用于直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的试验研究装置

摘要

本发明涉及一种用于直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的试验研究装置，该装置具备SF6气体间隙绝缘试验、绝缘子沿面闪络特性试验、以及金属导电微粒试验的试验能力，能够很好地满足直流GIL绝缘试验的需要。该装置具有大致“L”型的外形，包括竖直方向上的高压引线端、高压均压环和硅橡胶复合绝缘子高压套管；以及在水平方向上，同轴分布的位于中间的高压导杆电极和外围的试验装置外壳，以及三个气室共同组成横向的试验装置外壳。

说明书

技术领域

本发明涉及高电压输电线路与绝缘技术领域。

背景技术

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL：Gas Insulated Metal EnclosedTransmission Line)源于SF₆绝缘的金属封闭母线，是一种采用SF₆气体或SF₆和N₂混合气体绝缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流电力传输设备。其电气特性与架空线路相似，无绝缘老化问题，损耗低，安全防护性好，占地空间小，在大容量长距离输电方面具有优势。该技术的研发始于20世纪60年代，目的是实现与架空输电线路输电容量相当的地下输电线路。美国CGIT Systems.Inc.公司的前身HighVoltage Power Corporation公司1972年在美国新泽西州Hudson电厂安装了世界上首个GIL，迄今仍在可靠运行。据IEEE/PES变电站委员会GIS(气体绝缘金属封闭组合电器)分委会2004年的统计，全世界的73-1200kV气体绝缘输电线路总长约198km。最长的GIL在日本东京，全长3.3km，额定电压275kV。

由于SF₆气体具有优异的绝缘和灭弧性能，是目前世界上最优良的绝缘介质，广泛地应用于高压电器领域。气体绝缘金属封闭输电线路作为一种新型的输电线路，具有传输容量大、损耗小、部件模块化、占地少、可靠性安全性高、免维护、寿命长、对环境影响小等优点，GIL的采用，可解决特殊气候、特殊环境和特殊地段的输电线路架设问题，通过合理规划和设计，不仅可以大大减少系统造价，而且可以提高系统可靠性。然而长期以来，受直流输电技术发展缓慢的影响，国内外专门针对直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的研究甚少，没有形成直流GIL产品。截止目前为止，全世界范围内的交流GIL的电压等级范围为73～1200kV。绝缘设计是直流GIL的关键技术环节，包括同轴电极绝缘间隙尺寸的选择，盆式和支柱绝缘子外形结构的设计，以及金属导电微粒的抑制。为设计综合绝缘性能良好的直流GIL，需要进行大量的SF₆气体间隙绝缘试验、绝缘子沿面闪络特性试验、以及金属导电微粒试验。

为研究SF₆气体绝缘特性和设计绝缘性能优异的交直流气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)和交流GIL，国内外多家相关研究机构和电力公司设计了用于SF₆气体绝缘试验的容器或装置，但这些试验装置或容器用于直流GIL绝缘试验时，存在许多不足之处。如德国慕尼黑大学W.Boeck研究小组设计的直径2m，长5m的大型立式SF₆气体绝缘试验容器，总体积为17m³，每一次试验都需要充大量的气体，试验时充放气以及气体净化工作量大；单一立式的气室，使盆式绝缘子只能水平放置，无法进行金属导电微粒对盆式绝缘子绝缘性能影响的试验。日本关西电力公司则直接采用未改进的GIS母线段进行盆式绝缘子试验，这种试验装置可以很好的进行绝缘子闪络特性试验，但不方便进行各种SF₆气体间隙的绝缘特性试验和金属导电微粒试验。美国麻省理工技术学院的研究者设计了同轴水平放置的SF₆绝缘试验装置，可以进行同轴圆柱SF₆间隙绝缘试验，但无法安放盆式绝缘子并进行相关试验。国内西安交通大学邱毓昌教授等人为研究SF₆气体绝缘特性和对绝缘子模型进行表面电荷的测量，设计了带远紫外石英玻璃窗的SF₆气体绝缘试验容器，可以观察到放电过程中的紫外光和可见光；但这种试验容器也是采用立式结构的形式，不方便进行盆式绝缘子相关试验。

