專利名稱：一種提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高直流電壓互感器抗污穢能力的方法，尤其是適用于提高直流 工程中的直流電壓互感器耐受污穢的能力，降低大霧天氣、小雨天氣等潮濕環(huán)境條件下直 流電壓互感器外部發(fā)生污穢閃絡(luò)的概率。
背景技術(shù)：
我國直流工程數(shù)量越來越多，直流換流站的直流電壓互感器(實(shí)為帶電容器均壓 的電阻式直流分壓器，即阻容分壓器)因結(jié)構(gòu)和原理的緣故，導(dǎo)致發(fā)熱元件(電阻分壓器) 產(chǎn)生的熱量隨著絕緣介質(zhì)(絕緣油或絕緣氣體)匯集到空心絕緣子內(nèi)部的上端，使得直流 電壓互感器空心絕緣子內(nèi)部上端和下端出現(xiàn)較大的溫度梯度，視電壓等級(jí)的不同，這種溫 差可達(dá)20K或30K以上。直流工程中，換流站直流場一次電壓的重要設(shè)備——直流電壓互感器，用于直流 線路電壓監(jiān)測和系統(tǒng)保護(hù)。習(xí)慣上稱之為直流電壓互感器的設(shè)備，實(shí)際上的主體是一系列 單元電阻元件串聯(lián)而成的電阻分壓器1構(gòu)成，見圖1(直流電壓互感器原理電路圖)。為了防止直流電阻分壓器受各種暫態(tài)過電壓(包括雷電過電壓)的影響，通常在 電阻分壓器1上，并聯(lián)均壓電容器2。根據(jù)電壓等級(jí)的不同，組成的電阻分壓器和電容分壓器級(jí)數(shù)不同，圖1以五級(jí)為 例，其中最下端的一級(jí)稱之為低壓臂(R2，C2)，之上四級(jí)構(gòu)成高壓臂(R1，C1)。其中高壓臂 中的電阻 Rl = R11+R12+R13+R14，高壓臂電容 CI = C11//C12//C13//C14。一次電壓 U1 作 用于高壓臂(R1，C1)，低壓臂(R2，C2)輸出電壓U2用于連接二次系統(tǒng)。每一級(jí)的單元電阻電容元件(如Rll，C11)，有可能是多個(gè)更小的單元元件組成 (如，Rll = Rlll+R112+R113+-+Rlln, Cll = Clll//C112//C113//-//Clln)，見圖 2。有的 單元電阻元件采用網(wǎng)格模式繞制，單元電阻是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。為了滿足電阻分壓器及其均壓電容器的絕緣水平及其它電氣、機(jī)械性能要求，電 阻分壓器1及其均壓電容器2被安置在空心絕緣子3內(nèi)部，上部用法蘭4封裝，下部由基座 5封裝并支撐?？招慕^緣子3內(nèi)部充滿絕緣介質(zhì)6 (絕緣油或者絕緣氣體)，示意圖見圖3。 直流電阻分壓器1在電壓的作用下產(chǎn)生有功損耗，然后轉(zhuǎn)換為熱量。熱量隨著絕緣介質(zhì)上 升至上部，造成空心絕緣子3內(nèi)部的上端溫度高于下端，在空心絕緣子內(nèi)部形成溫度梯度。 電阻分壓器1的功耗越大，發(fā)熱越嚴(yán)重，上端與下端的溫度梯度越大。電阻分壓器1的材料 是金屬，電阻值與溫度有關(guān)，這種溫度梯度越大，對(duì)電阻分壓器的誤差性能影響也越大。為 了降低電阻發(fā)熱產(chǎn)生的損耗，設(shè)計(jì)上希望提高電阻分壓器1的電阻值，減少發(fā)熱量。但是， 電阻值太小，空心絕緣子3外表面潮濕狀態(tài)下的泄露電流產(chǎn)生的分流效應(yīng)同樣會(huì)對(duì)電阻分 壓器的誤差特性產(chǎn)生影響。實(shí)際工程設(shè)計(jì)上，直流電壓互感器的電阻電流取值通常為1mA 左右o空心絕緣子3外表面暴露在大氣環(huán)境下，日積月累容易聚集污物，特別是在直流 電場作用下，這種污物的聚集速度和程度會(huì)比交流電場更嚴(yán)重。干燥的污穢物電導(dǎo)率比較低，直流工作電壓作用下的直流電壓互感器空心絕緣子從上端到下端的電位分布，主要受 內(nèi)部電阻分壓器的電壓分布制約，呈現(xiàn)比較均勻的狀態(tài)。遇上大霧或小雨前期，空心絕緣子3表面聚集的污穢物受潮，電導(dǎo)率增大，可能導(dǎo) 致空心絕緣子3外表面的泄露電流增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)接近或大于電阻分壓器1通過的工作電 流。這種情況，空心絕緣子外側(cè)的電位分布受空心絕緣子外表面污穢程度及潮濕狀態(tài)影響， 濕度較大的區(qū)域，電導(dǎo)率高，泄露電流產(chǎn)生的電壓降就小，呈現(xiàn)出的電位分布梯度就?。粷?度較小的區(qū)域，特別是因內(nèi)部溫度較高的區(qū)域?qū)е峦獠肯鄬?duì)干燥的上端區(qū)域，電導(dǎo)率小，泄 露電流產(chǎn)生的電壓降就高，呈現(xiàn)出的電位分布就大。潮濕環(huán)境條件下，由于電阻有功損耗導(dǎo)致空心絕緣子上部溫度高于下部，相對(duì)空 心絕緣子外部的下部，其上部(特別是頂部)容易出現(xiàn)相對(duì)干燥的區(qū)域，導(dǎo)致上部電場強(qiáng)度 高于下部。