本實用新型涉及絕緣管型母線絕緣水平檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，整個社會對電力的需求日益增大，變電站主變?nèi)萘坎粩嗉哟?，變壓器低壓進(jìn)線側(cè)的額定電流也在不斷加大，常規(guī)矩形母線在技術(shù)上和結(jié)構(gòu)上越來越難滿足母線發(fā)熱和短路電動力的要求，絕緣管型母線作為一種替代常規(guī)矩形母線的新型輸電設(shè)備，因其具有載流量大、機械強度高、電氣絕緣性能強、節(jié)省占地空間等顯著技術(shù)優(yōu)勢而在變電站和大型發(fā)電廠等工程領(lǐng)域獲得越來越多的應(yīng)用。

由于目前并沒有針對絕緣管型母線的國家、國際標(biāo)準(zhǔn)，加之其在國內(nèi)的運行經(jīng)驗和經(jīng)驗積累比較少，導(dǎo)致在絕緣管型母線的生產(chǎn)、安裝及運行過程中，難免存在諸如內(nèi)部氣隙缺陷、水分滲入缺陷及材料工藝缺陷等的典型缺陷。當(dāng)在實際運行中通過大電流產(chǎn)生的電熱同時作用在絕緣管型母線上時，就會加速這些缺陷的進(jìn)一步發(fā)展，最終導(dǎo)致絕緣管型母線被破壞而引發(fā)故障，給變電站及大型發(fā)電工程等帶來嚴(yán)重的安全隱患。因此，考核應(yīng)用在變電站和大型發(fā)電廠等工程領(lǐng)域的絕緣管型母線的耐電熱老化的能力，具有非常重要的現(xiàn)實意義和工程應(yīng)用價值。

為考核在電應(yīng)力和熱應(yīng)力雙重作用下絕緣結(jié)構(gòu)的耐劣化能力，需要對絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行電熱老化試驗。傳統(tǒng)的電熱老化試驗均在可引入高壓線的烘箱內(nèi)進(jìn)行，但由于采用大型烘箱進(jìn)行電熱老化試驗存在模擬運行環(huán)境不真實、試驗成本高、老化可靠性低等缺點，因而大型烘箱并不適合作為針對絕緣管型母線的電熱老化試驗裝置。目前也尚未發(fā)現(xiàn)有針對絕緣管型母線的電熱老化試驗裝置存在，隨著絕緣管型母線在各行業(yè)各領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增多，對其在電應(yīng)力和熱應(yīng)力雙重作用下進(jìn)行耐老化能力的考核至關(guān)重要，因此，需要開發(fā)針對絕緣管型母線的電熱老化試驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種可對絕緣管型母線絕緣進(jìn)行電熱加速老化的試驗裝置，以及利用該裝置模擬絕緣管型母線實際運行狀態(tài)的試驗方法。

為了達(dá)到以上目的，本實用新型是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置，包括支撐部分、加壓部分以及溫控部分，所述支撐部分用以同時放置固定多根絕緣管型母線；所述加壓部分包括調(diào)壓器、高壓變壓器、引出均壓罩和高壓端均壓罩，調(diào)壓器和升壓變壓器用以給試樣提供高電壓，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器T可提供滿足試驗要求的電壓，引出均壓罩和高壓端均壓罩分設(shè)絕緣管型母線兩端，高壓端均壓罩通過其中心凹陷處的接線孔連接升壓變壓器的高壓引出端；所述溫控部分包括碳纖維石英電熱管、光纖溫度傳感器、控制箱、計算機，安裝固定在絕緣管型母線內(nèi)部中心位置，光纖溫度傳感器貼合于絕緣管型母線內(nèi)壁，與光纖溫度傳感器連接的傳輸光纖和與碳纖維石英電熱管連接的電源線與控制箱連接，控制箱用于將光纖溫度傳感器檢測的溫度實時顯示，并根據(jù)計算機預(yù)設(shè)的溫度調(diào)節(jié)碳纖維石英電熱管的工作狀態(tài)以滿足測試溫度要求。

