本實用新型涉及一種輸變電設備外絕緣領域，特別是一種單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)。

背景技術：

輸變電外絕緣問題自電力系統(tǒng)誕生以來就始終是威脅著電力系統(tǒng)安全的嚴重問題之一。隨著人類社會的不斷發(fā)展，生產(chǎn)生活對電力系統(tǒng)的依賴也越來越強，與此同時，電力系統(tǒng)電壓等級不斷提高，事故影響越發(fā)嚴重，污閃問題的危害也越來越大。

為了降低污閃的幾率、減少污閃的影響，研究人員做了很多工作，目前針對絕緣子污穢閃絡的產(chǎn)生和發(fā)展已經(jīng)有了較為成熟的理論。采用人工涂污的方式，研究人員針對絕緣子的污閃特性也有較為深入的研究。

專利文獻CN105891642 A公開的一種110kV懸式絕緣子帶電積污試驗裝置包括上下分別設置有頂板(6)和底板(7)的罐體(1)、霧產(chǎn)生裝置(2)、固體顆粒產(chǎn)生裝置(3)、監(jiān)測儀器(4)和試驗電源(5)，所述罐體(1)通過霧通道(9)外接霧產(chǎn)生裝置(2)，罐體(1)通過固體顆粒通道(10)外接固體顆粒產(chǎn)生裝置(3)，所述固體顆粒通道(10)穿入罐體(1)連接設置于罐體(1)內(nèi)部的環(huán)狀管(8)，所述罐體(1)還通過探頭與采樣管道(15)外接有監(jiān)測儀器(4)；還包括呈上下設置的兩根高壓套管(14)，所述高壓套管(14)均伸入罐體(1)，在罐體(1)內(nèi)兩根高壓套管(14)分別通過銅導線(16)連接待測絕緣子(18)的頂端和底端，待測絕緣子(18)還通過絕緣繩(17)連接頂板(6)。該專利適用于110kV電壓等級以下懸式絕緣子的帶電積污試驗，但該專利采用人工積污，誤差比較大，且成本高，試驗精度低。

專利文獻CN204374177U公開的一種輸電線路導線絕緣子污穢實時監(jiān)控系統(tǒng)包括現(xiàn)場監(jiān)控模塊、線路監(jiān)控分機、高壓取電模塊、監(jiān)控中心主機、通信模塊；所述的高壓取電模塊安裝在輸電線路導線上，為所述的現(xiàn)場監(jiān)控模塊和線路監(jiān)控分機提供電力；所述的現(xiàn)場監(jiān)控模塊由若干絕緣子密鹽監(jiān)測儀組成，設置在輸電線路導線絕緣子上，負責收集輸電線路導線絕緣子污穢情況數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給所述的線路監(jiān)控分機，所述的線路監(jiān)控分機利用所述的通信模塊將各個現(xiàn)場監(jiān)控模塊采集的數(shù)據(jù)無線傳輸給所述的監(jiān)控中心主機。該專利可實時收集數(shù)據(jù)，但該專利結構復雜，只能監(jiān)控積污情況，不能試驗對各種條件下多參數(shù)對積污影響，因此，無法主動改進積污現(xiàn)象，只能被動監(jiān)測。

專利文獻CN103592580 A公開的一種絕緣子霧霾與污閃在線監(jiān)測系統(tǒng)包括監(jiān)測終端與監(jiān)控裝置，所述監(jiān)測終端包括信號連接的太陽能供電模塊、電容介質電流采集裝置、絕緣子泄漏電流采集裝置、單片機與GSM短信模塊，其中：太陽能供電模塊，為所述監(jiān)測終端供電；電容介質電流采集裝置，用于測量電容介質的電流；絕緣子泄漏電流采集裝置，用于測量絕緣子的泄漏電流；單片機，用于采集電容介質的電流信號和絕緣子的泄漏電流信號后，經(jīng)過程序固化的公式計算后得出反映絕緣子閃絡的霧閃值，比較霧閃值與既定的門檻值，并根據(jù)比較的結果決定是否做出“注意、危險”的兩級霧閃報警；GSM短信模塊，用于接收電容介質的電流信號和絕緣子的泄漏電流信號的測量并發(fā)送至監(jiān)控裝置；所述監(jiān)控裝置包括GSM短信終端設備和監(jiān)控主機，其中：GSM短信終端設備，用于通過GSM短信模塊接收來自單片機計算后的霧閃值；監(jiān)控主機，用于在人機界面顯示GSM短信終端設備接收到的實時監(jiān)測結果和歷史數(shù)據(jù)曲線。該專利可實現(xiàn)注意與危險兩級霧閃報警，為設備運行管理單位采取降壓運行或者安排絕緣子清掃計劃等措施作為參考依據(jù)，但該專利結構復雜，只能監(jiān)控積污情況，不能試驗對各種條件下多參數(shù)對積污影響，因此，無法主動改進積污現(xiàn)象，只能被動監(jiān)測。

