一种高海拔特高压含气隙缺陷的套管模型及其制备方法与流程

本发明属于电气绝缘材料，具体涉及一种高海拔特高压含气隙缺陷的套管模型及其制备方法。

背景技术：

1、在高电压等级电力系统中，电容式套管作为连接导体与外部设备的重要绝缘部件，被广泛应用于变压器及换流站中。电容式套管通过多层电容屏结构实现电场的均匀分布，不仅能够有效提高绝缘性能，还兼具良好的电压承受能力和运行稳定性。因此，电容式套管在电力系统中承担着关键的电气绝缘与机械支撑功能，其运行可靠性直接关系到电力设备及系统的安全稳定运行。现有技术中，针对套管正常运行状态下的电场分布特性，国内外学者已开展了大量研究工作，并通过材料选型与结构优化等手段实现电场均匀化设计。

2、然而，在电容式套管的生产制造及实际运行过程中，由于环氧芯体尺寸较大、结构复杂，在环氧浇注固化阶段若真空脱气不充分，或在后续装配与运输过程中受到机械振动及外力作用等影响，容易在环氧芯体内部形成气隙；同时，尤其是在高海拔地区（如海拔2000米以上），在长期运行条件下，电-热-力多场耦合作用可能引发材料老化，从而使铝箔与皱纹纸之间的界面发生脱粘并产生气隙。上述气隙缺陷会引起局部电场畸变，对套管绝缘性能构成严重威胁，可使套管发生局放损坏（参见图6）。

3、目前，研究人员在探究气隙对电容式套管运行特性的影响时，通常在环氧芯体皱纹纸卷绕过程中加入提前制备的含气隙缺陷的环氧试样，从而模拟实际套管芯体内部可能存在的气隙缺陷。然而，现有气隙制造方法普遍存在气隙形态难以准确控制、与实际缺陷形态存在差异等不足。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的瓶颈，本发明的目的在于提供一种高海拔特高压含气隙缺陷的套管模型及其制备方法，本发明能够控制套管模型中气隙的形态，进而能够为系统性研究气隙对套管电场分布及绝缘性能的影响提供可靠的试验基础。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种高海拔特高压含气隙缺陷的套管模型的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1）在一中心导杆上缠绕皱纹纸。

5、步骤2）待皱纹纸卷绕至套管芯体直径达到预设值时，在该张皱纹纸外侧放置一气隙模拟嵌件，在套管芯体的周向方向，所述气隙模拟嵌件的形状是弧形的，气隙模拟嵌件对应的直径与此时套管芯体直径相同；在套管芯体的轴向方向，所述气隙模拟嵌件具有预设长度，且此时气隙模拟嵌件的一端凸出于已卷绕皱纹纸的端面预设长度；

6、步骤3）继续卷绕一圈皱纹纸将气隙模拟嵌件压紧，并于该层皱纹纸外侧铺设一圈铝箔电极，铝箔电极边缘采用折边处理，铝箔电极中心与套管中心位置对齐；

7、步骤4）继续卷绕皱纹纸，直至芯体总直径达到预设值后，将皱纹纸最外圈用环氧胶粘接固定；

8、步骤5）将卷绕皱纹纸后的中心导杆两端裸露部分以及导杆内壁均匀涂覆脱模剂，然后烘干；

9、步骤6）将卷取有皱纹纸的中心导杆装入1号模具，并使气隙模拟嵌件露出皱纹纸的部分朝上布置；

10、步骤7）向1号模具中浇注环氧溶液并进行固化处理；

11、步骤8）待固化流程结束后，将卷取有皱纹纸的中心导杆与1号模具分离；

12、步骤9）拔出气隙模拟嵌件，再将卷取有皱纹纸的中心导杆倒置放入2号模具内部，向2号模具中浇注环氧溶液并进行固化处理，脱模后从铝箔电极引出末屏引线，最终获得所述高海拔特高压含气隙缺陷的套管模型；

13、其中，1号模具与2号模具具有相同直径的圆柱形型腔，且中心导杆与该圆柱形型腔同轴设置。

14、优选的，所述步骤1）中，在中心导杆上缠绕第一圈皱纹纸时，用环氧胶将皱纹纸与导杆进行粘接固定，此后继续进行卷绕。

15、优选的，所述步骤2）中，在套管芯体的轴向方向，所述气隙模拟嵌件一端大、一端小，其中，气隙模拟嵌件小端包裹于皱纹纸内部，气隙模拟嵌件大端凸出于已卷绕皱纹纸的端面。