進(jìn)一步的，引出均壓罩和高壓端均壓罩的一端插入絕緣管型母線管型導(dǎo)體內(nèi)部，另一端外扣在絕緣管型母線端部管型導(dǎo)體上。

進(jìn)一步的，所述溫控部分還包括引出陶瓷管、支撐陶瓷管，碳纖維石英電熱管通過引出陶瓷管和支撐陶瓷管固定在絕緣管型母線管型導(dǎo)體內(nèi)部，引出陶瓷管和支撐陶瓷管分別安裝于引出均壓罩和高壓端均壓罩。

進(jìn)一步的，碳纖維石英電熱管的電源線通過引出陶瓷管引出連接在控制箱對應(yīng)光纖的輸出通道上，引出陶瓷管管壁上有一長條孔用以引出光纖溫度傳感器的傳輸光纖，所述傳輸光纖通過引出陶瓷管引出連接在控制箱傳感器通道上。

進(jìn)一步的，引出陶瓷管和支撐陶瓷管安裝固定碳纖維石英電熱管的一端均有一個和絕緣管型母線管型導(dǎo)體內(nèi)壁配合的陶瓷支架。

進(jìn)一步的，所述支撐部分包括底座、相對安裝于底座上的兩個立板，相兩個立板用連接桿連接，兩個立板上對稱安裝有水平的托架條，托架條上裝有相互配合以夾緊絕緣管型母線的固定鉗口和活動鉗口。

進(jìn)一步的，控制箱包括單片機、電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、多通道調(diào)制解調(diào)模器、繼電器開關(guān)和通信模塊，碳纖維石英電熱管通過繼電器開關(guān)與外部電源連接，繼電器開關(guān)的控制端與單片機連接，計算機通過控制箱中單片機控制繼電器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)而控制碳纖維石英電熱管的工作狀態(tài)，與光纖溫度傳感器連接的傳輸光纖與多通道調(diào)制解調(diào)模器的輸入端連接，多通道調(diào)制解調(diào)模器的輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與單片機連接，單片機通過通信模塊與計算機連接，用來設(shè)定溫度、顯示和記錄溫度。

進(jìn)一步的，引出均壓罩和高壓端均壓罩插入端徑向設(shè)有多個切口，當(dāng)引出均壓罩和高壓端均壓罩插入絕緣管型母線管型導(dǎo)體內(nèi)部時切口會彈性收縮以保證其與管型導(dǎo)體內(nèi)部良好接觸。

進(jìn)一步的，光纖溫度傳感器一面和絕緣管型母線管型導(dǎo)體內(nèi)壁貼合，另一面覆蓋一層高溫棉后用銅箔膠帶貼在絕緣管型母線的銅導(dǎo)體內(nèi)壁上。

本實用新型提出的絕緣管型母線電熱老化試驗裝置的優(yōu)點是：

1、采用了碳纖維石英電熱管內(nèi)加熱方式，一是可更真實地模擬絕緣管型母線的運行環(huán)境，實驗結(jié)果更具研究價值；二是具有升溫快、熱慣性小、耐高溫、電氣性能穩(wěn)定、使用壽命長、電熱轉(zhuǎn)換效率高的特點，比一般的加熱元件至少可以節(jié)能30％；

2、可同時對多根不同規(guī)格的絕緣管型母線進(jìn)行電熱加速老化試驗，可滿足多種電熱加速老化試驗方案的要求，此外，該電熱加速老化試驗裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊合理，空間利用率高，占地面積小，具有較強的實用性和適用性；

3、采用光纖溫度傳感器，其基于光信號傳送信息，具有良好的電絕緣性、抗電磁干擾、耐高電壓等優(yōu)勢特征，可避免高電壓對測溫帶來的影響，提高了溫控的精度；同時具有更高的安全性；

附圖說明

圖1為本實用新型絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置其中一個實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中試驗裝置的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置的工作原理圖；

圖4為絕緣管型母線試樣的徑向截面圖；

圖5(a)為已完成相關(guān)輔助附件安裝的絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)圖；圖5(b)為軸向剖面圖；

圖6為圖5(b)的結(jié)構(gòu)分解圖；

圖7為本實用新型試驗裝置中控制箱的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖8為本實用新型試驗裝置的使用狀態(tài)圖。