關于各種因素對絕緣子積污過程的影響目前并無太多深入的研究。現(xiàn)有的研究方式主要有三種：第一種方案是通過測量實際輸電線路上帶電運行的絕緣子上的污穢數(shù)據(jù)，分析絕緣子的自然積污特性；第二種方案是通過搭建大型的人工積污試驗室，使絕緣子快速積污得到試驗數(shù)據(jù)進行分析；第三種方案是搭建大型的自然積污試驗室，通過絕緣子的自然積污得到積污數(shù)據(jù)，同時利用配套設備收集積污室附近氣候數(shù)據(jù)，從而得到所需數(shù)據(jù)，進行分析。

目前來看，這幾種方式都存在一定的弊端。第一種方式，雖然因為采用的是實際運行中的帶電絕緣子，使得所測得的數(shù)據(jù)可信度較高，缺點是無法控制所測絕緣子的型號、連接方式以及絕緣子所帶的電壓種類、電壓等級，同時也無法控制絕緣子附近的污穢成分、污穢濃度，這些因素使得在研究某個因素對絕緣子積污特性的影響時，要選擇適當?shù)牟蓸佑媒^緣子串來控制其他因素，控制效果也未必理想。同時，由于條件所限，這種方式獲得的數(shù)據(jù)數(shù)量有限，給研究工作帶來了一定的困難，研究周期也比較長。

相比于第一種方式，第二種方式的優(yōu)點是可以控制各種目前已知的對絕緣子積污可能有影響的因素，如污穢濃度、環(huán)境溫度、濕度、絕緣子型號、連接方式等，但是缺點也同樣比較明顯：首先，大部分試驗室在搭建時都只準備了一種電源，多數(shù)都是交流人工積污試驗室。研究不同電壓種類對積污特性的影響時，需要對現(xiàn)有試驗室進行改造。其次，由于是人工積污試驗室，故而大多數(shù)時候使用的污穢都是人工配置的污穢顆粒，由此產(chǎn)生了一定的誤差，試驗數(shù)據(jù)只有參考價值。為了解決這個問題，部分研究人員采用先收集自然污穢顆粒，再使用自然污穢進行試驗的方式。缺點是增大了工作量，延長試驗周期，不能快速得到大量試驗數(shù)據(jù)。最后，搭建污室時，大多數(shù)試驗室搭建了風洞以使污穢顆粒在污室內(nèi)均勻分布，整體成本很高。

第三種方案和第二種方案類似，已有的大部分自然積污站的規(guī)模都比較大，相關配套設施比較完善，配有各種型號的絕緣子以及功能完善的氣象監(jiān)測設備。缺點主要是多數(shù)都只配備了一種電源，不具備多電源輸出。而且由于規(guī)模做的比較大，做成后移動困難，只能為其附近的區(qū)域提供絕緣子積污的參考數(shù)據(jù)。當需要多套設備，監(jiān)測多地數(shù)據(jù)時，成本很高。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本實用新型背景的理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本實用新型的目的在于提供一種單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)，綜合目前研究不同因素對絕緣子積污特性影響的各種方式的優(yōu)缺點，對系統(tǒng)提出了以下要求：首先，要具備多電源輸出功能，以研究不同電壓種類對絕緣子積污特性的影響；要具備更換絕緣子型號、絕緣子連接方式的功能，以研究絕緣子類型、連接方式對絕緣子積污特性的影響；設備的整體體積不能太大，各絕緣子附近的大氣環(huán)境要近似相同；設備成本不要太高。

