一种粒子性放电实验平台异物释放装置及GIL试验系统

技术领域

本发明属于高压输电线路和绝缘技术领域，具体涉及一种粒子性放电实验平台异物释放装置及GIL试验系统。

背景技术

气体绝缘金属封闭输电线路是一种外壳与导体同轴布置的高电压、大电流、长距离电力传输设备，其腔体内部常采用高气压的SF6、CF4、N2或混合清洁气体作为绝缘介质，可以作为架空输电和电缆输电的补充。因具有传输容量大、损耗小、无电磁干扰、可靠性高等优点被广泛使用。

当前GIL的实际应用过程中，还存在一些亟待解决的问题，其中由微粒异物引发的GIL绝缘强度降低是影响系统安全稳定运行的主要因素。在GIL的生产、运输、装配和运行过程中，清理设备不完善、设备受挤压或摩擦等原因会不可避免地产生微粒异物；同时在长时间运行过程中可能存在的火花放电会进一步烧蚀GIL零部件，也可能会产生一些微粒异物。根据查询相关资料得知这些金属微粒材料以铝、铁和不锈钢为主，多为线形、球状和粉末状，且尺寸一般较小，大多为毫米级。

目前，在GIL中会因为外部装置施加高电压使微粒带电并在电场作用下发生运动，从而影响系统的安全稳定运行。现有的GIL的装置进行工作时，金属微粒是被放置在一个位置，不仅不易看到微粒在盆式和支柱绝缘子附近的运行状态，且影响对GIL系统绝缘性能和安全稳定性能的研究。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种粒子性放电实验平台异物释放装置及GIL试验系统，能够解决现有的GIL的装置进行工作时，金属微粒是被放置在一个位置，不仅不易看到微粒在盆式和支柱绝缘子附近的运行状态，且影响对GIL系统绝缘性能和安全稳定性能的研究的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种粒子性放电实验平台异物释放装置，包括GIL装置、开合装置和电磁件；

开合装置设置在GIL装置的内侧顶部，电磁件设置在GIL装置的外侧顶部，且电磁件位于开合装置的上方，以使开合装置通过电磁件释放金属微粒，电磁件外界电源电性连接，电磁件与遥控装置信号连接。

可选的，开合装置包括第一转动板、第二转动板和转动轴，第一转动板和第二转动板之间通过转动轴转动连接，其中，第一转动板与耐压圆筒形腔体的内侧壁顶部相连接，金属微粒用于放置在第二转动板上。

可选的，GIL装置包括外壳、导电结构和气体装置，导电结构设置在外壳内，且导电结构的一端伸出外壳的外侧，用于连接电压，气体装置设置在外壳的外侧上端，用于设置外壳内腔的气压。

可选的，外壳包括耐压圆筒形腔体和绝缘盖板，耐压圆筒形腔体的两端均设置绝缘盖板，导电结构设置在耐压圆筒形腔体内腔，且导电结构的一端伸出一侧绝缘盖板的外侧，用于连接电压。

可选的，导电结构包括导电杆结构和绝缘结构，导电杆结构设置在耐压圆筒形腔体内腔中，且导电杆结构的一端伸出耐压圆筒形腔体的内腔，导电结构位于耐压圆筒形腔体的外侧的一端连接绝缘结构。

可选的，导电杆结构包括导杆主体和导杆头，绝缘结构包括环氧套管和亚克力套管，导杆主体包括第一段和第二段，其中，导杆主体的第二段设置在耐压圆筒形腔体内，导杆主体的第一段穿过绝缘盖板，第一段设置在耐压圆筒形腔体的外侧，第一段的一端连接导杆头，导杆主体的第一段上设置环氧套管，环氧套管的外表面设置有亚克力套管，其中，环氧套管与导杆主体穿过的绝缘盖板相连接。