圖1～圖8中：1—托架條；2—活動鉗口；3—固定鉗口；4—立板；5—立板安裝座；6—底板；7—連接桿；8—底座；9—支腳；10—控制箱；11—螺釘；12—絕緣管型母線；13—引出均壓罩；14—高壓端均壓罩；15—碳纖維石英電熱管；16—引出陶瓷管；17—支撐陶瓷管；18—陶瓷支架；19—高溫棉；20—銅箔膠帶；21—光纖溫度傳感器；22—計算機；121—銅導(dǎo)體、122—內(nèi)屏蔽層、123—主絕緣層、124—外屏蔽層、125—接地屏蔽層、126—外護(hù)套；AT—調(diào)壓器；T—升壓變壓器；R—保護(hù)電阻；C—耦合電容。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

參考圖1～7，本實用新型提供一種絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置，包括支撐部分、加壓部分以及溫控部分。

支撐部分包括托架條1、活動鉗口2、固定鉗口3、立板4、立板安裝座5、底板6、連接桿7、底座8、支腳9、螺釘1。

底座8的底面分別螺紋安裝四個支腳9，可通過調(diào)節(jié)支腳9高低調(diào)平底座8，底座8和兩個底板6、立板安裝座5用螺釘11連接在一起，立板4安裝在立板安裝座5上，相對的兩個立板4之間用連接桿7連接在一起。兩個立板4上對稱(即在同一高度)安裝有水平的托架條1，每個立板4上托架條1安裝的個數(shù)和間距根據(jù)實際需要設(shè)計。

托架條1上裝有固定鉗口3和活動鉗口2，固定鉗口3和活動鉗口2之間的空間用于放置絕緣管型母線12，可通過調(diào)節(jié)活動鉗口2與固定鉗口3之間的間距以滿足放置不同外徑絕緣管型母線12的要求。

參考圖3-5，加壓部分用以給試樣加高電壓，包括調(diào)壓器AT、高壓變壓器T、引出均壓罩13、高壓端均壓罩14、引出陶瓷管16和支撐陶瓷管17，調(diào)壓器AT和升壓變壓器T用以給試樣提供高電壓，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器AT即可提供滿足試驗要求的電壓。

引出均壓罩13和高壓端均壓罩14均為鋁材制成，分設(shè)絕緣管型母線12兩端，引出均壓罩13或高壓端均壓罩14的一端插入絕緣管型母線12管型導(dǎo)體內(nèi)部，另一端外扣在絕緣管型母線12端部管型導(dǎo)體上，插入內(nèi)孔端比絕緣管型母線12管型導(dǎo)體內(nèi)徑大1mm，在引出均壓罩13和高壓端均壓罩14插入端徑向設(shè)有6個切口，當(dāng)引出均壓罩13和高壓端均壓罩14插入絕緣管型母線管型導(dǎo)體內(nèi)部時切口會彈性收縮以保證其與管型導(dǎo)體內(nèi)部良好接觸。高壓端均壓罩14中心凹陷處設(shè)有接線孔以連接升壓變壓器T高壓引出端，8根絕緣管型母線12的高壓端均壓罩14并聯(lián)接在升壓變壓器T高壓引出端上，8根絕緣管型母線12的接地屏蔽層并聯(lián)接地。

參考圖5(a)、圖5(b)、圖6和圖7，溫控部分用以實時顯示、記錄及調(diào)節(jié)管型導(dǎo)體溫度，包括碳纖維石英電熱管15、光纖溫度傳感器21(例如單點式熒光型光纖溫度傳感器)、引出陶瓷管16、支撐陶瓷管17、陶瓷支架18、控制箱10、計算機22。其中，碳纖維石英電熱管15通過引出陶瓷管16和支撐陶瓷管17固定在絕緣管型母線12管型導(dǎo)體內(nèi)部，碳纖維石英電熱管15的電源線通過引出陶瓷管16引出連接在控制箱10對應(yīng)光纖的輸出通道上，控制箱10共有8個通道分別和8個碳纖維石英電熱管15相連接，以內(nèi)加熱方式將管型導(dǎo)體加熱試驗所需溫度。引出陶瓷管16插裝在引出均壓罩13中間孔中，引出陶瓷管16管壁上有一長條孔用以引出光纖溫度傳感器21的傳輸光纖；傳輸光纖引出后連接在控制箱10的傳感器通道上；支撐陶瓷管17一端用以支撐碳纖維石英電熱管15，另一端裝在高壓端均壓罩14上。