本實用新型的目的是通過以下技術方案予以實現(xiàn)。

一種單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)包括提供電源的光伏電源、用于提供交流電壓和直流電壓的高壓發(fā)生器、用于測量環(huán)境參數(shù)的環(huán)境參數(shù)測量設備和絕緣子裝置，所述光伏電源電連接所述高壓發(fā)生器和環(huán)境參數(shù)測量設備，所述環(huán)境參數(shù)測量設備包括風速傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、顆粒濃度傳感器、存儲器和處理器，所述處理器為通用處理器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路ASIC，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、模擬電路或數(shù)字電路，所述高壓發(fā)生器包括工頻逆變器、連接所述工頻逆變器的生成交流電壓的第一升壓變壓器、連接所述工頻逆變器的第二升壓變壓器和生成直流電壓的整流模塊，絕緣子裝置包括固定底座和布置在所述固定底座的用于支撐絕緣子串的絕緣子架，所述絕緣子串的中間的絕緣子電連接所述高壓發(fā)生器。

優(yōu)選地，所述光伏電源包括光伏板、光伏控制器和蓄電池。

優(yōu)選地，所述光伏控制器包括光強傳感器。

優(yōu)選地，所述蓄電池設有剩余電量傳感器。

優(yōu)選地，第一升壓變壓器輸出的交流電壓的有效值與所述整流模塊輸出的正負極性電壓的幅值相同。

優(yōu)選地，集成調壓芯片和穩(wěn)壓芯片的所述處理器一端電連接所述光伏電源和另一端電連接風速傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、顆粒濃度傳感器和存儲器。

優(yōu)選地，所述絕緣子架上等間距分布多個相同或不同型號的絕緣子串。

優(yōu)選地，單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)設有多個絕緣子裝置，每個絕緣子裝置包括一個或多個絕緣子串，所述絕緣子串中的中間的單個絕緣子電連接單獨的提供直流電壓或交流電壓的所述高壓發(fā)生器，所述絕緣子設有單獨的測量其環(huán)境參數(shù)的環(huán)境參數(shù)測量設備。

優(yōu)選地，存儲器包括一個或多個只讀存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、快閃存儲器或電子可擦除可編程只讀存儲器EEPROM。

優(yōu)選地，處理器包括測量污穢數(shù)據(jù)的質量傳感器或體積傳感器。

本實用新型的系統(tǒng)將光伏儲能系統(tǒng)與變壓系統(tǒng)相結合，通過變壓器輸出預設電壓等級的交、直流電壓，給絕緣子架上懸掛的多串絕緣子供電。這套系統(tǒng)上懸掛的絕緣子均選用同一型號或不同型號，并且各絕緣子串之間距離不遠，因而各絕緣子串附近大氣環(huán)境可以視為相同。變壓器輸出交流、直流正負極性電壓，可將不同電壓加給不同絕緣子串，采集絕緣子串的污穢數(shù)據(jù)，即可分析在特定地點不同電場對絕緣子積污特性的影響，也可以將同種電壓同時加給不同絕緣子串，研究其他因素對絕緣子積污特性的影響。整套設備結構簡單，組件也不多，解決了搭建人工積污試驗室的高額成本問題。而且，整套設備既可以放在室外做自然積污，也可以放在目前比較成熟的人工積污試驗室內(nèi)，為人工積污試驗提供試驗電源，部分情況下可以省去改造、重新搭建人工積污試驗室的費用。另外，由于該套設備體積相對較小，對場地要求較低，因而便攜性、適用性好，可以在不同地點搭建多套設備，對于各地點的絕緣設計也有一定的指導作用。

上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠使得本實用新型的技術手段更加清楚明白，達到本領域技術人員可依照說明書的內(nèi)容予以實施的程度，并且為了能夠讓本實用新型的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，下面以本實用新型的具體實施方式進行舉例說明。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選的具體實施方式中的詳細描述，本實用新型各種其他的優(yōu)點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。說明書附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本實用新型的限制。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。而且在整個附圖中，用相同的附圖標記表示相同的部件。

在附圖中：

圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2是根據(jù)本實用新型另一個實施例的單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)的結構示意圖；

圖3是根據(jù)本實用新型一個實施例的單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)的絕緣子裝置的立體結構示意圖。

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的解釋。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本實用新型的具體實施例。雖然附圖中顯示了本實用新型的具體實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本實用新型而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本實用新型，并且能夠將本實用新型的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。

需要說明的是，在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領域技術人員應可以理解，技術人員可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求并不以名詞的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則。如在通篇說明書及權利要求當中所提及的“包含”或“包括”為一開放式用語，故應解釋成“包含但不限定于”。說明書后續(xù)描述為實施本實用新型的較佳實施方式，然所述描述乃以說明書的一般原則為目的，并非用以限定本實用新型的范圍。本實用新型的保護范圍當視所附權利要求所界定者為準。

