一种电荷自适应消散盆式绝缘子的制作方法

本发明属于输配电设备技术领域，特别涉及一种电荷自适应消散盆式绝缘子。

背景技术：

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)具有传输容量大、损耗小、安全性高以及环境友好等诸多特点，是用于大容量、长距离的电能传输的有效手段。在输电走廊密集、险要地貌、江河湖海等特殊环境下，气体绝缘金属封闭线路则成为电能输送的最好选择。目前，气体绝缘金属封闭输电线路在世界范围内虽然已经逐步得到广泛应用，然而，其主要应用于交流电网中，而在直流输电系统中GIL的应用鲜见报道。近几年，国际上已经有许多制造单位，如日本三菱、东芝、德国Siemens以及瑞士ABB等电力知名企业，都围绕直流GIL相继开展了研发工作，但均未见正式的商业运营报道。现有GIL设备中常用的盆式绝缘子结构如图1(a)所示，包括中央嵌件01，对称设置在该中央嵌件两侧的绝缘区02(该绝缘区由环氧树脂，氧化铝及固化剂混合制成，环氧树脂，氧化铝及固化剂三者的质量比为100:330:38)，该绝缘子为顶部开敞且具有三角形横截面的一体结构。绝缘区02用于绝缘主体与金属电极的连接。长期工作于高压直流环境下，由于该类盆式绝缘子存在电场法向分量E_t(如图1(b)所示)，导致工作环境下表面会有电荷的积聚；另外，交流GIL设备中当开关断开后，母线上也将会有一定幅值的直流电势存在，这也将使盆式绝缘子表面积聚电荷，将畸变原有电场，导致设备中的盆式绝缘子闪络电压显著降低。目前，随着我国高压直流输电工程的快速发展，对直流GIL设备的需求日益迫切，其内部绝缘件在高压直流下的表面电荷积聚特性及控制措施的研究已成为各国电力科研人员研究的热点问题之一。

近年来，针对直流GIL中盆式绝缘子表面电荷积聚问题的研究，主要集中在气固绝缘介质表面电荷的测量理论和精确测量技术、直流绝缘件表面电荷积聚特性和消散特性、表面电荷控制措施等方面。然而，目前为止，大部分相关研究仍停留在仿真分析，以及小试品小样块的改性研究，具有工业应用潜能的新型高压直流GIL盆式绝缘子的相关研究仍然鲜见报道。

技术实现要素：

本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提出一种电荷自适应消散盆式绝缘子，该盆式绝缘子在运行过程中可以将空间电荷吸附限制于自适应子区表面，且控制表面电荷量始终在安全范围内，同时保持盆式绝缘子具有较高的绝缘性。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明提出的一种电荷自适应消散盆式绝缘子，包括中央嵌件及对称设置在该中央嵌件两侧的绝缘区，该绝缘子为具有U型横截面的一体结构，所述绝缘区由绝缘子区、自适应子区和边缘法兰构成，中央嵌件和绝缘子区、自适应子区、边缘法兰分别构成U型结构的底部、侧壁和顶部；其中，所述绝缘子区采用环氧树脂、氧化铝、及固化剂混合制成，所述自适应子区采用环氧树脂、掺杂有非线性材料的氧化铝、及固化剂混合制成，所述边缘法兰采用与自适应子区相同的材料或采用金属法兰制成。

所述自适应子区的内侧倾斜角与外侧倾斜角分别不超过20度。

所述绝缘子区采用的环氧树脂、氧化铝及固化剂三者的质量比为100:330:38；所述自适应子区采用的环氧树脂、固化剂、掺杂有非线性材料的氧化铅三者的质量比为100:38:330；所述非线性材料由氧化锌构成、或者由碳化硅构成、或者由氧化锌和碳化硅混合构成，该非线性材料占掺杂有非线性材料的氧化铝质量的5％-20％。

本发明提出的一种电荷自适应消散盆式绝缘子，其优点是：

通过外形改良控制空间电荷吸附于非线性区，同时利用非线性区对绝缘区电阻率进行自适应控制，使其能够通过低电阻连接接地外壳来泄放电荷，从而自适应调节表面电荷水平，限制表面电荷量始终在安全范围内。这将使运行中的绝缘子表面电荷水平低于一定值，确保绝缘子周围场强不受电荷积聚的影响，提高其稳定运行性能。

附图说明

图1(a)是现有的一种盆式绝缘子的结构示意图；图1(b)为该盆式绝缘子的电场分布图；

图2是本发明提出的电荷自适应消散盆式绝缘子横截面的结构示意图；

图3是用于浇注本发明提出的电荷自适应消散盆式绝缘子的模具结构示意图；

图4为本发明提出的电荷自适应消散盆式绝缘子的电场分布图。

图中各标记对应的名称为：01-中央嵌件，02-现有绝缘子绝缘区，1-中央嵌件，2-绝缘子区，3-自适应子区，4-边缘法兰，5-绝缘子内侧倾斜角，6-绝缘子外侧倾斜角，7-模具上盖板，8-模具下盖板，9-浇注口。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案详细说明如下：