引出陶瓷管16和支撐陶瓷管17安裝固定碳纖維石英電熱管15的一端均有一個和絕緣管型母線12管型導(dǎo)體內(nèi)壁配合的陶瓷支架18；控制箱10包括單片機、電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、多通道調(diào)制解調(diào)模器、繼電器開關(guān)和通信模塊，碳纖維石英電熱管15通過繼電器開關(guān)與外部電源連接，繼電器開關(guān)的控制端與單片機連接，計算機22通過控制箱10中單片機控制繼電器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)而控制碳纖維石英電熱管15的工作狀態(tài)，與光纖溫度傳感器21連接的傳輸光纖與多通道調(diào)制解調(diào)模器的輸入端連接，多通道調(diào)制解調(diào)模器的輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與單片機連接，單片機通過通信模塊與計算機22連接，用來設(shè)定溫度、顯示和記錄溫度。

參考圖4，光纖溫度傳感器21一面和絕緣管型母線12管型導(dǎo)體內(nèi)壁貼合，另一面覆蓋一層高溫棉19后用耐溫180℃的銅箔膠帶20貼在絕緣管型母線12的銅導(dǎo)體121內(nèi)壁上。在光纖溫度傳感器12周圍覆蓋一層高溫棉可防止紅外熱量直接加熱光纖溫度傳感器21，使光纖溫度傳感器21只測量絕緣管型母線12的銅導(dǎo)體121內(nèi)壁的溫度，外側(cè)貼銅箔可防止紅外光透過對光纖探頭熒光的影響，光纖溫度傳感器21通過貼在絕緣管型母線12的銅導(dǎo)體121內(nèi)壁上的傳輸光纖與控制箱10上的通道連接。絕緣管型母線12試樣由內(nèi)而外依次是銅導(dǎo)體121、內(nèi)屏蔽層122、主絕緣層123、外屏蔽層124、接地屏蔽層125及外護(hù)套125。

參考圖7，控制箱10工作過程為：在計算機22上設(shè)定溫度后通過通信模塊寫入單片機，多通道調(diào)制解調(diào)模器發(fā)出激勵光經(jīng)光纖傳入，光纖溫度傳感器21的光纖傳感頭端部受激勵光激發(fā)而發(fā)射熒光,熒光信號由光纖導(dǎo)出,并通過光纖耦合器進(jìn)入多通道調(diào)制解調(diào)模器，在多通道調(diào)制解調(diào)模器內(nèi)經(jīng)過經(jīng)放大后由熒光信號處理系統(tǒng)處理,計算熒光壽命并輸出0-5V的電壓信號，電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并送入單片機的寄存器，單片機在工作周期內(nèi)按順序讀取8個寄存器的數(shù)字信號并與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較來控制繼電器開關(guān)，同時將讀取到的溫度信號經(jīng)由通信模塊傳入計算機22進(jìn)行顯示。

參考圖8，由圖1所示電熱加速老化試驗裝置僅作為電熱加速老化試驗的一個試驗平臺，該單元可同時對8根絕緣管型母線12進(jìn)行電熱加速老化試驗，絕緣管型母線12試樣的長度介于在1m到2m范圍之間，外徑?jīng)]有限制，可通過調(diào)節(jié)活動鉗口來滿足不同外徑絕緣管型母線12的固定；若絕緣管型母線試樣長度大于2m時，可將2個及以上這種電熱加速老化試驗裝置組合在一起使用即可，但此時需要更換碳纖維石英電熱管的規(guī)格。

