基于绝缘子表层功能梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法转让专利
申请号 : CN202110948884.3
文献号 : CN113628816B
文献日 : 2022-12-20
发明人 : 李进 , 王禹淮 , 杜伯学 , 梁虎成 , 董佳楠 , 姚航 , 王雨帆 , 赵仁勇
申请人 : 天津大学
摘要 :
本发明公开一种基于绝缘子表层功能梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法。基于环氧树脂绝缘子表层功能梯度优化设计，利用氟化处理技术对环氧树脂绝缘子进行表层功能梯度改性，获得具有表层功能梯度改性的环氧树脂绝缘子。装有表层功能梯度改性环氧树脂绝缘子的高压直流GIL/GIS系统，能够减小金属微粒向绝缘薄弱处运动所需的轴向梯度力，对距离环氧树脂绝缘子不同位置处、不同形状的金属微粒的启举具有明显的抑制作用。通过对环氧树脂绝缘子进行表层功能梯度改性处理，实现对GIL/GIS系统中金属微粒运动的抑制。对治理高压直流GIL/GIS中金属微粒污染具有重要的价值和意义。
权利要求 :
1.基于绝缘子表层功能梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法，特征在于，包括如下步骤
1)基于高压直流GIL/GIS运行工况下环氧树脂绝缘子表面电势分布，将环氧树脂绝缘子表面划分为三个区域；
2)环氧树脂绝缘子安装前，将区域二、区域三用聚四氟乙烯抗腐蚀胶带粘住；
3)将绝缘子放置在反应釜内，反应釜内充入体积比为1：10～1：1的氟气与惰性气体的混合气体，反应气体温度10～50℃、气体压力0.01～0.1Mpa，对环氧树脂绝缘子进行15～‑14 ‑
30min的表层结构改性处理，改性处理后区域一的表面电导率为5.02×10 S‑5.05×10
14
S；
4)去除区域三的聚四氟乙烯抗腐蚀胶带，将绝缘子放入反应釜内进行15～30min的表层结构氟化处理，获得表层功能梯度改性的环氧树脂绝缘子；
表层功能梯度改性的环氧树脂绝缘子表面电导率呈梯度分布，其中，区域一表面电导‑13 ‑13 ‑15 ‑15率：6.50×10 S‑6.55×10 S、区域二表面电导率：5.80×10 S‑5.85×10 S、区域三表‑14 ‑14面电导率：5.02×10 S‑5.05×10 S；
4)对装有表层功能梯度改性环氧树脂绝缘子的高压直流GIL/GIS系统进行1～10小时额定直流电压预压，预压结束后测试距离环氧树脂绝缘子凸面不同位置处的金属微粒启举电压。
2.根据权利要求1所述的基于绝缘子表层功能梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法，特征在于，惰性气体选择氮气、氩气或氦气。
3.根据权利要求1所述的基于绝缘子表层功能梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法，特征在于，测试金属微粒包括球形金属微粒、线性金属微粒、金属粉尘。
4.根据权利要求1所述的基于绝缘子表层功能梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法，特征在于，高压直流GIL/GIS涉及的电压等级包括±160kV、±200kV、±320kV、±
550kV、±800kV。
说明书 :
基于绝缘子表层功能梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制
方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电气工程高压输电领域，具体涉及一种基于绝缘子表层功能梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法。