可选的，耐压圆筒形腔体内腔设置有导电膜。

可选的，气体装置包括充气阀和气压表，充气阀与耐压圆筒形腔体相连接，且充气阀与耐压圆筒形腔体的内腔相连通，气压表设置在充气阀上。

可选的，释放装置还包括绝缘子，绝缘子位于耐压圆筒形腔体内腔，绝缘子套接在导杆主体的外表面，且绝缘子与耐压圆筒形腔体的内侧壁相连接。

本发明的另一方面提供了一种GIL试验系统，包括上述所述的粒子放电实验平台异物释放装置。

有益效果

本发明的实施例中所提供的一种粒子性放电实验平台异物释放装置及GIL试验系统，整个试验过程是在一个密闭的耐压圆筒形腔体内进行的，电极采用的是同轴圆柱电极，在耐压圆筒形腔体中导杆主体通过绝缘支撑且在耐压圆筒形腔体内壁，将另一端(右端)金属盖板与耐压圆筒形腔体连接作为地电极，进而模拟GIL及GIS母线金属壳导电特性，由于现阶段研究金属微粒异物运动导致耐压圆筒形腔体内部粒子放电都是将微粒固定到某个位置或者是预先放入微粒，然后将导杆主体进行加压，从而研究金属微粒异物的运动。但是实际情况下是在电压运行条件下，一些随机因素如振动等，使释放装置在运行情况下在某些位置产生异物，然后异物开始运动。此释放装置在保证实验耐压圆筒形腔体气密性良好的同时又能承受一定程度高气压，在耐压圆筒形腔体上将金属电磁式开合装置一端固定，将微粒放在金属电磁式开合装置中，利用小型电磁铁将金属电磁式开合装置另一端吸上，并通过外界遥控装置控制开通和关断，让金属电磁式开合装置另一端打开，打开瞬间金属异物微粒就会自然下落，进而模拟GIL或者GIS设备产生微粒异物瞬间情形。便于实验者可以更好的观察微粒异物对GIL或GIS设备产生的影响，解决现有的GIL的装置进行工作时，金属微粒是被放置在一个位置，不仅不易看到微粒在盆式和支柱绝缘子附近的运行状态，且影响对GIL系统绝缘性能和安全稳定性能的研究的问题。

本发明的优点：

1、该异物释放装置设置有小型电磁开合装置，其结构简单，安装方便，可以适用于不同比例大小的GIL模型，且通过设置的开合装置，可以在不同的位置释放金属微粒，提高对GIL系统绝缘性的研究和安全稳定性能的研究。

2、电磁开合装置模拟了金属微粒从腔体掉落的状态过程，对应的是在GIL运行时，金属微粒产生以及掉落这一重要过程，从而装置模拟了金属微粒从产生到最后运动结束的全过程，便于观察在不同位置进行释放，降低对GIL系统的研究的难度。

3、电磁开合装置可以随意改变安装位置，可以模拟金属微粒在距离绝缘子不同距离，距离腔体底部不同高度时不同的运动状态和运动结果，不仅方便观察在不同位置进行释放，且使用方便，结构简单。

附图说明

图1为本发明实施例的粒子性放电实验平台异物释放装置主视剖视结构示意图；

图2为本发明实施例的开合装置打开状态的结构示意图；

图3为本发明实施例的开合装置闭合状态的结构示意图；

图4为本发明实施例的工作方法的流程图；

图5为本发明实施例的粒子性放电实验平台异物释放装置俯视结构示意图。

附图标记表示为：

1、耐压圆筒形腔体；2、绝缘盖板；3、导杆主体；4、导杆头；5、环氧套管；6、亚克力套管；7、气体装置；70、充气阀；71、气压表；8、开合装置；80、第一转动板；81、第二转动板；82、转动轴；9、电磁件；10、绝缘子。

