一种测试GIS盆式绝缘子断裂失效的试验装置的制作方法

一种测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置
技术领域
1.本发明涉及gis技术领域，具体为一种测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置。


背景技术：

2.gis是gas insulated switcher的英文缩写，又叫做气体绝缘全封闭组合电器。气体绝缘全封闭组合电器的母线结构主要由盆式绝缘子，金属导体和母线导体所构成。自20世纪60年代其实用化以来，gis设备的出现就给高压电器的发展带来了质的飞跃，也给配电装置的发展带来了一次重大的革命。gis设备具有运行稳定，结构紧凑以及适应性较强等特点，近些年来被广泛应用于供电系统，是我国“西电东送、北电南供”能源格局以及未来电网构建的重要一环。
3.据统计，电压的等级范围越高，对应的绝缘系统就越容易发生故障，所造成的gdp损失也会越大。此外，经过较长运行时间的高压电器会面临老化问题，故障发生比例也会变高。同时，gis的全密封结构使故障的定位及检修比较困难，有着检修工作繁杂，事故后平均停电检修时间长，停电范围大等不足之处，这给供电系统的正常运行造成了巨大的压力。
4.作为绝缘设备，gis设备需要与各种不同电位的导体相接触，也不可避免的要应对突发的闪络或者放电等现象，绝缘故障是其发生故障的最常见的原因。此外，作为庞大的电力系统的一部分，gis设备也需要承受复杂的应力载荷，当安装过程中某一载荷施加过大，设备材料老化或者环境突变都会导致gis设备产生应力集中，当其中一种因素影响过大，或者几种因素共同作用，就会导致部分力学性能较差的设备处于失效风险中，给高压电系统的运行造成隐患。
5.其中，绝缘气体泄漏是一种常见的gis设备失效方式，gis设备中所使用的绝缘气体主要是sf6气体。当相关设备出现故障导致sf6泄露后，会大大降低gis设备的灭弧性能和绝缘强度，影响到高压设备的正常运行；同时，泄露的sf6气体也会威胁相关工作人员的生命健康。据相关记载，gis设备的泄漏主要发生在的脆性复合材料设备盆式绝缘子之中，近些年来，盆式绝缘子的各种故障原因分析以及性能提升方案已成为各个领域科研人员的研究热点。
6.盆式绝缘子是高压组合电器(gis)中的重要组成部分，其在gis设备中起着支持高压导体，支撑管式母线，隔离不同气室以及绝缘地面和电器等功能。但电网工作环境复杂，设备工作年限长，往往存在许多不确定的因素，在各种不确定因素的叠加下，盆式绝缘子也成为gis系统中的薄弱区，成为gis设备发生故障的一个主要原因。据统计，在某地变电站系统2020年的隐患排查中，共发现15个盆式绝缘子产生了19处裂纹。盆式绝缘子产生裂纹后，极大地增加了其内部的sf6气体的泄露风险，严重威胁了gis设备的正常运行。
7.业界对于盆式绝缘子开裂原因的分析，多采用有限元分析方法。使用有限元分析时，往往简化了盆式绝缘子的外部环境条件，因此其研究结论的可靠性还有待进一步验证。基于目前的研究现状，我们拟搭建一套测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置，该装置对盆式绝缘子所受主要的工作环境进行模拟，从实验探究的角度去研究分析盆式绝缘子失效
开裂的机制。