當(dāng)這種電場強(qiáng)度分布畸變到足以游離空氣的時(shí)候，空心絕緣子外側(cè)就會(huì)發(fā)生閃 絡(luò)現(xiàn)象(即污穢閃絡(luò)現(xiàn)象)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致空心絕緣子外側(cè)上下之間發(fā)生擊穿故障。因此，有必要設(shè)計(jì)一種能夠提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的方法，以滿足 工業(yè)應(yīng)用需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決現(xiàn)有直流電壓互感器由于內(nèi)部上端和下端有 較大的溫度梯度，導(dǎo)致的電壓互感器外部表面污穢情況嚴(yán)重，且容易被擊穿的問題，而提出 一種提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種提高直流電壓互感器抗污穢閃絡(luò)能力的方法， 其特征在于，將直流電壓互感器空心絕緣子內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成兩個(gè)同軸腔室，構(gòu)成直流電壓 互感器的發(fā)熱元件，即阻容分壓器的電阻元件均安裝在一個(gè)同軸腔室內(nèi)，達(dá)到發(fā)熱元件產(chǎn) 生的熱量隨絕緣介質(zhì)上升至頂部，并從另一個(gè)同軸腔室的頂部向下流動(dòng)，根據(jù)熱氣流上升 原理，最終形成一個(gè)流體絕緣介質(zhì)循環(huán)回路。由此帶來的技術(shù)效果至少是這種提高直流電 壓互感器抗污穢閃爍能力的方法，由于采用將空心絕緣子內(nèi)部設(shè)計(jì)成兩個(gè)同軸腔室，在每 個(gè)艙室的上下部位會(huì)形成氣壓差，致使絕緣介質(zhì)產(chǎn)生上下循環(huán)，降低絕緣子的內(nèi)部上端和 下端溫度梯度，達(dá)到均衡內(nèi)部溫度的目的，由此達(dá)到提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力 的目的。如上所述的提高直流電壓互感器抗污穢閃絡(luò)能力的方法，其特征在于，根據(jù)設(shè)備 額定工作電壓的不同，將空心絕緣子內(nèi)部從上至下又分成多個(gè)間隔，即每個(gè)間隔都為相對(duì) 獨(dú)立的同軸腔室，每個(gè)間隔發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量在對(duì)應(yīng)間隔內(nèi)部的兩個(gè)同軸腔室形成對(duì)流 的循環(huán)回路。由此帶來的技術(shù)效果至少是由于各間隔艙室相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)間隔艙室發(fā)熱元 件電阻產(chǎn)生的熱量匯集在各個(gè)艙室的上端，潮濕環(huán)境條件下，空心絕緣子外側(cè)容易出現(xiàn)多 個(gè)相對(duì)干燥的區(qū)域，每個(gè)間隔艙室對(duì)應(yīng)的空心絕緣子外側(cè)形成上部電場分布強(qiáng)、下部電場 分布弱的狀態(tài)，使得潮濕環(huán)境中整只絕緣子外部的電場分布得到相對(duì)改善，改變空心絕緣 子的上端容易發(fā)生污閃的現(xiàn)象。如上所述的提高直流電壓互感器抗污穢閃絡(luò)能力的方法，其特征在于，內(nèi)腔的下 部安裝動(dòng)力無接觸的磁力風(fēng)機(jī)用于強(qiáng)制內(nèi)部絕緣介質(zhì)在兩個(gè)同軸腔室形成快速環(huán)流，強(qiáng)制 空心絕緣子內(nèi)部的上下溫度梯度降低，達(dá)到降低潮濕狀態(tài)下空心絕緣子外側(cè)干燥區(qū)面積概率的目的。由此帶來的技術(shù)效果至少是非接觸磁力風(fēng)機(jī)系統(tǒng)傳輸動(dòng)力的同時(shí)，解決了空心 絕緣子密封問題，防止絕緣介質(zhì)泄露，非接觸磁力風(fēng)機(jī)系統(tǒng)還可以配置環(huán)境潮濕狀態(tài)控制 單元，使得非接觸磁力風(fēng)機(jī)僅在潮濕環(huán)境條件下才開始工作，提高自身壽命和直流電壓互 感器整體性能可靠性與安全性。如上所述的提高直流電壓互感器抗污穢閃絡(luò)能力的方法，其特征在于，在直流電 壓互感器頂部，增加散熱籠，降低空心絕緣子內(nèi)部整體溫度梯度。由此帶來的技術(shù)效果至少 是溫度較高的絕緣介質(zhì)匯集在上部，借助于散熱籠外側(cè)分布的散熱板擴(kuò)大散熱面積，降低 絕緣介質(zhì)的溫度。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的方法由于 采用將空心絕緣子內(nèi)部設(shè)計(jì)成兩個(gè)同軸腔室，在每個(gè)艙室的上下部位會(huì)形成氣壓差，致使 絕緣介質(zhì)產(chǎn)生上下循環(huán)，降低絕緣子的內(nèi)部上端和下端溫度梯度，達(dá)到均衡內(nèi)部溫度的目 的，由此達(dá)到提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的目的。