具体实施方式

结合参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，一种粒子性放电实验平台异物释放装置，请参照图1，该释放装置包括包括GIL装置、开合装置8和电磁件9，GIL装置包括外壳、导电结构、气体装置7和绝缘子10，外壳包括耐压圆筒形腔体1和绝缘盖板2，导电杆结构包括导杆主体3和导杆头4，绝缘结构包括环氧套管5个亚克力套管6、气体装置7包括充气阀70和气压表71，耐压圆筒形腔体1的两端均设置绝缘盖板2，导杆主体3包括第一段和第二段，其中，导杆主体3的第二段设置在耐压圆筒形腔体1内，导杆主体3的第一段穿过绝缘盖板2，第一段设置在耐压圆筒形腔体1的外侧，第一段的一端连接导杆头4，导杆主体3的第一段上设置环氧套管5，环氧套管5的外表面设置有亚克力套管6，其中，环氧套管5与导杆主体3穿过的绝缘盖板2相连接，耐压圆筒形腔体1上设置有气体装置7，开合装置8设置在耐压圆筒形腔体1的内侧壁顶部，电磁件9设置在耐压圆筒形腔体1的外侧顶部，且电磁件9位于开合装置8的上方，以使开合装置8通过电磁件9通电和断电释放金属微粒，电磁件9与外界电源电性连接，单独供电。导杆头4与外界可调高压电源电性连接，电磁件9与遥控装置信号连接。本发明通过耐压圆筒形腔体1内腔设置的导杆主体3，即形成GIL的导线特性，通过在开合装置8上放置金属微粒，通过导杆头4连接可调电压电源，进而连通导杆主体3，电磁件9通电，进而将金属微粒进行吸附，当电磁件9断电后，进而控制金属微粒下落，模拟GIL产生金属微粒瞬间运动的现象，不仅便于观察金属微粒对GIL设备产生的影响，同时可以在不同的位置进行释放金属微粒，进而降低对GIL系统的研究的难度，避免金属微粒的运动造成绝缘子的绝缘薄弱，有效抑制金属微粒的运行，进而提高GIL的安全稳定运行的性能。

进一步的，耐压圆筒形腔体1为密闭性的耐压腔体，其中，两端通过绝缘盖板2进行密封，绝缘盖板2上设置有凹槽，凹槽内设置有密封条，加大绝缘盖板2与耐压圆筒形腔体1的密封性。

进一步的，绝缘盖板2与耐压圆筒形腔体1之间通过螺钉进行连接，方便连接且便于拆卸。

进一步的，导杆主体3的第一段是位于耐压圆筒形腔体1的外侧，第一段远离绝缘盖板2的一端通过螺纹连接导杆头4，导杆头4是连接可调高压电源，为导杆主体3提供电压。其中，在第一段上螺纹连接环氧套管5，环氧套管5的外表面螺纹连接亚克力套管6，环氧套管5的作用是保证导杆主体3不会向左端的绝缘盖板2上爬电，确保安全性。

进一步的，绝缘子10位于耐压圆筒形腔体1内腔，绝缘子10套接在导杆主体3的外表面，且绝缘子10与耐压圆筒形腔体1的内侧壁相连接，绝缘子10是盆式绝缘子10，即套在导杆主体3上，支撑导杆主体3。

进一步的，耐压圆筒形腔体1中贴有导电膜，使得耐压圆筒形腔体1内部是属于实际的GIL腔体，提高试验的精确度。

进一步的，导杆主体3为高压导杆主体，导杆头4为高压导杆头，导杆头4连接可调高压电源，其中，可以通过的电压类型：直流、交流、冲击电压，通过调节可调节电压电源控制电压大小。

进一步的，开合装置8固定在耐压圆筒形腔体1的内腔，电磁件9是固定在耐压圆筒形腔体1的外侧，且是位于开合装置8的上方，通过电磁件9控制开合装置8的开合，当电磁件9通电时，即有磁性时，即开合装置8是关闭状态，当电磁件9断电时，即是消磁时，即开合装置8是打开状态，即位于开合装置8上的金属微粒自由下落，实现对金属微粒的运动状态进行观察，便于研究金属微粒对GIL的影响。

请参照图2和图3，开合装置8包括第一转动板80、第二转动板81和转动轴82，第一转动板80和第二转动板81之间通过转动轴82转动连接，其中，第一转动板80与耐压圆筒形腔体1的内侧壁顶部相连接，金属微粒放置在第二转动板81上，电磁件9位于第一转动板80和转动轴80的上方，第一转动板80固定不动，通过第二转动板81沿着转动轴82相互转动，进而实现对金属微粒的释放，结构简单，便于操作，通过电磁件9控制，方便在不同的位置进行释放。即根据预设的位置将开合装置8和耐压圆筒形腔体1进行固定连接，同时将电磁件9放置到与开合装置8对应的位置。