為便于對本實用新型實施例的理解，下面將結合附圖以具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個附圖并不構成對本實用新型實施例的限定。

為了更好地理解，圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)的結構示意圖，單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)包括提供電源的光伏電源1、用于提供交流電壓和直流電壓的高壓發(fā)生器2、用于測量環(huán)境參數(shù)的環(huán)境參數(shù)測量設備3和絕緣子裝置4，所述光伏電源1電連接所述高壓發(fā)生器2和環(huán)境參數(shù)測量設備3，所述環(huán)境參數(shù)測量設備3包括風速傳感器5、溫度傳感器6、濕度傳感器7、顆粒濃度傳感器8、存儲器9和用于處理風速、溫度、濕度和顆粒濃度參數(shù)并存儲到存儲器9的處理器10，所述處理器為通用處理器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路ASIC，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、模擬電路或數(shù)字電路，所述高壓發(fā)生器2包括工頻逆變器11、連接所述工頻逆變器11的生成交流電壓的第一升壓變壓器12、連接所述工頻逆變器11的第二升壓變壓器22和生成直流電壓的整流模塊13，絕緣子裝置4包括固定底座14和布置在所述固定底座14的用于支撐絕緣子串的絕緣子架15，所述絕緣子串的中間的絕緣子16電連接所述高壓發(fā)生器2。

光伏電源1的主要功能是提供系統(tǒng)所需的電源。高壓發(fā)生器2的輸入電壓由光伏電源1提供，輸入電壓通過工頻逆變器11與第一升壓變壓器12后輸出所需電壓等級的交流電壓。輸入電壓通過工頻逆變器11與另一變比的第二升壓變壓器12升壓后整流得到所需電壓等級的直流正負極性電壓。高壓發(fā)生器2輸出的交流電壓的有效值與直流正負極性電壓的幅值相同。環(huán)境參數(shù)測量設備3的主要功能是由處理器10控制各傳感器測量絕緣子附近的環(huán)境溫、濕度，風速以及污穢顆粒的濃度、粒徑等環(huán)境參數(shù)，并將環(huán)境參數(shù)儲存在存儲器9中。由光伏電源1提供該模塊所需的電源，進一步地，在處理器10上集成調壓芯片和穩(wěn)壓芯片，為測量傳感器和存儲器9提供所需的電壓。絕緣子架15的大小和結構根據(jù)試驗要求確定，不同的絕緣子16型號和絕緣子連接方式應選用不同的絕緣子架15。

圖3是根據(jù)本實用新型一個實施例的單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)的絕緣子裝置的立體結構示意圖，為了固定絕緣子架15和絕緣子16，應安裝固定底座14，并用絕緣子架15將絕緣子16與固定底座14固定牢固。例如，絕緣子架15上懸掛四串絕緣子，絕緣子16分別接高壓發(fā)生器2輸出的交流電壓、正負極性直流電壓以及不接電，也可以根據(jù)試驗需要，連接不同電壓等級的同種類型電壓。根據(jù)試驗需要選擇絕緣子，每串懸掛三片絕緣子，只有中間一片絕緣子16帶電，測量時也只測量該片絕緣子16的污穢數(shù)據(jù)。

圖2是根據(jù)本實用新型另一個實施例的單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)的結構示意圖，所述光伏電源1包括光伏板17、光伏控制器18和蓄電池19，當光照充足時，所述光伏控制器18控制所述光伏板17對蓄電池19充電且由光伏板17輸出電壓；當光照不足時，所述光伏控制器18將所述光伏板17斷開且由蓄電池19輸出電壓。