综上所述，目前国内外没有一种专门用于直流GIL绝缘试验的装置，国内外相关的SF₆气体绝缘试验装置或容器，要么仅适合SF₆气体间隙绝缘特性的试验，要么仅适合于绝缘相关特性的试验。不同时具备SF₆气体间隙绝缘试验、绝缘子沿面闪络特性试验、以及金属导电微粒试验的试验能力，无法满足直流GIL绝缘试验的需要。而本发明的直流气体绝缘金属封闭输电线路的气体绝缘试验装置能够克服上述不足，能够进行具备上述多种要求的试验，从而很好地满足了直流GIL绝缘试验的需要。

发明内容

在设计直流GIL整体绝缘结构时，需要研究不同气压、不同电极形状、不同表面粗糙度、不同电极覆膜情况对SF₆气体绝缘特性的影响、盆式绝缘子、支柱绝缘子表面电荷的积聚机理及其对绝缘子闪络特性的影响、金属导电微粒的运动规律及其对绝缘子闪络特性的影响等方面的问题，为此，本发明提出了以下的试验装置。

依据本发明的用于直流气体绝缘金属封闭输电线路的试验研究装置，其具有大致“L”型的外形，包括竖直方向上布置的高压引线端、高压均压环和硅橡胶复合绝缘子高压套管；以及在水平方向上，同轴分布的位于中间的高压导杆电极和外围的试验装置外壳；1号气室、2号气室和3号气室共同组成横向的试验装置外壳，所述三个气室由1号盆式绝缘子和2号盆式绝缘子隔离成为独立的气室，所述三个气室还分别具有相应的独立充放气阀门：1号充放气阀门、2号充放气阀门和3号充放气阀门；所述每个充放气阀门上均设置有气压表或密度计。

该装置的1号气室的气压保持恒定，不用于试验，所述3号气室为试验单元段，通过布置不同形式的棒板电极、同轴圆柱电极、不同规格的2号盆式绝缘子和支柱绝缘子以及金属导电微粒，在所述3号气室中进行SF₆气体间隙绝缘特性试验、绝缘子闪络特性试验和金属导电微粒试验。所述3号气室的3号充放气阀门上设置有带温度补偿的气体密度计。

所述支柱绝缘子上设置有屏蔽均压罩，可屏蔽高压导杆电极端部的电场。

所述3号气室可安装不同规格尺寸的同轴外壳电极以配合高压导杆电极组成的电极对，所述高压导杆电极可通过2号盆式绝缘子右端的电极过渡连接件进行更换，从而通过改变所述高压导杆电极及其配套电极的尺寸和粗糙度，进行不同形状和不同粗糙度的气体间隙绝缘特性试验。

所述3号气室端部设有可拆卸法兰结构。

所述2号气室和3号气室上安装有1号石英玻璃观察窗口、2号石英玻璃观察窗口、3号石英玻璃观察窗口和主试验石英玻璃观察窗口，所述石英玻璃为远紫外材料，对放电过程中发出的波长在200nm～800nm的光谱范围内光，其透过率大于90％。

该装置还具有不锈钢的装置支撑座和辅助支撑架支撑所述试验装置本体，使本体能够平稳放置和移动。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的气体绝缘试验装置采用三个气室形式的分段结构设计，减少了试验过程中气体的使用量，并且使充放气操作过程变得非常简单，从而更好地满足了直流GIL绝缘试验的需要；

2.本发明通过安装在盆式绝缘子与高压导杆电极之间的电极过渡连接件，可方便对高压导杆电极进行更换，从而通过改变所述高压导杆电极及其配套电极的尺寸和粗糙度，进行不同形状和不同粗糙度的气体间隙绝缘特性试验；

3.本发明通过在支柱绝缘子上设置屏蔽均压罩，可以用来屏蔽高压导杆电极端部的电场，使试验时不会出现电晕放电。

附图说明

图1为依据本发明的直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的气体绝缘试验装置的总体结构示意图；

图2为如图1所示的依据本发明的直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的气体绝缘试验装置的总体结构的俯视图。

