时，罐体的局部放电起始电压大于80kV ;加入钢针5后，罐体的局部放电起始放电电压为9kV，击穿电压为32kV。表明经优选后，本实施例可在较低的试验电压下开展GIS局部放电试验，可有效降低试验对变压器、耦合电容等设备的绝缘要求，减小设备尺寸及占地面积。图5所示是本实施例的钢针5针尖附近电场分布情况与及GIS中设置的同曲率半径的金属尖刺周围的电场分布情况对比图，其中横轴所示为离针尖的距离，纵轴为电场强度的值。试验中本实施例的针板距离为4mm，施加电压为15. 5kV，而GIS中的金属尖刺的高度为2mm (曲率半径与本实施例钢针5相同)，施加电压为128kV。除去电场强度绝对值的差异，两者电场强度随距离针尖的距离变化特性类似，表明本实施例所述针板结构可有效模拟GIS实体中尖刺等缺陷所引起的电场畸变现象。对本案的实例经多次局部放电试验，未出现气体泄漏、放电不稳定等现象。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，其特征在于该模型包括上极板、下极板、绝缘圆筒和钢针；所述上极板、下极板和绝缘圆筒构成存储高压SF6气体的罐体，其中上极板固定在绝缘圆筒的上端面，下极板固定在绝缘圆筒的下端面，且上极板和下极板均与绝缘圆筒的中轴线垂直；所述钢针的针尾与上极板固定，钢针的针尖垂直朝向下极板，钢针和下极板构成针板结构。
2.根据权利要求I所述的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，其特征在于该模型还包括拉杆结构，所述拉杆结构的两端分别与上极板和下极板固定，将绝缘圆筒压紧在上极板和下极板之间。
3.根据权利要求2所述的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，其特征在于所述拉杆结构包括拉杆和螺母，在上极板上设置有通孔，在下极板上设置有螺纹孔；所述拉杆的尾端与下极板的螺纹孔螺纹连接，拉杆的首端穿过上极板的通孔后，与螺母螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，其特征在于所述拉杆为尼龙材料。
5.根据权利要求2所述的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，其特征在于所述拉杆结构的数目为四套以上，且均匀排布在绝缘圆筒外。
6.根据权利要求I或2所述的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，其特征在于所述上极板和绝缘圆筒之间、下极板和绝缘圆筒之间分别通过O型密封圈进行密封。
7.根据权利要求I或2所述的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，其特征在于所述绝缘圆筒为有机玻璃材料。
8.根据权利要求I或2所述的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，其特征在于所述上极板和下极板为铝合金材料。
9.根据权利要求I或2所述的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，其特征在于该模型还包括铜棒，所述铜棒贯穿上极板，并与上极板通过螺纹结构固定同时实现电连接、通过O型密封圈密封，铜棒伸入罐体内的一端设置有钢针固定结构。
10.根据权利要求I或2所述的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，其特征在于所述钢针位于绝缘圆管的中轴线上。
专利摘要本实用新型公开了一种组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，包括上极板、下极板、绝缘圆筒和钢针；上极板、下极板和绝缘圆筒构成存储高压SF6气体的罐体，其中上极板固定在绝缘圆筒的上端面，下极板固定在绝缘圆筒的下端面，且上极板和下极板均与绝缘圆筒的中轴线垂直；钢针的针尾与上极板固定，钢针的针尖垂直朝向下极板，钢针和下极板构成针板结构。本实用新型提供的组合电器局部放电试验用独立金属尖端缺陷模型，能够承受与GIS实体相当的高压SF6气体，模拟GIS实体中金属尖端缺陷所引起的电场畸变，具有放电起始电压低、针板间距可调节及放电过程可视化等特点。
文档编号G01R1/02GK202600103SQ201220281988
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者杨景刚, 贾勇勇, 王存超, 胡成博, 李军浩 申请人:江苏省电力试验研究院有限公司, 江苏省电力公司, 国家电网公司