技术实现要素：

8.(一)解决的技术问题
9.针对现有技术的不足，本发明提供了一种测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置，具备简单方便单一控制变量模拟盆式绝缘子失效开裂机制等优点，解决了电网工作环境复杂，设备工作年限长，往往存在许多不确定的因素，在各种不确定因素的叠加下，盆式绝缘子也成为gis系统中的薄弱区，成为gis设备发生故障的一个主要原因，研究sf6气体的压强和上方装置给的重力等因素分析盆式绝缘子失效开裂的问题。
10.(二)技术方案
11.为实现上述简单方便单一控制变量模拟盆式绝缘子失效开裂机制的目的，本发明提供如下技术方案：一种测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置，包括盆式绝缘子主体，盆式绝缘子主体的径向面上开设有通孔，还包括底座，底座设置于盆式绝缘子主体的底部，底座内开设有与盆式绝缘子主体相适配的第一空腔，盆式绝缘子主体上设置有压盖，压盖上设置有贯穿通孔并延伸至底座底部的螺栓，盆式绝缘子主体与底座和压盖之间且位于螺栓靠近盆式绝缘子主体轴心线的一侧设置有密封圈，压盖内开设有与盆式绝缘子主体相适配的第二空腔，底座上设置有与第一空腔和第二空腔的进气端均连通有充气装置，充气装置用对于对第一空腔和第二空腔注入sf气体，底座上且位于压盖的上方设置有加压装置，加压装置用对压盖和盆式绝缘子主体施加轴向作用力，压盖上且位于盆式绝缘子主体的外围设置有与外部上位机电连接的超声波探伤仪。
12.优选的，加压装置包括升降装置和圆盘，升降装置竖直设置于底座上，圆盘水平设置于升降装置的驱动端上。
13.优选的，升降装置包括立架、螺杆、轮盘和旋转轴承，立架设置于底座上，螺杆竖直设置于立架上并与立架螺纹啮合，轮盘设置于螺杆上，旋转轴承设置于螺杆上并与圆盘固定连接。
14.优选的，还包括保温罩和温湿度计，保温罩设置于底座上且位于加压装置的外围，温湿度计设置于加压装置上并与外部上位机电连接。
15.优选的，还包括加热管，加热管设置于保温罩的内壁。
16.优选的，还包括冷气扇和喷淋装置，冷气扇设置于保温罩的内壁用于对保温罩内的空气进行降温，喷淋装置设置于保温罩的内壁，喷淋装置用于对盆式绝缘子主体、底座、压盖和螺栓进行喷淋并配合冷气扇进行模拟结冰环境。
17.(三)有益效果
18.与现有技术相比，本发明提供了一种测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置，具备以下有益效果：
19.1、该测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置，通过充气装置将sf气体导入第一空腔和第二空腔并模拟盆式绝缘子主体在实际工况中的内部气体环境，同时通过密封圈对盆式绝缘子主体与底座和压盖之间的间隙进行填充，避免sf气体从盆式绝缘子主体与底座和压盖之间的缝隙中泄漏而影响该模拟工作环境的单一变量原则，再通过调节加压装置带动压盖对盆式绝缘子主体的轴向施加作用力，进而模拟实际工况中盆式绝缘子主体顶部的
gis罐体重力对盆式绝缘子的压力影响，最后通过超声波探伤仪实时探测盆式绝缘子主体11的裂变情况并将检测信号传递给外部外部上位机进行储存，达到简单方便单一控制变量模拟盆式绝缘子主体失效开裂机制的效果；
20.2、该测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置，通过升降装置沿竖直方向带动圆盘对压盖进行施压，且圆盘保持水平设置，避免圆盘对压盖施加作用力不均导致压盖对盆式绝缘子主体施加作用力不均而影响该模拟轴向作用力与实际工况中盆式绝缘子主体所受应力不同造成该单一控制变量模拟盆式绝缘子主体失效开裂机制存在误差的情况发生，通过旋转轮盘，轮盘带动螺杆与立架相互作用并使得圆盘升降，进而对压盖施加轴向作用力，同时通过旋转轴承连接螺杆与圆盘，避免螺杆在旋转过程中带动圆盘对压盖施加非轴向作用力而影响该模拟轴向作用力与实际工况中盆式绝缘子主体所受应力不同造成该单一控制变量模拟盆式绝缘子主体失效开裂机制存在误差的情况发生，进一步提高了该模拟装置的单一控制变量精度及研究结构的精准度。
附图说明
21.图1为本发明提出的一种测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置结构正视剖面图；
22.图2为本发明提出的一种测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置结构左视剖面图；
23.图3为本发明提出的一种测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置结构立体线条图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.请参阅图1-3，一种测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置，包括盆式绝缘子主体11，盆式绝缘子主体11的主体部分的是以环氧树脂为基、氧化铝为填料共同浇注固化而成，属于树脂基复合材料，盆式绝缘子主体11的径向面上开设有数量为十二个的通孔12，且十二个通孔12以盆式绝缘子主体11的中心线为轴线在盆式绝缘子主体11上呈圆形阵列分布，十二个通孔12内均嵌设有直径均为16mm的螺纹套，螺纹套为钢铁制件，而通孔12内未镶嵌螺纹套的上下部分各有8.5mm的高度对应孔径为18mm，还包括底座2，底座2设置于盆式绝缘子主体11的底部，底座2内开设有与盆式绝缘子主体11相适配的第一空腔3，盆式绝缘子主体11上活动安装有压盖4，压盖4上活动安装有贯穿通孔12并延伸至底座2底部的螺栓5，盆式绝缘子主体11与底座2和压盖4之间且位于螺栓5靠近盆式绝缘子主体11轴心线的一侧活动安装有密封圈6，盆式绝缘子主体11与底座2和压盖4通过m16的螺栓5进行紧密栓接后，相应的通孔12内会预留有一定的孔隙，当m16的螺栓5上防雨帽等防雨装置失效，水分便会通过孔隙流入，压盖4内开设有与盆式绝缘子主体11相适配的第二空腔7，底座2上固定安装有与第一空腔3和第二空腔7的进气端均连通有充气装置8，充气装置8用对于对第一空腔3