背景技术
[0002] 高压直流GIL/GIS长期运行时，普通盆式绝缘子或支柱绝缘子表面电荷积聚极不均匀，对附近的金属微粒产生向绝缘子表面运动的电场轴向梯度力，故绝缘子附近的金属微粒易向绝缘子表面运动，最终引发气隙击穿、局部放电、沿面闪络等绝缘故障，严重劣化高压直流GIL/GIS的绝缘性能。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于环氧树脂绝缘子表层功能梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法，在高压直流GIL/GIS中金属微粒运动治理方面提供一种新的治理思路。
[0004] 为了实现上述目的，本发明所用的技术方案如下:一种基于绝缘子表层功能梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法，包括下列步骤：
[0005] (1)基于高压直流(包括±160kV、±200kV、±320kV、±550kV、±800kV)GIL/GIS运行工况下环氧树脂绝缘子(包括盆式绝缘子/支柱绝缘子)表面电势分布，将环氧树脂绝缘子表面划分为三个区域。环氧树脂绝缘子安装前，将区域二、区域三用聚四氟乙烯抗腐蚀胶带粘住。将绝缘子放置在反应釜内，反应釜内充入体积比为1：10～1：1的氟气与惰性气体的混合气体，反应气体温度10～50℃、气体压力0.01～0.1Mpa，对环氧树脂绝缘子进行15‑‑14 ‑30min的表层结构改性处理，改性处理后区域一的表面电导率为5.02×10 S‑5.05×10
14
S。
14
S。
[0006] (2)去除区域三的聚四氟乙烯抗腐蚀胶带，将绝缘子放入反应釜内进行15‑30min的表层结构氟化处理，获得表层功能梯度改性的环氧树脂绝缘子。表层功能梯度改性的环‑13 ‑氧树脂绝缘子表面电导率呈梯度分布，其中，区域一表面电导率：6.50×10 S‑6.55×10
13 ‑15 ‑15 ‑14
S、区域二表面电导率：5.80×10 S‑5.85×10 S、区域三表面电导率：5.02×10 S‑5.05‑14
×10 S。
13 ‑15 ‑15 ‑14
S、区域二表面电导率：5.80×10 S‑5.85×10 S、区域三表面电导率：5.02×10 S‑5.05‑14
×10 S。
[0007] (3)对装有表层功能梯度改性环氧树脂绝缘子的高压直流GIL/GIS系统进行1～10小时额定直流电压预压，预压结束后测试距离环氧树脂绝缘子凸面不同位置处的金属微粒(包括球形金属微粒、线性金属微粒、金属粉尘)启举电压。
[0008] 进一步地，高压直流GIL/GIS涉及的电压等级包括±160kV、±200kV、±320kV、±550kV、±800kV。
[0009] 进一步地，环氧树脂绝缘子包括盆式绝缘子、支柱绝缘子。
[0010] 进一步地，金属微粒包括球形金属微粒、线性金属微粒、金属粉末。
[0011] 与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
[0012] 本发明通过对环氧树脂绝缘子表层功能梯度改性，优化运行工况下绝缘子的电场分布，削弱金属微粒产生向绝缘子表面运动的电场轴向梯度力，进而实现对高压直流GIL/GIS中金属微粒运动的抑制。表层功能梯度改性的绝缘子制作工艺流程简单可靠，且不需要改变高压直流GIL/GIS原有的机械结构，便于促进高压直流GIL/GIS的推广运用。
[0013] 本发明对环氧树脂绝缘子进行表层功能梯度改性处理，根据制作方案，表层功能梯度改性的盆式绝缘子表面电导率呈梯度分布，优化长期运行条件下盆式绝缘子表面电荷分布，减小金属微粒向绝缘薄弱处运动所需的电场轴向梯度力，对距离绝缘子不同位置处的金属微粒启举具有明显的抑制效果。因此，设计和制造具有抑制高压直流GIL/GIS中金属微粒运动功能的表层功能梯度改性盆式绝缘子对于治理高压直流GIL/GIS中金属微粒污染具有现实意义。
