[發(fā)明專利]一種三層梯度GIS/GIL支撐絕緣子的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110701103.0
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113284684B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王超;張冠軍;李文棟;尹昊陽;楊雄;張宇程
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B29C69/00
• 分類號: B29C69/00;B29C64/106;B29C64/176;B29C64/188;B29C39/02;B29C39/10;B29C39/42;B29C39/44;H01B19/00;B33Y10/00;B33Y50/02;B29K63/00;B29L31/34
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種三層梯度GIS/GIL支撐絕緣子的制備方法，以降低絕緣子沿面或局部區(qū)域電場強度為優(yōu)化目標(biāo)，利用變密度算法求解支撐絕緣子內(nèi)部介電常數(shù)的最優(yōu)空間分布；根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，將介電常數(shù)發(fā)生變化區(qū)域分為介電常數(shù)過渡區(qū)域和高介電區(qū)域，并將介電常數(shù)過渡區(qū)域的結(jié)合輪廓提取出來，隨后利用光固化3D打印生成帶有支撐和樹脂澆注口中空介電常數(shù)過渡區(qū)域；采用高介電填料/聚合物共混的方式制備可熱固化的高介電復(fù)合材料，隨后將高介電復(fù)合材料倒入介電常數(shù)過渡區(qū)域，并整體放入金屬模具中予以固定；采用低介電填料/聚合物共混的方式制備可熱固化的高介電復(fù)合材料，隨后倒入金屬模具中，真空中固化完成后即可得到三層梯度GIS/GIL支撐絕緣子。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高電壓電力設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三層梯度GIS/GIL支撐絕緣子的制備方法。

背景技術(shù)

氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear，GIS)因其占地面積小，運行環(huán)境穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于超、特高壓變電站中。而氣體絕緣管道輸電(Gas InsulatedTransmission Line,GIL)作為一種新型的先進(jìn)輸電方式，具有輸送容量大、傳輸損耗小、安全性高等優(yōu)點，常作為架空線路的替代方案，應(yīng)用于特殊的輸電環(huán)境中。

在GIS/GIL電力設(shè)備中，支撐絕緣子起到了支撐金屬導(dǎo)桿、隔離電位、氣室密封隔氣等作用。而當(dāng)其結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理或表面存在氣泡、金屬微粒等缺陷時，SF6氣體在均勻及稍不均勻電場中優(yōu)異的絕緣性能會因局部電場的畸變而迅速劣化，誘發(fā)沿面閃絡(luò)。傳統(tǒng)改善電場分布的方法主要為絕緣子/金屬電極結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。如在高壓側(cè)加裝金屬屏蔽罩優(yōu)化盆體頭部電場；設(shè)計合理的絕緣子中心嵌件結(jié)構(gòu)；罐體法蘭處設(shè)有“R”弧形金屬屏蔽以及絕緣內(nèi)嵌金屬屏蔽內(nèi)環(huán)降低盆體根部電場。然而，上述方法使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜度上升，制造難度增加，也常會帶來附生問題。例如，現(xiàn)有GIS設(shè)備在罐體制造過程中，往往在接地法蘭處設(shè)置“R”弧金屬屏蔽，由于特殊的形狀設(shè)計，往往需焊接后進(jìn)行人工打磨，費時費力，且打磨不當(dāng)容易形成金屬尖端，引發(fā)局部放電。金屬屏蔽內(nèi)環(huán)的存在可在一定程度上均化法蘭處電場，但一方面優(yōu)化效果有限，另一方面，易造成絕緣子出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象，劣化盆體的機械性能。近年來，通過材料介電分布優(yōu)化主動調(diào)控電場分布的方法逐漸成為絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計制造領(lǐng)域的研究熱點。大量的數(shù)值模擬結(jié)果表明，通過疊層優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化等數(shù)值模擬手段構(gòu)建介電參數(shù)梯度分布，可以大幅降低絕緣系統(tǒng)最大電場，均化沿面電場分布?；诓牧咸匦哉{(diào)整改善電場分布突破了以往形狀優(yōu)化設(shè)計的局限性，為解決高電壓等級GIS小型化提供了新思路。

然而，目前的梯度絕緣子缺乏行之有效的快速制造方案，疊層以及離心方法可控性差，同時成型尺寸受限，采用3D打印技術(shù)可在一定程度上避免上述問題，但僅靠3D打印完成絕緣子制造加工時間長，且材料熱膨脹系數(shù)等力學(xué)/熱學(xué)特性難以與傳統(tǒng)真空澆注環(huán)氧樹脂相匹配。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種三層梯度GIS/GIL支撐絕緣子的制備方法，實現(xiàn)絕緣子制備效率和電場控制效果的大幅提高。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種三層梯度GIS/GIL支撐絕緣子的制備方法，包括以下步驟：

將支撐絕緣子劃分為光固化介電過渡區(qū)域、熱固化高介電區(qū)域以及熱固化低介電區(qū)域；將絕緣子離散化，確定約束條件，尋找支撐絕緣子內(nèi)部介電常數(shù)最優(yōu)空間分布，根據(jù)最優(yōu)空間分布結(jié)果劃分介電常數(shù)過渡區(qū)域和高介電區(qū)域，生成中空的三維模型，通過光固化3D打印生成中空且?guī)в兄魏蜆渲瑵沧⒖诘墓夤袒殡娺^渡區(qū)域；然后采用真空澆注方式將摻有高介電填料的熱固化環(huán)氧樹脂復(fù)合漿料倒入光固化介電過渡區(qū)域內(nèi)，再將光固化介電過渡區(qū)域放入金屬模具中固定；再采用真空澆注方式將摻有低介電填料的熱固化環(huán)氧樹脂復(fù)合漿料倒入金屬模具中制成熱固化低介電區(qū)域；最后經(jīng)真空熱固化處理得到三層梯度GIS/GIL支撐絕緣子。

具體的，制備光固化介電過渡區(qū)域具體為：