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
技術領域：
本發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、小雨天氣等潮濕環境條件下直 流電壓互感器外部發生污穢閃絡的概率。
背景技術：
我國直流工程數量越來越多，直流換流站的直流電壓互感器(實為帶電容器均壓 的電阻式直流分壓器，即阻容分壓器)因結構和原理的緣故，導致發熱元件(電阻分壓器) 產生的熱量隨著絕緣介質(絕緣油或絕緣氣體)匯集到空心絕緣子內部的上端，使得直流 電壓互感器空心絕緣子內部上端和下端出現較大的溫度梯度，視電壓等級的不同，這種溫 差可達20K或30K以上。直流工程中，換流站直流場一次電壓的重要設備——直流電壓互感器，用于直流 線路電壓監測和系統保護。習慣上稱之為直流電壓互感器的設備，實際上的主體是一系列 單元電阻元件串聯而成的電阻分壓器1構成，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，并聯均壓電容器2。根據電壓等級的不同，組成的電阻分壓器和電容分壓器級數不同，圖1以五級為 例，其中最下端的一級稱之為低壓臂(R2，C2)，之上四級構成高壓臂(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。每一級的單元電阻電容元件(如Rll，C11)，有可能是多個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格模式繞制，單元電阻是一個整體結構。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內部，上部用法蘭4封裝，下部由基座 5封裝并支撐。空心絕緣子3內部充滿絕緣介質6 (絕緣油或者絕緣氣體)，示意圖見圖3。 直流電阻分壓器1在電壓的作用下產生有功損耗，然后轉換為熱量。熱量隨著絕緣介質上 升至上部，造成空心絕緣子3內部的上端溫度高于下端，在空心絕緣子內部形成溫度梯度。 電阻分壓器1的功耗越大，發熱越嚴重，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，這種溫度梯度越大，對電阻分壓器的誤差性能影響也越大。為 了降低電阻發熱產生的損耗，設計上希望提高電阻分壓器1的電阻值，減少發熱量。但是， 電阻值太小，空心絕緣子3外表面潮濕狀態下的泄露電流產生的分流效應同樣會對電阻分 壓器的誤差特性產生影響。實際工程設計上，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比交流電場更嚴重。干燥的污穢物電導率比較低，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 內部電阻分壓器的電壓分布制約，呈現比較均勻的狀態。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，電導率增大，可能導 致空心絕緣子3外表面的泄露電流增大，嚴重時會接近或大于電阻分壓器1通過的工作電 流。這種情況，空心絕緣子外側的電位分布受空心絕緣子外表面污穢程度及潮濕狀態影響， 濕度較大的區域，電導率高，泄露電流產生的電壓降就小，呈現出的電位分布梯度就小；濕 度較小的區域，特別是因內部溫度較高的區域導致外部相對干燥的上端區域，電導率小，泄 露電流產生的電壓降就高，呈現出的電位分布就大。潮濕環境條件下，由于電阻有功損耗導致空心絕緣子上部溫度高于下部，相對空 心絕緣子外部的下部，其上部(特別是頂部)容易出現相對干燥的區域，導致上部電場強度 高于下部。當這種電場強度分布畸變到足以游離空氣的時候，空心絕緣子外側就會發生閃 絡現象(即污穢閃絡現象)，嚴重時會導致空心絕緣子外側上下之間發生擊穿故障。因此，有必要設計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 工業應用需要。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是解決現有直流電壓互感器由于內部上端和下端有 較大的溫度梯度，導致的電壓互感器外部表面污穢情況嚴重，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。