光伏電源1將太陽能轉化為電能，白天光照充足時，使用光伏板17為系統(tǒng)供電并給蓄電池19充電，夜晚采用蓄電池19為系統(tǒng)供電。光伏電源1的一部分輸出提供給環(huán)境參數(shù)測量設備3，通過環(huán)境參數(shù)測量設備3內(nèi)部的電壓轉換模塊轉換為傳感器所需電壓，為環(huán)境參數(shù)的測量以及數(shù)據(jù)存儲器9提供必需的電源。環(huán)境參數(shù)測量設備3將自動定期測量絕緣子附件大氣的各項參數(shù)，并將測量結果保存在數(shù)據(jù)存儲器9中。光伏電源1的另一部分輸出提供給高壓發(fā)生器2，高壓發(fā)生器2產(chǎn)生試驗所需的交流高壓和直流正負極性高壓。將高壓發(fā)生器2產(chǎn)生的高壓加給絕緣子架15上懸掛的絕緣子16，為了保障設備的安全，絕緣子架15應與固定底座14緊密固定，如果設備安裝在人口稠密的地區(qū)，為了防止觸電事故的發(fā)生，底座應具備足夠的高度，設備外圍應做好隔離工作并懸掛警示標語。該系統(tǒng)可用于研究不同電壓種類、不同絕緣子類型、不同污穢成分、不同污染濃度、不同風速等因素對絕緣子積污特性的影響，同時，該系統(tǒng)既可用于自然積污試驗，也可以在人工積污試驗室內(nèi)進行人工積污試驗。在成本允許的前提下，可以考慮在不同地點放置多套設備進行試驗。3.根據(jù)權利要求2所述的單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述光伏控制器18包括光強傳感器20，當光強大于預定閾值，光伏控制器18判定光照充足，當光強小于預定閾值，光伏控制器18判定光照不足。

在一個實施例中，所述蓄電池19設有剩余電量傳感器21，當剩余電量值小于預定范圍，所述光伏控制器18對蓄電池19充電。

在一個實施例中，第一升壓變壓器12輸出的交流電壓的有效值與所述整流模塊13輸出的正負極性電壓的幅值相同。

在一個實施例中，集成調壓芯片和穩(wěn)壓芯片的所述處理器10一端電連接所述光伏電源1和另一端電連接風速傳感器5、溫度傳感器6、濕度傳感器7、顆粒濃度傳感器8和存儲器9。

在一個實施例中，所述絕緣子架15上等間距分布多個相同或不同型號的絕緣子串。

在一個實施例中，單片絕緣子自然積污特性試驗系統(tǒng)設有多個絕緣子裝置4，每個絕緣子裝置4包括一個或多個絕緣子串，所述絕緣子串中的中間的單個絕緣子16電連接單獨的提供直流電壓或交流電壓的所述高壓發(fā)生器2，所述絕緣子16設有單獨的測量其環(huán)境參數(shù)的環(huán)境參數(shù)測量設備3。在一個實施例中，多個所述紫外線發(fā)生裝置2經(jīng)由卡座均勻分布在所述筒壁的內(nèi)表面，所述紫外線發(fā)生裝置2包括紫外線燈、紫外線燈鎮(zhèn)流器以及連接線路。

在一個實施例中，處理器10可以是通用處理器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路ASIC，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、模擬電路、數(shù)字電路及其組合。存儲器9可以是易失性存儲器或非易失性存儲器。存儲器9可以包括一個或多個只讀存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、快閃存儲器、電子可擦除可編程只讀存儲器EEPROM或其它類型的存儲器。

在一個實施例中，處理器10包括測量污穢數(shù)據(jù)的質量傳感器或體積傳感器。

該系統(tǒng)的優(yōu)點主要有以下幾點：

首先，自然積污情況下，由于各絕緣子串之間的距離不大，采用合適的絕緣子架，可以避免絕緣子串之間的遮擋作用，故而可以將各絕緣子串周圍的大氣環(huán)境視作相同。

其次，由于高壓發(fā)生器的輸出電壓多樣，可以根據(jù)試驗需求，選用合適的電壓種類，無論是研究不同電壓種類對絕緣子積污特性的影響還是研究不同電壓等級對絕緣子積污特性的影響都可以使用；選用不同型號的絕緣子架和絕緣子，也可以研究不同絕緣子類型、絕緣子連接方式對積污特性的影響；選擇不同的放置地點，則可以研究不同污穢成分、污穢濃度等因素對積污特性的影響，因此，該系統(tǒng)可用于研究多種因素對絕緣子積污特性的影響。

而且，該系統(tǒng)體積相對較小，對試驗場地的要求相對較低，適用性好，相對于大型自然積污站，可選擇的試驗場地較多。

最后，該系統(tǒng)整體成本不高，即使是使用多套設備，成本相對大型的積污試驗室也有優(yōu)勢。

盡管以上結合附圖對本實用新型的實施方案進行了描述，但本實用新型并不局限于上述的具體實施方案和應用領域，上述的具體實施方案僅僅是示意性的、指導性的，而不是限制性的。本領域的普通技術人員在本說明書的啟示下和在不脫離本實用新型權利要求所保護的范圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬于本實用新型保護之列。