[發明專利]一種用于氣體絕緣高壓電氣設備的陶瓷支柱絕緣子

有效

• 申請號: 202011315419.8
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112670040B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 盧理成;齊波;種芝藝;閻法強;宋勝利;楊霄;郭志軍;李成榕;丁彥霞
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;中材江西電瓷電氣有限公司
• 主分類號: H01B17/14
• 分類號: H01B17/14;H01B17/38
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 趙卿;肖繼軍

一種陶瓷支柱絕緣子，與緩沖墊、金屬固定件配合后安裝于氣體絕緣高壓電氣設備內部，包括：爬電段為酒瓶形輪廓結構，整體呈現上細下粗、上凹下凸的外形特征，并在酒瓶形外形輪廓上部設有豎直部；支柱絕緣子為軸對稱結構，支柱絕緣子整體上細下粗，從上到下依次設有上部固定段、爬電段、下部固定段。本發明通過在陶瓷支柱絕緣子兩端的圓柱固定段設計與緩沖墊直徑相匹配的倒角、在陶瓷支柱絕緣子中部設計豎直部降低局部應力、增加整體機械強度，通過“酒瓶形”支柱絕緣子上凹下凸的外形輪廓設計增加爬電距離、降低溫度梯度工況下絕緣子高壓端與接地端的表面場強切向分量，有利于降低沿面閃絡的發生概率、提升設備絕緣可靠性。

技術領域

本發明涉及電力設備領域，具體而言，涉及一種用于氣體絕緣高壓電氣設備的陶瓷支柱絕緣子。

背景技術

氣體絕緣電氣設備作為重要的輸變電設備，其運行可靠性直接關系到整個電力系統的安全運行。目前，氣體絕緣直流穿墻套管等直流輸電系統中的關鍵設備均采用以環氧樹脂為主的有機聚合物絕緣材料制成的支柱絕緣子支撐設備內部的同軸高壓導桿，用于固定導桿相對位置、實現導桿與外殼之間的電氣絕緣。無機絕緣陶瓷作為一種機械強度更強、耐熱性能更優的絕緣材料，采用該類型材料制成的支柱絕緣子在上述設備中具有極大的應用前景。材料特性的差異必然影響支柱絕緣子的結構、尺寸及制造工藝。因此，設計合理的陶瓷支柱絕緣子結構，能夠有效地提升其機械承載性能、絕緣性能，并且對降低沿面閃絡的發生率、提升設備絕緣可靠性具有重要的意義。

近年來，國內外對氣體絕緣電氣設備內部支柱絕緣子結構有過一些研究，但對陶瓷支柱絕緣子的研究成果未見報道，目前的研究成果均集中于環氧樹脂支柱絕緣子外形結構設計。例如，文章《影響GIS支柱絕緣子閃絡電壓的沿面電場特征參數》(劉琳，高電壓技術，2019)以具有圓柱形、凹面形、波浪形和凸面形的支柱絕緣子為模型，根據靜電場有限元計算結果及其在SF₆氣體中的雷電擊穿電壓值，利用相關分析統計方法對比了不同電場特征參數與閃絡電壓之間的相關性。該文章僅從電場角度出發，基于靜電場下的雷電閃絡電壓數據分析結果提出了支柱絕緣子電場優化設計建議，但未對不同支柱絕緣子結構進行進一步分析評價，且未考慮溫度梯度導致的場強畸變作用以及其他電壓類型下的閃絡電壓等，使得其提出的絕緣件設計標準存在局限性。文章《GIL用三柱式支撐絕緣子結構研究》(魯加明，機械設計與制造，2014)對GIL內使用的傘狀型與錐形三支柱絕緣子的恒溫電場分布特性與溫度分布特性進行對比分析，發現傘狀型支柱絕緣子表面場強與錐形的結構相差不大，且傘狀型的爬距較大，認為傘狀型支柱絕緣子適宜在設備較緊湊時采用。該結構同樣未考慮溫度梯度下傘裙位置的電場畸變現象，同時也未考慮支柱絕緣子結構對其應力特性的影響。文章《有限元數值計算技術應用于特高壓穿墻套管三維電場模擬分析》(張施令，高電壓技術，2020)設計了一種帶傘棱的支柱絕緣子，并在高壓直流穿墻套管模型中計算了其表面電場分布。該結構也存傘裙，但本文同樣未在溫度梯度情況下驗證、設計支柱絕緣子外形結構，且同樣未考慮支柱絕緣子外形結構對其機械性能的影響，導致改設計存在較大的改進空間。

此外，專利申請《一種母線支撐絕緣子》(申請號CN201811355158.5，程建偉，南方電網科學研究院有限責任公司，2018)設計了基于環氧樹脂浸紙的紡錘體結構GIL/GIS母線支撐絕緣子，并且在絕緣子表面設計有增爬傘裙，專利《一種用于超/特高壓GIL的啞鈴型三支柱支撐絕緣子》(申請號CN201721209252.0，彭宗仁，西安交通大學，2017)設計了一種基于環氧樹脂材料的用于超/特高壓GIL的啞鈴型三支柱支撐絕緣子，由三個環氧復合絕緣體支柱組成，每個絕緣支柱為啞鈴外形。以上兩篇專利提出了紡錘形與啞鈴型的支柱絕緣子設計方案，但其未對其電、熱、力學性能優勢做進一步論證。由于陶瓷支柱絕緣子實際運行中受多物理場疊加作用，其外形結構對其電、熱、力學特性具有重要影響，并且陶瓷支柱絕緣子外形結構同時受到絕緣子材料特性極其裝配方式的影響，上述專利提供的外形設計方案僅具有有限的參考意義。