本发明提出的一种电荷自适应消散盆式绝缘子，该绝缘子为具有U型横截面的一体结构，其横截面如图1所示，包括中央嵌件1及对称设置在该中央嵌件两侧的绝缘区，该绝缘子为具有U型横截面的一体结构，所述绝缘区由绝缘子区2、自适应子区3和边缘法兰4构成，中央嵌件1和绝缘子区2、自适应子区3、边缘法兰4分别构成U型结构的底部(1、2)、侧壁(3)和顶部(4)；其中，所述绝缘子区2采用环氧树脂、氧化铝、及固化剂混合制成，所述自适应子区3采用环氧树脂、掺杂有非线性材料的氧化铝、及固化剂混合制成，所述边缘法兰4采用与自适应子区相同的材料或采用金属法兰制成。

本盆式绝缘子各部分的具体实现方式说明如下：

所述中央嵌件1采用常规的导体嵌件，可以应用目前现有GIS(Gas Insulated Switchgear，气体绝缘金属封闭开关设备)或者GIL嵌件来实现，用于连接导体的嵌件形状不同，对于电荷自适应调控的功能没有影响。

所述绝缘子区2所采用的材料与现有盆式绝缘子的绝缘区所用材料相同，其材料配比为环氧树脂，氧化铝及固化剂三者质量比为100:330:38。

所述自适应子区3的内侧倾斜角(即自适应子区内侧与竖直面的夹角)5与外侧倾斜角(即自适应子区外侧与竖直面的夹角)6应分别不超过20度，以确保足够的绝缘区域；该自适应子区为在由环氧树脂、固化剂构成的基体中加入掺杂有非线性材料的氧化铅混合制成，所述自适应子区3采用的环氧树脂、固化剂、掺杂有非线性材料的氧化铝三者的质量比为100:38:330，所述非线性材料由氧化锌、碳化硅、或者氧化锌和碳化硅混合构成，该非线性材料占掺杂有非线性材料的氧化铅质量的5％-20％。

所述边缘法兰4用于绝缘子外缘，其功能为自适应子区外边缘同接地外壳的连接作用。金属高压电极通过中央嵌件1与绝缘子连接。

本发明提出的一种电荷自适应消散盆式绝缘子的工作原理如下：

该盆式绝缘子在直流环境的运行过程中，一方面，其内部的自适应子区3可以实现对吸附的空间电荷进行收集，并将电荷钳制于自适应子区的绝缘表面区域，通过该区域的非线性材料对绝缘子区2电阻率进行自适应控制，当自适应子区3表面吸附的电荷将要达到设定的电场畸变值时，可自适应地调节自适应子区3电阻率，使该区域的电阻率下降，这相当于改变了该区域表面电荷的接地电阻，使其能够通过低电阻连接接地外壳进行泄放，从而自适应调节表面电荷水平，限制表面电荷量始终在安全范围内。另一方面，所述绝缘子区2靠近高压导体处，其电阻率不会因自适应子区3电阻率发生变化而改变，用来确保本盆式绝缘子具有足够的绝缘性。

本发明提出的盆式绝缘子采用浇注的方式制作，浇注本发明盆式绝缘子时所采用的模具如图3所示，包括：模具上盖板7和模具下盖板8，在模具上盖板7顶部设置浇注口9；其中，自适应子区3的内侧倾斜角和外侧倾斜角分别控制在20度以内，以确保足够的绝缘区域。该盆式绝缘子浇注过程如下：

将工业用环氧树脂、氧化铝注入一个浇注罐内在真空下进行混合搅拌，温度为130摄氏度，用于绝缘子区2；将工业用环氧树脂、掺杂有非线性材料的氧化铝注入另一个浇注罐内在真空下进行混合搅拌，温度为130摄氏度，用于自适应子区3；该步骤应按照现有环氧基氧化铝复合材料绝缘件工业浇注要求进行，分别加入固化继续剂搅拌得到不同的环氧基氧化铝复合材料；将中央嵌件1固定在模具下盖板8内，然后将得到的绝缘子区的环氧基氧化铝复合材料浇注到模具下盖板8中当液面达到图2所示绝缘子区2上表面位置，将模具上盖板7搁置在模具下盖板8上，按照常规工艺，即放入130摄氏度温箱进行恒温固化四小时，待绝缘区料变得粘稠以后，通过浇注口9进行自适应子区3的浇注。浇注后的模具转移至温箱，按照工业要求，即130摄氏度恒温进行二次固化成型后脱模即可。

将本发明所述的电荷自适应消散盆式绝缘子应用于常规的GIL设备中，该绝缘子的绝缘子区电场线基本为平行分量，如图4所示，因此，运行过程中几乎没有电荷积聚现象，而电场线法向分量E_t仅存在于自适应子区，因此，通过这种结构，可以将电荷限制于自适应子区，当电荷积聚超过一定量后，自适应子区电阻率下降，从而使电荷自适应泄放，达到抑制电荷积聚，优化电场的目的。

本发明提出的一种电荷自适应消散盆式绝缘子，可通过上述形状进行等比调整后，作为盆式绝缘子应用于交、直流GIL及GIS系统。但是，其应用范围并不局限于此，在电力传输及供配电设备中，涉及到需要盆式绝缘子进行支撑的交、直流电力设备中，包括隔绝气压类及导体支撑类的应用案例，同样能够应用该类盆式绝缘子，用于限制表面电荷积聚，提高设备安全运行稳定性的效果。