一种高压套管绝缘材料老化模拟装置的制作方法

1.本发明属于绝缘材料测试领域，具体公开了一种高压套管绝缘材料的老化模拟装置。


背景技术：

2.随着高压直流电力传输技术的快速发展，越来越多的高压直流设备在世界范围内的电力系统中得以应用。高压套管作为一种起到绝缘与支撑作用的电力设备，是确保电力变压器安全运行的重要辅助设施之一，其作用在于将电流从电力设备外壳或建筑物墙壁导出。由于长期暴露在大气环境中，运行中的复合套管不可避免地受到污秽、电应力、温度以及浸水等因素的影响，表面出现硬化、粉化、深度裂纹和憎水性严重下降或完全丧失等现象。如不及时采取措施，这些老化现象会影响到高压电气设备安全可靠运行，甚至会影响到整个电力系统的运行状况。因而，这类套管绝缘材料老化问题的研究对实际运行有着十分重要的指导意义。
3.根据老化因素可将油浸式电力设备内绝缘的老化大致划分为热老化、电老化、机械老化和环境老化。v.m.montsinger在1930年首次指出了温度每升高10℃，则绝缘寿命减半，同时文献也指出老化速率和温度之间的具有重要联系，水能严重降低油纸绝缘的电气强度，且加速油纸绝缘老化及缩短绝缘寿命，且老化速率与绝缘纸含水量呈正比。当绝缘纸中水分含量每增加0.5％，纤维素绝缘的寿命减半。这些老化现象带来绝缘材料机械性能显著下降，也因此导致绝缘层的迅速剥落与失效。
4.国内关于这一问题的研究早在十年前已经开展，但受限于实际应用验证不足以及后续的老化设备缺失原因，专题研究相对较少，研究主要手段一般是采取现场失效绝缘材料进行理化分析，推断失效原因，也有少部分的研究院和高校在自行设计实验设备的前提之下进行模拟实验。国外也有部分自行设计的实验设备供参考，研究成果主要集中于单一老化因素下的绝缘材料老化分析与防护。
5.最初开始使用的老化模拟设备主要是两类，一类是电老化设备，另一类是热老化模拟设备，多年实际应用表明，电应力对套管老化进程影响较小，因为在套管设计初期留有较大的电应力裕度，基本不会产生电场作用对油纸/胶纸材料的老化效应。而相比之下，机械应力、温度以及渗水等情况对于老化影响较为显著，对于热老化研究主要依赖于热老化箱进行，其优点在于有现存的商用设备，且控温准确，因而，这类实验在一定程度上为绝缘材料老化规律研究提供很好的科学支撑，但并不能成为应用指导，其原因在于现阶段老化模拟实验具有以下两个缺点：第一、老化温度为恒温状态，服役之中，套管各部位升温不一致，因此在不同区域存在热应力分布，导致老化程度有差异，针对这一情况，专利cn206523415u设计一种非均匀加热老化试验箱；第二、老化实验因素单一，热老化箱进行老化仅仅能够模拟热老化现象，而对于服役过程中常见的机械应力以及浸水加速老化的问题不能进行模拟。