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的直流電壓互感器電路原理圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的每一級(jí)電阻電容單元的組成圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的直流電壓互感器的結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例的采用同軸艙室結(jié)構(gòu)的直流電壓互感器的結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例的采用多級(jí)艙室結(jié)構(gòu)的直流電壓互感器的結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例的采用磁力風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的直流電壓互感器的結(jié)構(gòu)圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例的采用頂部散熱籠結(jié)構(gòu)的直流電壓互感器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖中標(biāo)記的說明1-電阻分壓器；2-均壓電容器；3-空心絕緣子；4-法蘭；5-基 座；6-絕緣介質(zhì)；7-絕緣筒；8-絕緣板；9-多級(jí)間隔艙室；10-相對(duì)干燥區(qū)域；11-非接觸式 磁力風(fēng)機(jī)系統(tǒng)；12-散熱籠。1.實(shí)施例一，采用同軸艙室結(jié)構(gòu)使得內(nèi)部絕緣介質(zhì)發(fā)生循環(huán)，均衡內(nèi)部溫度在本實(shí)施例(見圖4)中，使用一個(gè)絕緣筒7將空心絕緣子內(nèi)部分為上下相通的 兩個(gè)艙室，將全部發(fā)熱元件電阻從上至下均勻的安裝在絕緣筒的內(nèi)側(cè)(或者全部安裝在外 側(cè))，分壓器正常工作時(shí)，分壓電阻1發(fā)熱，內(nèi)外艙室存在溫度差，在每個(gè)艙室的上下部位會(huì) 形成氣壓差，致使絕緣介質(zhì)6產(chǎn)生上下循環(huán)，降低絕緣子3的內(nèi)部上端和下端溫度梯度，達(dá) 到均衡內(nèi)部溫度的目的。均壓電容可視為無損耗元件，可以根據(jù)空心絕緣子內(nèi)部空間與結(jié) 構(gòu)，安裝在絕緣筒的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。2.實(shí)例二，采用多級(jí)間隔艙室結(jié)構(gòu)，在直流電壓互感器外表面徑向形成多個(gè)相互 獨(dú)立的干燥區(qū)在本實(shí)例(見圖5)中，在空心絕緣子內(nèi)部，用絕緣板8至上而下將絕緣子內(nèi)部空 間分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的多級(jí)間隔艙室9，發(fā)熱元件電阻元件均勻安置在各個(gè)間隔艙室內(nèi)。 由于各間隔艙室相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)間隔艙室發(fā)熱元件電阻產(chǎn)生的熱量匯集在各個(gè)艙室的上端，潮濕環(huán)境條件下，空心絕緣子外側(cè)容易出現(xiàn)多個(gè)相對(duì)干燥的區(qū)域10，每個(gè)間隔艙室對(duì)應(yīng) 的空心絕緣子外側(cè)形成上部電場分布強(qiáng)、下部電場分布弱的狀態(tài)，使得潮濕環(huán)境中整只絕 緣子外部的電場分布得到相對(duì)改善，改變空心絕緣子的上端容易發(fā)生污閃的現(xiàn)象。3.實(shí)例三，借助于動(dòng)力非接觸式磁力風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，依賴外部動(dòng)力強(qiáng)制內(nèi)部絕緣介質(zhì) 上下循環(huán)在本實(shí)例(見圖6)中，在一個(gè)上下貫通同軸艙室結(jié)構(gòu)直流電壓互感器下部，安裝 動(dòng)力非接觸式的小型磁力風(fēng)機(jī)系統(tǒng)11，強(qiáng)制絕緣介質(zhì)6產(chǎn)生循環(huán)，加大絕緣介質(zhì)循環(huán)速度 以降低空心絕緣子內(nèi)部上端與下端的溫度梯度。非接觸磁力風(fēng)機(jī)系統(tǒng)11傳輸動(dòng)力的同時(shí)， 解決了空心絕緣子密封問題，防止絕緣介質(zhì)6泄露。