附图说明
[0014] 为了清楚地说明本发明技术方案的实施过程，下面对实施过程描述中所需要的附图进行简单的介绍。下列附图仅是示意性的，并不是限制性的。
[0015] 图1是±160kV表面功能梯度改性的盆式绝缘子设计示意图；
[0016] 图2是对比±160kV直流GIL/GIS内安装普通盆式绝缘子和表层功能梯度改性的盆式绝缘子对其凸面距离绝缘子不同位置金属微粒启举电压结果图。
具体实施方式
[0017] 结合下列附图和具体实施案例对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此处的具体实施案例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018] 实施例1
[0019] 本发明涉及一种基于盆式绝缘子表层结构梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法，利用表层结构梯度改性技术对盆式绝缘子表面进行梯度结构改性，相对于普通盆式绝缘子，高电导表面结构梯度改性的盆式绝缘子在长期运行条件下表面电荷分布更加均匀，从根源上减小了金属微粒向盆式绝缘子运动所需的电场轴向梯度力，实现对高压直流GIL/GIS金属微粒运动的抑制。
[0020] 具体盆式绝缘子表面功能梯度氟化处理流程如下：
[0021] (1)基于环氧树脂盆式绝缘子实际运行下的电场分布，将盆式绝缘子表层划分为三个区域，其中区域一、区域三进行不同时间的表层结构改性处理、区域二不进行表层结构改性处理。
[0022] (2)将区域二、区域三用聚四氟乙烯抗腐蚀胶带粘贴，然后将环氧树脂盆式绝缘子放置在真空氟化反应釜内，反应釜内充入体积比为1：6的氟气与氮气混合气体，反应条件为：气体温度10℃、气体压力0.04Mpa，对环氧树脂盆式绝缘子的区域一进行15min的表层结‑14 ‑14构改性处理，改性处理后区域一表面结构改性后表面电导率为5.02×10 S‑5.05×10 S。
[0023] (3)去除区域三的聚四氟乙烯抗腐蚀胶带，将环氧树脂盆式绝缘子放入真空氟化反应釜内进行15min的表层结构处理，表层结构改性处理后获得区域一表面电导率：6.50×‑13 ‑13 ‑15 ‑1510 S‑6.55×10 S、区域二表面电导率：5.80×10 S‑5.85×10 S、区域三表面电导率：
‑14 ‑14
5.02×10 S‑5.05×10 S的具有抑制高压直流GIL/GIS金属微粒启举功能的表层结构梯度改性的盆式绝缘子。
‑14 ‑14
5.02×10 S‑5.05×10 S的具有抑制高压直流GIL/GIS金属微粒启举功能的表层结构梯度改性的盆式绝缘子。
[0024] (4)利用缩比直流GIL/GIS系统分析高电导表层梯度改性盆式绝缘子在不同运行工况下对其凹凸面、距离绝缘子不同位置的金属微粒启举抑制效果。
[0025] (5)根据实验结果，对比普通GIL/GIS盆式绝缘子，表层结构梯度改性的GIL/GIS盆式绝缘子对不同位置处的金属微粒运动具有显著的抑制效果，见图2。
[0026] 实施例2
[0027] 本发明涉及一种基于支柱绝缘子表层结构梯度改性的GIL/GIS金属微粒启举抑制方法，利用表层结构梯度改性技术对支柱绝缘子表面进行梯度结构改性，相对于普通支柱绝缘子，高电导表面结构梯度改性的支柱绝缘子在长期运行条件下表面电荷分布更加均匀，从根源上减小了金属微粒向支柱绝缘子运动所需的电场轴向梯度力，实现对高压直流GIL/GIS金属微粒运动的抑制。
[0028] 具体支柱绝缘子表面功能梯度氟化处理流程如下：