采用上述試驗裝置進(jìn)行絕緣管型母線的電熱老化試驗，具體包括下述步驟：

(1)在試驗前將8根絕緣管型母線12端部預(yù)處理，使端部銅導(dǎo)體121、內(nèi)屏蔽層122、主絕緣層123、外屏蔽層124、接地屏蔽層125及外護(hù)套126由內(nèi)向外呈階梯狀，以取12KV 4000A絕緣管型母線作為試驗試樣，并截取長度1.5m，兩端分別剝離出150mm一段銅導(dǎo)體，尤其保證絕緣管型母線12兩端的外屏蔽層124剝掉一部分，露出不少于100mm絕緣，以防止在加壓過程中管型導(dǎo)體高壓處與接地屏蔽層125接地處出現(xiàn)沿面爬閃；

(2)將預(yù)處理過的絕緣管型母線12放置在試驗裝置托架條1上前，將光纖溫度傳感器21及傳輸光纖通過雙導(dǎo)銅膠帶貼在絕緣管型母線12的銅導(dǎo)體121內(nèi)壁上，并將碳纖維石英電熱管15通過支撐陶瓷管17、引出陶瓷管16、陶瓷支架18、引出均壓罩13、高壓端均壓罩14安裝固定在絕緣管型母線12管型導(dǎo)體內(nèi)部中心位置，完畢后再將傳輸光纖和碳纖維石英電熱管15的電源線從引出陶瓷管16中引出分別接到控制箱10相應(yīng)的通道上；此外，碳纖維石英電熱管15采用外經(jīng)為￠15mm，長度1000mm，功率3000KW，電熱管壁最高溫度500℃的碳纖維石英電熱管，光纖溫度傳感器21采用溫度范圍-40℃-250℃，精度0.1℃采樣頻率20HZ，探頭直徑1mm,輸出電壓0-5V的單點式熒光型光纖溫度傳感器。

(3)初步調(diào)節(jié)托架條1上的活動鉗口2的位置，并分別將8根絕緣管型母線12試樣放置在托架上固定鉗口3和活動鉗口2之間，并滑動活動鉗口2固定夾緊絕緣管型母線12，并將控制箱10放置在試驗裝置支撐部分的底板6上；

(4)通過調(diào)壓器AT、升壓變壓器T、保護(hù)電阻R和耦合電容C組成可調(diào)交流高壓源，并將升壓變壓器T的高壓引出端連接到絕緣管型母線12上，即將8根絕緣管型母線12高壓端均壓罩14中心凹陷處接線孔并聯(lián)連接在高壓引出端，根據(jù)絕緣管型母線12試樣規(guī)格設(shè)置不同的接入電壓等級，并將接地線分別從8根絕緣管型母線12端部接地屏蔽層125臺階處引出并聯(lián)接地；

(5)將控制箱10通過通信模塊(例如RS485通訊模塊)和計算機22相連，用以設(shè)定溫度、顯示和記錄溫度，并完成相應(yīng)控制工作；

(6)控制箱10通過對比絕緣管型母線12的銅導(dǎo)體121內(nèi)壁上光纖溫度傳感器21反饋的數(shù)據(jù)，通過繼電器開關(guān)聯(lián)合調(diào)節(jié)各絕緣管型母線12中碳纖維石英電熱管15的工作狀態(tài)，以保證各絕緣管型母線12管型導(dǎo)體內(nèi)壁溫度在要求溫度范圍內(nèi)上下浮動不超過1℃

通過控制箱10完成絕緣管型母線12試樣管型導(dǎo)體內(nèi)壁的“恒溫模式”，既可以實現(xiàn)同一批絕緣管型母線12管型導(dǎo)體內(nèi)壁溫度恒定在相同的溫度(例如：120℃，130℃，155℃，180℃等溫度中一個)的下，也可以實現(xiàn)同一批絕緣管型母線12管型導(dǎo)體內(nèi)壁溫度分別恒定在不同的溫度(例如：根據(jù)絕緣材料的不同，同一批次多根絕緣管型母線12管型導(dǎo)體內(nèi)壁溫度可分別恒定在110℃、120℃，130℃，140℃，150℃、160℃、170℃、180℃等溫度)下。

本實用新型絕緣管型母線電熱加速老化試驗裝置可以適用于長度在1m到2m范圍之間的絕緣管型母線，當(dāng)絕緣管型母線試樣長度大于2m時，可將2個及以上這種電熱加速老化試驗裝置組合在一起使用即可，但此時根據(jù)需要更長的碳纖維石英電熱管。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。