16、优选的，在套管芯体的轴向方向，所述气隙模拟嵌件小端的厚度小于气隙模拟嵌件大端的厚度；在套管芯体的周向方向，气隙模拟嵌件小端对应的弧长小于气隙模拟嵌件大端对应的弧长。

17、优选的，所述气隙模拟嵌件的拔模角的数值0.11-0.12；

18、所述拔模角的数值等于气隙模拟嵌件小端和气隙模拟嵌件大端的厚度差与气隙模拟嵌件位于皱纹纸内的长度的比值；

19、所述拔模角的数值等于气隙模拟嵌件大端对应的弧长与气隙模拟嵌件小端对应的弧长的差值与气隙模拟嵌件位于皱纹纸内的长度的比值，此时气隙模拟嵌件大端对应的弧长为气隙模拟嵌件大端处内壁对应弧长与外壁对应弧长的平均值；气隙模拟嵌件小端对应的弧长为气隙模拟嵌件小端处内壁对应弧长与外壁对应弧长的平均值。

20、优选的，气隙模拟嵌件大端设有用于便于拔出气隙模拟嵌件的通孔。

21、优选的，从铝箔电极引出末屏引线时，在套管芯体模型侧壁处钻孔至铝箔电极位置，通过末屏引线与铝箔电极导电连接，并对引出部位进行密封处理。

22、优选的，所述步骤3）中，待铺设一圈铝箔电极后，在铝箔电极表面设置一铜箔片，铝箔电极与铜箔片接触，此时，从铝箔电极引出末屏引线时，在套管芯体模型侧壁处钻孔至铜箔片位置，通过末屏引线与铜箔片导电连接，并对引出部位进行密封处理。

23、优选的，所述1号模具与2号模具均沿中心轴对称剖分为两部分，两部分均设有耳片，耳片上设有螺栓孔，两部能够通过耳片、螺栓孔以及螺栓螺母进行可拆卸连接；

24、所述1号模具与2号模具的底部中心均设有安装中心导杆端部的中心导杆安装孔。

25、本发明还提供了一种高海拔特高压含气隙缺陷的套管模型，该高海拔特高压含气隙缺陷的套管模型通过本发明如上所述的制备方法制得。

26、本发明具有如下有益效果：

27、本发明高海拔特高压含气隙缺陷的套管模型的制备方法中，针对性解决了现有技术中气隙缺陷形态、尺寸及位置难以精准控制，缺陷模拟与套管实际工况不符、制备工艺繁琐成本高的问题，具体的，本发明在皱纹纸卷绕至预设芯体直径时，匹配当前芯体直径设置弧形气隙模拟嵌件，同时限定嵌件轴向预设长度及端部凸出皱纹纸端面，再通过后续皱纹纸卷绕压实嵌件，相较于传统直接置入预制缺陷试样的方式，能够精准限定气隙缺陷在套管芯体径向、周向、轴向的具体位置与形态尺寸，复刻高海拔特高压套管运行中皱纹纸与电极界面产生的弧形气隙缺陷，有效避免了现有技术缺陷成型随机性大、样本一致性差的问题，可稳定获得参数可控、可重复的含气隙缺陷套管试验模型，保障后续套管电场分布与绝缘性能试验研究的准确性。同时，本发明全程以中心导杆为成型基准，始终保持中心导杆与1号、2号模具的圆柱形型腔同轴设置，且两套模具型腔直径一致、结构通用，无需定制复杂专用模具，大幅简化了模型制备的工装结构与操作流程；通过先压实嵌件、布设折边对位的铝箔电极、分层卷绕皱纹纸，经第一次模具浇注固化成型主体结构后拔出嵌件形成标准气隙，再二次浇注固化成型完整套管模型的分段制备方式，配合导杆端部及内壁脱模剂预处理、外层皱纹纸环氧胶固定等工序，既规避了预埋缺陷试样易偏移、变形、贴合不紧密的问题，保证了套管模型整体结构规整度与成型精度，又简化了制备工序、降低了设备与模具成本，操作便捷且可实现批量制备。