本發明所采用的技術方案是一種提高直流電壓互感器抗污穢閃絡能力的方法， 其特征在于，將直流電壓互感器空心絕緣子內部結構設計成兩個同軸腔室，構成直流電壓 互感器的發熱元件，即阻容分壓器的電阻元件均安裝在一個同軸腔室內，達到發熱元件產 生的熱量隨絕緣介質上升至頂部，并從另一個同軸腔室的頂部向下流動，根據熱氣流上升 原理，最終形成一個流體絕緣介質循環回路。由此帶來的技術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部設計成兩個同軸腔室，在每 個艙室的上下部位會形成氣壓差，致使絕緣介質產生上下循環，降低絕緣子的內部上端和 下端溫度梯度，達到均衡內部溫度的目的，由此達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能力的方法，其特征在于，根據設備 額定工作電壓的不同，將空心絕緣子內部從上至下又分成多個間隔，即每個間隔都為相對 獨立的同軸腔室，每個間隔發熱元件產生的熱量在對應間隔內部的兩個同軸腔室形成對流 的循環回路。由此帶來的技術效果至少是由于各間隔艙室相對獨立，每個間隔艙室發熱元 件電阻產生的熱量匯集在各個艙室的上端，潮濕環境條件下，空心絕緣子外側容易出現多 個相對干燥的區域，每個間隔艙室對應的空心絕緣子外側形成上部電場分布強、下部電場 分布弱的狀態，使得潮濕環境中整只絕緣子外部的電場分布得到相對改善，改變空心絕緣 子的上端容易發生污閃的現象。如上所述的提高直流電壓互感器抗污穢閃絡能力的方法，其特征在于，內腔的下 部安裝動力無接觸的磁力風機用于強制內部絕緣介質在兩個同軸腔室形成快速環流，強制 空心絕緣子內部的上下溫度梯度降低，達到降低潮濕狀態下空心絕緣子外側干燥區面積概率的目的。由此帶來的技術效果至少是非接觸磁力風機系統傳輸動力的同時，解決了空心 絕緣子密封問題，防止絕緣介質泄露，非接觸磁力風機系統還可以配置環境潮濕狀態控制 單元，使得非接觸磁力風機僅在潮濕環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，降低空心絕緣子內部整體溫度梯度。由此帶來的技術效果至少 是溫度較高的絕緣介質匯集在上部，借助于散熱籠外側分布的散熱板擴大散熱面積，降低 絕緣介質的溫度。本發明的有益效果是本發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部設計成兩個同軸腔室，在每個艙室的上下部位會形成氣壓差，致使 絕緣介質產生上下循環，降低絕緣子的內部上端和下端溫度梯度，達到均衡內部溫度的目 的，由此達到提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的目的。
圖1是本發明實施例的直流電壓互感器電路原理圖。圖2是本發明實施例的每一級電阻電容單元的組成圖。圖3是本發明實施例的直流電壓互感器的結構圖。圖4是本發明實施例的采用同軸艙室結構的直流電壓互感器的結構圖。圖5是本發明實施例的采用多級艙室結構的直流電壓互感器的結構圖。圖6是本發明實施例的采用磁力風機結構的直流電壓互感器的結構圖。圖7是本發明實施例的采用頂部散熱籠結構的直流電壓互感器的結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。圖中標記的說明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；7-絕緣筒；8-絕緣板；9-多級間隔艙室；10-相對干燥區域；11-非接觸式 磁力風機系統；12-散熱籠。1.實施例一，采用同軸艙室結構使得內部絕緣介質發生循環，均衡內部溫度在本實施例(見圖4)中，使用一個絕緣筒7將空心絕緣子內部分為上下相通的 兩個艙室，將全部發熱元件電阻從上至下均勻的安裝在絕緣筒的內側(或者全部安裝在外 側)，分壓器正常工作時，分壓電阻1發熱，內外艙室存在溫度差，在每個艙室的上下部位會 形成氣壓差，致使絕緣介質6產生上下循環，降低絕緣子3的內部上端和下端溫度梯度，達 到均衡內部溫度的目的。