技术实现要素：

6.为解决背景技术中的问题，本发明提供一种高压套管绝缘材料老化模拟装置，具体技术方案如下：
7.一种高压套管绝缘材料老化模拟装置，包括：内部固定有样品夹具、热电偶、电阻加热器、温度控制器的模拟室，所述热电偶、电阻加热器、温度控制器电连接，除此之外还包括：通过气体阀门及管路接通所述模拟室的载荷气源以及通过水滴阀门及管路连通所述模拟室的储水器、控制所述样品夹具的夹持端机械载荷的伺服加载装置。
8.这种空气模拟装置可以同时进行热、潮、气体及机械应力的多重复合模拟，解决了单一类型模拟数据的片面性。
9.优选的，伺服加载装置对所述夹持端加载拉力。
10.这是基于大量高压绝缘套管是因为拉伸形变而造成老化失效的，采取此种方式能根据实验数据快速判断拉伸对于套管老化的影响。
11.优选的，载荷气源包括氧气或氩气。
12.氧气可以让高压套管氧化，氩气由于具备惰性气体的稳定性，可以在仅考量机械应力对套管老化的影响时作为保护气。
13.优选的，在所述气体阀门出口端设有压力表，水滴阀门的出口端设有流量计。
14.上述配置可以控制气体压力和水流量的变化来模拟不同季节或不同气候状况下环境对高压套管老化过程的影响。
15.优选的，测试时样品表面温度设置范围为20℃-150℃，所述热电偶测量精度范围为0.5℃-2℃。
16.进一步的，测试时样品表面温度设置为110℃，控制出口气压为0.05mpa，保证水流量为10ml/h，设置拉伸应力为0.05mpa。
17.这样设置比套管所处的正常环境更严苛，可以通过短时高负荷来模拟长期正常负荷的老化过程。
附图说明
18.图1为本发明实施例结构示意图；
19.图中：1.载荷气源；2.气体阀门；3.储水器；4.伺服电机加载系统；5.热电偶；6.电阻加热器；7.样品夹具；8.模拟室；9.温度控制器；10.水滴阀门。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施例对本发明进行描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于该实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.如图1所示，一种湿热环境下高压套管绝缘材料老化模拟装置，内部固定有样品夹具7、热电偶5、电阻加热器6、温度控制器9的模拟室8，通过气体阀门2及管路接通所述模拟室8的载荷气源1以及通过水滴阀门10及管路连通模拟室8的储水器3、控制所述样品夹具的夹持端机械载荷的伺服加载装置4；气体阀门2出口端设有压力表，水滴阀门10的出口端设
有流量计。
22.其中热电偶5、电阻加热器6、温度控制器9电连接，样品夹具7的夹持端有两个，一端固定在模拟室8顶部，另一端与底部的伺服加载系统4连接。
23.按照夹具尺寸，将绝缘材料加工成所需要尺寸，夹持于样品夹具7两夹持端之间，保障样品夹持平稳；打开温度控制器9，使电阻加热器6开始加热，温度设定为110℃；将充满氩气(作为载荷气源1)气瓶运到设备处，安全放置，打开气体阀门2，控制出口气压为0.05mpa；在储水器3中充满武汉地区所收集的自然雨水，打开水滴阀门10，保证水流量为10ml/h；水滴被送入样品表面；注意调节模拟室8内部温度，保证温度能持续稳定在110℃；同时，启动伺服电机驱动伺服加载装置4，通过夹具7将样品拉伸，设置拉伸应力为0.05mpa，在载荷达到设定值后，维持移动端位置不变；整体实验时间设置为1周。实验时间达到之后，启动拉伸试验机，对样品进行原位拉伸实验，获得其承载性能，然后对断裂样品进行理化分析，获得样品在湿热与机械应力作用下的失效原因与力学性能变化规律。
24.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种高压套管绝缘材料老化模拟装置，包括：内部固定有样品夹具、热电偶、电阻加热器、温度控制器的模拟室，所述热电偶、电阻加热器、温度控制器电连接，其特征在于，还包括：通过气体阀门及管路接通所述模拟室的载荷气源以及通过水滴阀门及管路连通所述模拟室的储水器、控制所述样品夹具的夹持端机械载荷的伺服加载装置。2.如权利要求1所述的一种高压套管绝缘材料老化模拟装置，其特征在于，所述伺服加载装置对所述夹持端加载拉力。3.如权利要求2所述的一种高压套管绝缘材料老化模拟装置，其特征在于，所述载荷气源包括氧气或氩气。4.如权利要求3所述的一种高压套管绝缘材料老化模拟装置，其特征在于，在所述气体阀门出口端设有压力表，水滴阀门的出口端设有流量计。5.如权利要求1-4中任一项所述的一种高压套管绝缘材料老化模拟装置，其特征在于，测试时样品表面温度设置范围为20℃-150℃，所述热电偶测量精度范围为0.5℃-2℃。6.如权利要求5所述的一种高压套管绝缘材料老化模拟装置，其特征在于，测试时样品表面温度设置为110℃，控制出口气压为0.05mpa，保证水流量为10ml/h，设置拉伸应力为0.05mpa。

技术总结
本发明属于绝缘材料测试领域，特别涉及一种高压套管绝缘材料的老化模拟装置。包括载荷气体源、气体阀门和水滴阀门、储水器、伺服电机加载系统、热电偶、电阻加热器、样品夹具、样品固定端，温度控制器。本发明在温度场设计基础上，采用气体载水方式进行渗水以及气体作用模拟，采用伺服电机与螺杆结合方式进行微加载，模拟服役过程机械应力作用，克服已有自行设计老化模拟设备只能进行热老化实验的不足，可更加真实模拟套管绝缘材料服役环境中的老化与老化后机械作用失效情况，弥补多重老化耦合设备的缺失，实现老化与服役失效一体化模拟。实现老化与服役失效一体化模拟。实现老化与服役失效一体化模拟。


技术研发人员：王远东 苏林华 安义岩 刘会斌 刘天奇 王乾力 祖向东 粱佳宇 王坤涵 宋友 邓建钢 兰贞波 徐卓林 聂宇
受保护的技术使用者：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 国家电网有限公司
技术研发日：2021.12.10
技术公布日：2022/4/12