专利名称：一种用于gis局部放电模拟实验研究的实验装置的制作方法
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 0型密封橡胶圈，上极板与铜导杆之间设置第二 0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。
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；[0010]图4为本实用新型在真实GIS腔体中放置方式的示意图；图fe-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，均勻分布于有机玻璃管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Icm-IOcm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Icm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 —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 0型密封橡胶圈8，上极板1与铜导杆5之间设置第二 0型密封橡胶圈9，第一 0型密封橡胶圈8和第二 0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 Φ ISOmmX 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[0020]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 0型密封橡胶圈8和第二 0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
ο P-D ^^+ C
Α.ο\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；[ο]使用材料许用应力，式中许用应力[ο]的取值有以下规定在常温下，取&和
nb
δ
ι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
° 2.2.E上式中，So 容器的壁厚(mm) ；D 容器的中间面直径(mm) ；Per 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Φ ISOmmX 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Icm到8cm的长度内以IOcm的尺度变化，此即铜导杆5长度的粗调节方式。[0035]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 0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fe-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。
权利要求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O)、有机玻璃管(3)、尼龙强化拉杆0)、铜导杆(5)、铜电极(6)、充放气装置(7)；上极板(1)、下极板( 和有机玻璃管C3)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( 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( 一侧，上极板(1)、下极板( 与有机玻璃管(3)之间设置第一 0型密封橡胶圈(8)，上极板(1)与铜导杆( 之间设置第二 0型密封橡胶圈 ⑶。
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，均勻分布于有机玻璃管C3)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O)，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 Φ 180mm X 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Icm-IOcm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⑶的厚度为6mm。
专利摘要一种用于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。
文档编号G01R31/16GK201965199SQ201020682229
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者全江涛, 卢军, 李军浩, 李彦明, 袁鹏, 陈隽 申请人:湖北省电力试验研究院, 西安交通大学