[发明专利]电热复合场下同轴电极中金属微粒运动观测装置及方法

说明书

本发明涉及高压输电线路和绝缘技术领域，提供一种电热复合场下同轴电极中金属微粒运动观测装置及方法。该装置包括：包括金属盖板、透明盖板、透明导电膜、中心导杆、高压电源、高温流体管、高温储油箱、控温装置的试验组件，包括高速摄像机和直角棱镜组的拍摄组件。在封闭腔体内充入绝缘气体，控温装置控制高温储油箱内油温，被通有高温油的高温流体管加热的中心导杆发热形成温度梯度场，连接接地金属盖板的透明导电膜与连接高压电源的中心导杆构成同轴电极，高速摄像机与直角棱镜组配合，实时捕获金属微粒的正侧视图，通过图像三维处理，获得金属微粒的三维运动轨迹。本发明能够准确模拟GIS/GIL实际运行时的温度场，试验结果可靠性高。

技术领域

本发明涉及高压输电线路和绝缘技术领域，特别是涉及一种电热复合场下同轴电极中金属微粒运动观测装置及方法。

背景技术

GIS/GIL即气体绝缘金属封闭输电线路/开关设备，其自20世纪六七十年代开始应用并已广泛运行于世界各地，并在特高压输电及离岸大规模风电输送领域具有巨大应用前景。然而，GIS/GIL在输送、装配、运行中会产生一些金属碎屑或微粒，在高压运行时金属微粒会使电场畸变，高场强附近的绝缘气体或绝缘子会在电应力作用下发生局部放电，降低设备绝缘性能，如果长期发生局部放电等微放电，会使绝缘系统发生深度劣化进而影响GIS/GIL的绝缘性能。自由导电微粒的存在会导致SF6绝缘强度下降最高超过80％。金属微粒在绝缘腔内自由运动，由此而引起的电场畸变会带来一系列的绝缘问题，能够急剧降低GIS/GIL的绝缘水平，很容易导致GIL的绝缘击穿。

金属微粒在GIS/GIL管道内部的不同位置时，其危害程度也不同。对于同轴GIS管道下，这些金属颗粒的自由运动能够急剧降低绝缘气体的绝缘水平，进而引发同轴圆柱腔体内的局部放电。不同于固定的金属微粒，自由金属微粒在电场环境的作用下中可能会发生滚动或跳动，金属微粒在电场中会感应出部分电荷，此时带电金属微粒必然会在电场力、重力和粘滞力等作用下发生运动，带电金属微粒在同轴管道内部的运动非常复杂，其运动出现在很大程度是随机的，增加了检测与预防的难度。另一方面，在电压的作用下，这些微小的金属微粒感应带电，并在电场中做不规则运动，如金属微粒运动粘附到同轴管道接口处的绝缘子沿面，会导致绝缘子金属微粒附近局部电场发生集中，严重降低SF₆气体的绝缘性能。金属微粒的运动行为是其影响GIS/GIL绝缘强度的主要方式，而微粒的运动特性与外施电压类型有密切联系。

正常运行的GIS/GIL中心导杆载流发热导致气体温度非均匀分布，导杆与外壳间形成30℃左右温度差，并随电流升高而增大。随中心载流导体温度升高，局部电荷密度上升，导致电场严重畸变。随着传输容量的提升和直流电压等级的提高，设备将面临高负载电流导致的高温度差对内部电场分布的影响。在这种影响下，游离在GIS/GIL设备中的金属微粒也会发生不同规律的运动；GIS/GIL中金属微粒的存在形式主要有线形、片形、粉尘等。研究发现由于线形微粒本身结构的不均匀性导致其在电场作用下自身电荷分布存在极性特点，因而线形微粒引起电场畸变的能力最强，因而其降低设备绝缘强度的作用也最大。

因此，基于设备运行时温度分布特性，同时同轴电极作为GIS/GIL的基本结构，研究在同轴条件下，交流、直流、冲击等不同电压类型与微粒的运动特性和设备绝缘劣化的关系是GIS/GIL中金属微粒无害化研究的重要内容，从而需要对GIS/GIL中温度梯度下金属微粒运动进行观测试验。而目前GIS/GIL中关于金属微粒运动观测的装置及方法，是对同轴电极条件下的金属微粒二维运动形态的观测，只能观测到运行过程中金属微粒单一视角的跳动情况，中心导杆无符合正常运行时的发热特性，缺少对金属微粒三维运动形态的观测以及对中心导杆的加热，并没有实际参考价值。

发明内容