非接觸磁力風(fēng)機(jī)系統(tǒng)11可以配置環(huán)境 潮濕狀態(tài)控制單元，使得非接觸磁力風(fēng)機(jī)僅在潮濕環(huán)境條件下才開始工作，提高自身壽命 和直流電壓互感器整體性能可靠性與安全性。4.實(shí)例四，頂端采用散熱籠降低頂部的溫度在本實(shí)例(見圖7)中，用具有散熱片縱向排序的散熱籠12，替代安裝在空心絕緣 子頂端的法蘭。溫度較高的絕緣介質(zhì)匯集在上部，借助于散熱籠外側(cè)分布的散熱板擴(kuò)大散 熱面積，降低絕緣介質(zhì)的溫度。本發(fā)明的提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的方法由于采用將空心絕緣子內(nèi) 部設(shè)計(jì)成兩個(gè)同軸腔室，在每個(gè)艙室的上下部位會(huì)形成氣壓差，致使絕緣介質(zhì)產(chǎn)生上下循 環(huán)，降低絕緣子的內(nèi)部上端和下端溫度梯度，達(dá)到均衡內(nèi)部溫度的目的，由此達(dá)到提高直流 電壓互感器抗污穢閃爍能力的目的。
權(quán)利要求
一種提高直流電壓互感器抗污穢閃絡(luò)能力的方法，其特征在于，將直流電壓互感器空心絕緣子內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成兩個(gè)同軸腔室，構(gòu)成直流電壓互感器的發(fā)熱元件，即阻容分壓器的電阻元件均安裝在一個(gè)同軸腔室內(nèi)，達(dá)到發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量隨絕緣介質(zhì)上升至頂部，并從另一個(gè)同軸腔室的頂部向下流動(dòng)，根據(jù)熱氣流上升原理，最終形成一個(gè)流體絕緣介質(zhì)循環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高直流電壓互感器抗污穢閃絡(luò)能力的方法，其特征在于， 根據(jù)設(shè)備額定工作電壓的不同，將空心絕緣子內(nèi)部從上至下又分成多個(gè)間隔，即每個(gè)間隔 都為相對(duì)獨(dú)立的同軸腔室，每個(gè)間隔發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量在對(duì)應(yīng)間隔內(nèi)部的兩個(gè)同軸腔室 形成對(duì)流的循環(huán)回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高直流電壓互感器抗污穢閃絡(luò)能力的方法，其特征在于， 內(nèi)腔的下部安裝動(dòng)力無接觸的磁力風(fēng)機(jī)用于強(qiáng)制內(nèi)部絕緣介質(zhì)在兩個(gè)同軸腔室形成快速 環(huán)流，強(qiáng)制空心絕緣子內(nèi)部的上下溫度梯度降低，達(dá)到降低潮濕狀態(tài)下空心絕緣子外側(cè)干 燥區(qū)面積概率的目的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高直流電壓互感器抗污穢閃絡(luò)能力的方法，其特征在于， 在直流電壓互感器頂部，增加散熱籠，降低空心絕緣子內(nèi)部整體溫度梯度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的方法，其特征在于，將直流電壓互感器空心絕緣子內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成兩個(gè)同軸腔室，構(gòu)成直流電壓互感器的發(fā)熱元件，即阻容分壓器的電阻元件均安裝在一個(gè)同軸腔室內(nèi)，達(dá)到發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量隨絕緣介質(zhì)上升至頂部，并從另一個(gè)同軸腔室的頂部向下流動(dòng)，根據(jù)熱氣流上升原理，最終形成一個(gè)流體絕緣介質(zhì)循環(huán)回路。這種提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的方法，由于采用將空心絕緣子內(nèi)部設(shè)計(jì)成兩個(gè)同軸腔室，在每個(gè)艙室的上下部位會(huì)形成氣壓差，致使絕緣介質(zhì)產(chǎn)生上下循環(huán)，降低絕緣子的內(nèi)部上端和下端溫度梯度，達(dá)到均衡內(nèi)部溫度的目的，由此達(dá)到提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的目的。
文檔編號(hào)H01B17/26GK101877275SQ201010228349
公開日2010年11月3日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者余春雨, 馮宇, 吳士普, 李璿, 毛安瀾, 汪本進(jìn), 王曉琪, 王歡, 王玲, 費(fèi)曄, 陳曉明 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院