进一步的，电磁件9与遥控装置信号连接，电磁件9的电源开关为遥控装置控制，可以远距离控制电磁件9是否通电，通电时产生电磁，断电时电磁消失，进而控制开合装置8的开合，避免了近距离接触试验装置带来的危险。

进一步的，第一转动板80和第二转动板81的具体的形状为方形转动板，第一转动板80和第二转动板81之间活动连接，即通过转动轴82连接，请参照图2，第二转动板81沿着转动轴82相对于运动第一转动板80，当电磁件9断电时，即电磁件9电磁消失，第二转动板81依靠重力沿着转动轴82向下转动，即便于将放置在第二转动板81上的金属微粒释放。

进一步的，第一转动板80与耐压圆筒形腔体1内侧壁之间通过螺钉连接，不仅便于拆卸和安装，同时根据试验条件需求，可以更换释放的位置，便于观察在不同的位置进行释放，降低对GIL系统的研究难度。

进一步的，第一转动板80位于的释放位置，即电磁件9也位于第一转动板80的释放位置，因为电磁件9有磁性时，请参照图3，是将第一转动板80和第二转动板81相互吸合一起。便于模拟金属微粒异物产生时的情形，且金属微粒异物可以根据实验要求放置多个、或者放置在不同的位置。

进一步的，金属微粒是非磁性的金属微粒。

作为另一种实施方式，开合装置8还包括第一转动板80、第二转动板81、第一固定件、第二固定件以及弹性件，第一固定件固定安装在第一转动板80上，第二固定件固定安装在第二转动板81上，且弹性件的一端连接第一固定件，弹性件的另一端连接第二固定件，即第二转动板81在弹性件的作用下即实现开合，同时通过电磁件9的通电将第二转动板81和第一转动板80相互吸合。

进一步的，弹性件为弹簧。

气体装置7包括充气阀70和气压表71，充气阀70与耐压圆筒形腔体1相连接，且充气阀70与耐压圆筒形腔体1的内腔相连通，气压表71设置在充气阀70上。通过充气阀70不仅便于排出耐压圆筒形腔体1内部的空气，同时便于向耐压圆筒形腔体1内部充入绝缘气体，当充气阀70打开与绝缘气罐相连接，即向耐压圆筒形腔体1内部冲入绝缘气体，当充气阀70打开后，即内部空气通过充气阀70排入外部，方便使用和操作。

进一步的，充气阀70和气压表71的型号根据实际使用进行选择。充气阀70和气压表71之间通过螺纹连接，充气阀70和耐压圆筒形腔体1之间连通，且通过螺纹连接。通过充气阀70可以根据实验所需连接外部装置进行抽真空和充放绝缘气体。其中，可以通过气压表71可以实时观察气压的示数。

本发明整个试验过程是在一个密闭的耐压圆筒形腔体1内进行的，耐压圆筒形腔体1中导杆主体3通过绝缘子10支撑且在耐压圆筒形腔体1内壁，导杆头4作为电极，将耐压圆筒形腔体1连接作为地电极，进而模拟GIL及GIS母线金属壳导电特性，由于现阶段研究金属微粒异物运动导致耐压圆筒形腔体1内部粒子放电都是将微粒固定到某个位置或者是预先放入微粒，然后将导杆主体3进行加压，从而研究金属微粒异物的运动。但是实际情况下是在电压运行条件下，一些随机因素如振动等，使释放装置在运行情况下在某些位置产生异物，然后异物开始运动。此释放装置在保证实验耐压圆筒形腔体1气密性良好的同时又能承受一定程度高气压，在耐压圆筒形腔体1上将金属电磁式开合装置8一端固定，将微粒放在金属电磁式开合装置8中，利用小型电磁件9将金属电磁式开合装置8另一端吸上，并通过外界遥控装置控制开通和关断，让金属电磁式开合装置8另一端打开，打开瞬间金属异物微粒就会自然下落，进而模拟GIL或者GIS设备产生微粒异物瞬间情形。便于实验者可以更好的观察微粒异物对GIL或GIS设备产生的影响，解决现有的GIL的装置进行工作时，不易看到微粒在盆式和支柱绝缘子附近的运行状态，进而造成GIL系统绝缘性能和安全稳定性能降低的问题。