均壓電容可視為無損耗元件，可以根據空心絕緣子內部空間與結 構，安裝在絕緣筒的內側或外側。2.實例二，采用多級間隔艙室結構，在直流電壓互感器外表面徑向形成多個相互 獨立的干燥區在本實例(見圖5)中，在空心絕緣子內部，用絕緣板8至上而下將絕緣子內部空 間分成若干個相對獨立的多級間隔艙室9，發熱元件電阻元件均勻安置在各個間隔艙室內。 由于各間隔艙室相對獨立，每個間隔艙室發熱元件電阻產生的熱量匯集在各個艙室的上端，潮濕環境條件下，空心絕緣子外側容易出現多個相對干燥的區域10，每個間隔艙室對應 的空心絕緣子外側形成上部電場分布強、下部電場分布弱的狀態，使得潮濕環境中整只絕 緣子外部的電場分布得到相對改善，改變空心絕緣子的上端容易發生污閃的現象。3.實例三，借助于動力非接觸式磁力風機系統，依賴外部動力強制內部絕緣介質 上下循環在本實例(見圖6)中，在一個上下貫通同軸艙室結構直流電壓互感器下部，安裝 動力非接觸式的小型磁力風機系統11，強制絕緣介質6產生循環，加大絕緣介質循環速度 以降低空心絕緣子內部上端與下端的溫度梯度。非接觸磁力風機系統11傳輸動力的同時， 解決了空心絕緣子密封問題，防止絕緣介質6泄露。非接觸磁力風機系統11可以配置環境 潮濕狀態控制單元，使得非接觸磁力風機僅在潮濕環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.實例四，頂端采用散熱籠降低頂部的溫度在本實例(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匯集在上部，借助于散熱籠外側分布的散熱板擴大散 熱面積，降低絕緣介質的溫度。本發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 部設計成兩個同軸腔室，在每個艙室的上下部位會形成氣壓差，致使絕緣介質產生上下循 環，降低絕緣子的內部上端和下端溫度梯度，達到均衡內部溫度的目的，由此達到提高直流 電壓互感器抗污穢閃爍能力的目的。
權利要求
一種提高直流電壓互感器抗污穢閃絡能力的方法，其特征在于，將直流電壓互感器空心絕緣子內部結構設計成兩個同軸腔室，構成直流電壓互感器的發熱元件，即阻容分壓器的電阻元件均安裝在一個同軸腔室內，達到發熱元件產生的熱量隨絕緣介質上升至頂部，并從另一個同軸腔室的頂部向下流動，根據熱氣流上升原理，最終形成一個流體絕緣介質循環回路。
2.根據權利要求1所述的提高直流電壓互感器抗污穢閃絡能力的方法，其特征在于， 根據設備額定工作電壓的不同，將空心絕緣子內部從上至下又分成多個間隔，即每個間隔 都為相對獨立的同軸腔室，每個間隔發熱元件產生的熱量在對應間隔內部的兩個同軸腔室 形成對流的循環回路。
3.根據權利要求1所述的提高直流電壓互感器抗污穢閃絡能力的方法，其特征在于， 內腔的下部安裝動力無接觸的磁力風機用于強制內部絕緣介質在兩個同軸腔室形成快速 環流，強制空心絕緣子內部的上下溫度梯度降低，達到降低潮濕狀態下空心絕緣子外側干 燥區面積概率的目的。
4.根據權利要求1所述的提高直流電壓互感器抗污穢閃絡能力的方法，其特征在于， 在直流電壓互感器頂部，增加散熱籠，降低空心絕緣子內部整體溫度梯度。
全文摘要
本發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部結構設計成兩個同軸腔室，構成直流電壓互感器的發熱元件，即阻容分壓器的電阻元件均安裝在一個同軸腔室內，達到發熱元件產生的熱量隨絕緣介質上升至頂部，并從另一個同軸腔室的頂部向下流動，根據熱氣流上升原理，最終形成一個流體絕緣介質循環回路。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部設計成兩個同軸腔室，在每個艙室的上下部位會形成氣壓差，致使絕緣介質產生上下循環，降低絕緣子的內部上端和下端溫度梯度，達到均衡內部溫度的目的，由此達到提高直流電壓互感器抗污穢閃爍能力的目的。
文檔編號H01B17/26GK101877275SQ201010228349
公開日2010年11月3日 申請日期2010年7月16日 優先權日2010年7月16日
發明者余春雨, 馮宇, 吳士普, 李璿, 毛安瀾, 汪本進, 王曉琪, 王歡, 王玲, 費曄, 陳曉明 申請人:國網電力科學研究院