其中，图中各附图标记所代表的部件为：

1-高压引线端；

2-高压均压环；

3-硅橡胶复合绝缘子高压套管；

4-1号盆式绝缘子；

5-1号石英玻璃观察窗口；

6-2号盆式绝缘子(试验用盆式绝缘子)；

7-2号石英玻璃观察窗口；

8-电极过渡连接件；

9-高压导杆电极；

10-3号石英玻璃观察窗口；

11-屏蔽均压罩；

12-主试验石英玻璃观察窗口；

13-1号充放气阀门；

14-1号气室；

15-装置支撑座；

16-中间高压导体；

17-2号气室；

18-辅助支撑架；

19-试验装置外壳；

20-3号气室；

21-支柱绝缘子(试验用支柱绝缘子)；

22-2号充放气阀门；

23-3号充放气阀门；

24-4号充放气阀门；

25-法兰。

具体实施方式

下面具体描述依据本发明的用于直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的试验研究装置的组成和结构。如图1装置整体结构图和图2装置俯视图所示。

如图1所示，依据本发明的整个试验装置具有大致呈“L”型的外形，其在竖直方向上设置有高压引线端1、高压均压环2和硅橡胶复合绝缘子高压套管3。在水平方向上，中间的高压导杆电极9和试验装置外壳19同轴分布，单元模块1号气室14、2号气室17、3号气室20组成横向的试验装置外壳19，其中1号气室14垂直布置，2号气室17和3号气室20水平布置。三个气室由2个盆式绝缘子，也即1号和2号盆式绝缘子隔离开成为独立的气室，三个气室单元都分别具有相应的独立的充放气阀门：1号充放气阀门13、2号充放气阀门22和3号充放气阀门23。3号气室20还附加具有4号充放气阀门24。每个充放气阀门上均设置有气压表或密度计，可以单独进行充气和放气。依据本发明的试验装置采用三个气室形式的分段结构设计，减少了试验过程中气体的使用量，并且使充放气操作过程变得非常简单。

1号气室14的气压通常情况下保持恒定，气体不更换，该气室不用于任何试验。3号气室20为试验单元段，可以通过布置不同形式的棒板电极、同轴圆柱电极以及不同规格的2号盆式绝缘子6和支柱绝缘子21，进行SF6气体间隙绝缘特性试验和绝缘子闪络特性试验。在3号气室20中合理地布置金属导电微粒，还可以进行金属导电微粒相关试验。可以在3号气室20上的3号充放气阀门23上另外配备一带温度补偿的气体密度计或是将3号充放气阀门23上的气压表更换为带温度补偿的气体密度计，此气体密度计可以补偿温度对试验结果的影响。

1号盆式绝缘子4和2号盆式绝缘子6通过法兰固定在试验装置外壳19上，支柱绝缘子21的底座通过螺栓固定在试验装置外壳19上。2号盆式绝缘子6和支柱绝缘子21可用于绝缘子的相关试验，2号盆式绝缘子6和支柱绝缘子21可以更换使用。

3号气室20的下部装有支柱绝缘子21，支柱绝缘子21上带有屏蔽均压罩11，屏蔽均压罩11与高压导杆电极9连接，屏蔽均压罩11可以用来屏蔽高压导杆电极9端部的电场，使试验时不会出现电晕放电。

3号气室20可安装不同规格尺寸的同轴外壳电极以配合高压导杆电极9组成的电极对，2号盆式绝缘子与高压导杆电极之间设有电极过渡连接件，高压导杆电极9可以通过2号盆式绝缘子6右端的电极过渡连接件8进行更换，从而可以通过改变高压导杆电极9及其配套电极的尺寸和粗糙度，进行不同形状和不同粗糙度的气体间隙绝缘特性试验。

3号气室20外端部设有可拆卸法兰25结构，可通过卸去该法兰来为更换电极提供操作空间。2号气室17和3号气室20上安装有1号石英玻璃观察窗口5、2号石英玻璃观察窗口7、3号石英玻璃观察窗口10和主试验石英玻璃观察窗口12。该石英玻璃为远紫外材料，对放电过程中发出的波长在200nm～800nm的光谱范围内光，其透过率大于90％，通过高速摄像仪可以监视放电的发生过程。

不锈钢的装置支撑座15和辅助支撑架18支撑试验装置本体，使本体能够平稳放置，方便更换电极，且使装置能够平稳移动。

已经根据优选的实施例描述了本发明。显然，在阅读和理解了上述详细说明书后能做出多种修正和替换。本发明意欲的是本申请构建成包括了落入附属的权利要求书或其等同物的范围之内的所有这些修正和替换。