和第二空腔7注入sf6气体，充气装置8包括sf6储气罐、控制阀和气体输送刚管，sf6储气罐固定安装于底座2上，sf6储气罐的排气端设置有控制阀，控制阀的排气端设置有分别与第一空腔3和第二空腔7的进气端连通的气体输送刚管，底座2上且位于压盖4的上方固定安装有加压装置9，加压装置9用对压盖4和盆式绝缘子主体11施加轴向作用力，压盖4上且位于盆式绝缘子主体11的外围设置有与外部上位机电连接的超声波探伤仪17；通过充气装置8将sf6气体导入第一空腔3和第二空腔7并模拟盆式绝缘子主体11在实际工况中的内部气体环境，同时通过密封圈6对盆式绝缘子主体11与底座2和压盖4之间的间隙进行填充，避免sf6气体从盆式绝缘子主体11与底座2和压盖4之间的缝隙中泄漏而影响该模拟工作环境的单一变量原则，再通过调节加压装置9带动压盖4对盆式绝缘子主体11的轴向施加作用力，进而模拟实际工况中盆式绝缘子主体11顶部的gis罐体重力对盆式绝缘子的压力影响，最后通过超声波探伤仪17实时探测盆式绝缘子主体11的裂变情况并将检测信号传递给外部外部上位机进行储存，达到简单方便单一控制变量模拟盆式绝缘子主体11失效开裂机制的效果。
26.优选的，加压装置9包括升降装置91和圆盘92，升降装置91沿竖直方向固定安装于底座2上，圆盘92沿水平面且固定安装于升降装置91的驱动端上；通过升降装置91沿竖直方向带动圆盘92对压盖4进行施压，且圆盘92保持水平设置，避免圆盘92对压盖4施加作用力不均导致压盖4对盆式绝缘子主体11施加作用力不均而影响该模拟轴向作用力与实际工况中盆式绝缘子主体11所受应力不同造成该单一控制变量模拟盆式绝缘子主体11失效开裂机制存在误差的情况发生。
27.优选的，升降装置91包括立架911、螺杆912、轮盘913和旋转轴承914，立架911固定安装于底座2上，螺杆912沿竖直活动安装于立架911上并与立架911螺纹啮合，轮盘913固定安装于螺杆912上，旋转轴承914固定安装于螺杆912的底部并与圆盘92固定连接；通过旋转轮盘913，轮盘913带动螺杆912与立架911相互作用并使得圆盘92升降，进而对压盖4施加轴向作用力，同时通过旋转轴承914连接螺杆912与圆盘92，避免螺杆912在旋转过程中带动圆盘92对压盖4施加非轴向作用力而影响该模拟轴向作用力与实际工况中盆式绝缘子主体11所受应力不同造成该单一控制变量模拟盆式绝缘子主体11失效开裂机制存在误差的情况发生。
28.优选的，还包括保温罩10和温湿度计16，保温罩10固定安装于底座2上且位于加压装置9的外围，温湿度计16固定安装于加压装置9上并与外部上位机电连接，温湿度计16的型号为rs485/4-20ma；通过保温罩10对该测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置与外界环境进行隔离，避免外界环境温度变化而影响该单一控制变量模拟盆式绝缘子主体11失效开裂机制存在误差的情况发生，同时通过温湿度计16实时监控保温罩10内部温度、湿度变化情况并将检测信号传递给外部上位机进行实时记录，避免该模拟装置发生非单一变量而影响模拟盆式绝缘子主体11失效开裂机制存在误差的情况发生。
29.优选的，还包括加热管13，加热管13固定安装于保温罩10的内壁；通过加热管13对保温罩10内部的环境温度进行控制，从而使得该测试gis盆式绝缘子断裂失效的试验装置能够通过调控温度进而模拟高温天气对盆式绝缘子主体11失效开裂机制的影响。
30.优选的，还包括冷气扇14和喷淋装置15，冷气扇14固定安装于保温罩10的内壁用于对保温罩10内的空气进行降温，喷淋装置15固定安装于保温罩10的内壁，喷淋装置15用
于对盆式绝缘子主体11、底座2、压盖4和螺栓5进行喷淋并配合冷气扇14进行模拟结冰环境；通过喷淋装置15对盆式绝缘子主体11、底座2、压盖4和螺栓5进行不同水压及水流量的喷淋，进而模拟不同的雨量天气对盆式绝缘子主体11失效开裂机制的影响，同时通过冷气扇14对保温罩10内部环境温度进行降温，从而使得盆式绝缘子主体11、底座2、压盖4和螺栓5上的水分结冰，若m16的螺栓5防雨帽等防雨装置失效，势必会导致盆式绝缘子主体11上通孔12的孔隙渗水，在低温情况下，孔隙水的结冰膨胀和盆式绝缘子的冷缩势必会导致相应的孔洞受到较大的结冰膨胀力，从而导致局部应力过大，产生失效危险，进而模拟冰环境对盆式绝缘子主体11失效开裂机制的影响。
31.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
32.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。