本发明的另一方面提供了一种GIL试验系统，包括上述的粒子性放电实验平台异物释放装置。

一种粒子性放电实验平台异物释放装置的工作方法，请参照图4，该释放装置的工作方法包括如下步骤：

1、检查释放装置的各个零部件以及开合装置8是否完好，对释放装置进行组装，组装后，检查耐压圆筒形腔体1气密性和导电性是否满足实验条件，将开合装置8固定到耐压圆筒形腔体1内腔，且位于试验条件所需的位置上；

进一步的，检查释放装置中的各个零部件是否完好可用，对开合装置8测试，是否可以灵敏的释放金属微粒，同时对耐压圆筒形腔体1进行组装，将导杆主体3的第一段穿过其中一个金属盖板2，然后将这个金属盖板2与耐压圆筒形腔体1的一端连接，同时将环氧套管5套在第一段上，且环氧套管5与这个金属盖板2的外侧壁固定连接，在环氧套管5的外端套接亚克力套管6，且在第一段的远离金属盖板2的一端螺纹连接导杆头4。将绝缘子套在第二段上，并绝缘子与耐压圆筒形腔体1的侧壁固定连接，将测试好用的开合装置安装在耐压圆筒形腔体1内侧壁的上端，同时电磁件9安装在耐压圆筒形腔体1的外侧壁，位于开合装置8的上端，另一个金属盖板2与耐压圆筒形腔体1的另一端端连接，进行密封。

2、基于满足实验条件，将真空泵将与充气阀70相连通，真空泵释放装置的耐压圆筒形腔体1中的空气抽出，观察气压表71，当气压表71表压为-0.1MPa时，关闭充气阀70，并停止抽气，将绝缘气体罐的管子接到充气阀70上，将绝缘气体充到耐压圆筒形腔体1内，达到试验所需压强后，关闭充气阀70，静置，使绝缘气体在耐压圆筒形腔体1中分布均匀；

进一步的，基于第一步骤的组装后，开合装置8都放置到满足实验条件的位置，通过外部的真空泵与充气阀70连通，抽出耐压圆筒形腔体1的空气，然后再向内部冲入绝缘气体，为试验提供试验环境。

3、通过遥控装置关闭电磁件9电源，当电磁件9消磁后，开合装置8中的第二转动板81以转动轴82为转动中心，第二转动板81打开，使金属微粒释放到试验位置；

进一步的，实验位置是根据试验需求进行选择和放置，根据实际进行选择。

4、将可调高压电源连接到导杆头4，缓慢升高电压，观察金属微粒的试验状态，并记录试验数据。

进一步的，在缓慢升高电压时，观察金属微粒是否起跳，起跳之后的运动状态，以及附着的位置，并记录起跳电压。

5、降低电源电压直到为0，然后对释放装置放电，完成试验。

进一步的，进行放电，提高安全性，避免发生危险。

整个工作方法可以保证试验装置的良好运行，并且在实验过程中完整的模拟金属微粒的产生过程和运动和过程，工作方法简单便于实现试验想得到的结果，并且在该工作方法下可以最大程度的保证试验人员的安全。

1、该异物释放装置设置有小型电磁开合装置，其结构简单，安装方便，可以适用于不同比例大小的GIL模型，且通过设置的开合装置，可以在不同的位置释放金属微粒，提高对GIL系统绝缘性的研究和安全稳定性能的研究。

2、电磁开合装置模拟了金属微粒从腔体掉落的状态过程，对应的是在GIL运行时，金属微粒产生以及掉落这一重要过程，从而装置模拟了金属微粒从产生到最后运动结束的全过程，便于观察在不同位置进行释放，降低对GIL系统的研究的难度。

3、电磁开合装置可以随意改变安装位置，可以模拟金属微粒在距离绝缘子不同距离，距离腔体底部不同高度时不同的运动状态和运动结果，不仅方便观察在不同位置进行释放，且使用方便，结构简单。

4、导杆主体和左侧盖板之间套了一个厚度为5mm的环氧套管，可以有效的避免高压导杆沿着盖板向上爬电。

5、导杆主体和导杆头采用螺纹连接，在接线时将导线拧在螺纹上并且由导杆主体和导杆头夹紧，这样的连接方式相较于其他方式连接更加紧实安全。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。