[0029] 1)基于环氧树脂支柱绝缘子实际运行下的电场分布，将支柱绝缘子表层划分为三个区域，其中区域一、区域三进行不同时间的表层结构改性处理、区域二不进行表层结构改性处理。
[0030] 2)将区域二、区域三用聚四氟乙烯抗腐蚀胶带粘贴，然后将环氧树脂支柱绝缘子放置在真空氟化反应釜内，反应釜内充入体积比为1：10的氟气与氦气混合气体，反应条件为：气体温度30℃、气体压力0.1Mpa，对环氧树脂支柱绝缘子的区域一进行25min的表层结‑14 ‑14构改性处理，改性处理后区域一表面结构改性后表面电导率为5.02×10 S‑5.05×10 S。
[0031] 3)去除区域三的聚四氟乙烯抗腐蚀胶带，将环氧树脂支柱绝缘子放入真空氟化反应釜内进行30min的表层结构处理，表层结构改性处理后获得区域一表面电导率：6.50×‑13 ‑13 ‑15 ‑1510 S‑6.55×10 S、区域二表面电导率：5.80×10 S‑5.85×10 S、区域三表面电导率：
‑14 ‑14
5.02×10 S‑5.05×10 S的具有抑制高压直流GIL/GIS金属微粒启举功能的表层结构梯度改性的支柱绝缘子。
‑14 ‑14
5.02×10 S‑5.05×10 S的具有抑制高压直流GIL/GIS金属微粒启举功能的表层结构梯度改性的支柱绝缘子。
[0032] 4)利用缩比直流GIL/GIS系统分析高电导表层梯度改性支柱绝缘子在不同运行工况下对其凹凸面、距离绝缘子不同位置的金属微粒启举抑制效果。
[0033] 实施例3
[0034] 1)基于高压直流GIL/GIS运行工况下环氧树脂绝缘子表面电势分布，将环氧树脂绝缘子表面划分为三个区域；
[0035] 2)环氧树脂绝缘子安装前，将区域二、区域三用聚四氟乙烯抗腐蚀胶带粘住；
[0036] 3)将绝缘子放置在反应釜内，反应釜内充入体积比为1：1的氟气与氦气混合气体，反应气体温度10℃、气体压力0.01Mpa，对环氧树脂绝缘子进行15min的表层结构改性处理，‑14 ‑14改性处理后区域一的表面电导率为5.02×10 S‑5.05×10 S；
[0037] 4)去除区域三的聚四氟乙烯抗腐蚀胶带，将绝缘子放入反应釜内进行15～30min的表层结构氟化处理，获得表层功能梯度改性的环氧树脂绝缘子；
[0038] 表层功能梯度改性的环氧树脂绝缘子表面电导率呈梯度分布，其中，区域一表面‑13 ‑13 ‑15 ‑15电导率：6.50×10 S‑6.55×10 S、区域二表面电导率：5.80×10 S‑5.85×10 S、区域‑14 ‑14
三表面电导率：5.02×10 S‑5.05×10 S。
三表面电导率：5.02×10 S‑5.05×10 S。
[0039] 实施例4
[0040] 1)基于高压直流GIL/GIS运行工况下环氧树脂绝缘子表面电势分布，将环氧树脂绝缘子表面划分为三个区域；
[0041] 2)环氧树脂绝缘子安装前，将区域二、区域三用聚四氟乙烯抗腐蚀胶带粘住；
[0042] 3)将绝缘子放置在反应釜内，反应釜内充入体积比为1：6的氟气与氩气混合气体，反应气体温度50℃、气体压力0.1Mpa，对环氧树脂绝缘子进行30min的表层结构改性处理，‑14 ‑14改性处理后区域一的表面电导率为5.02×10 S‑5.05×10 S；
[0043] 4)去除区域三的聚四氟乙烯抗腐蚀胶带，将绝缘子放入反应釜内进行15～30min的表层结构氟化处理，获得表层功能梯度改性的环氧树脂绝缘子；
[0044] 表层功能梯度改性的环氧树脂绝缘子表面电导率呈梯度分布，其中，区域一表面‑13 ‑13 ‑15 ‑15电导率：6.50×10 S‑6.55×10 S、区域二表面电导率：5.80×10 S‑5.85×10 S、区域‑14 ‑14
三表面电导率：5.02×10 S‑5.05×10 S；
三表面电导率：5.02×10 S‑5.05×10 S；
[0045] 4)对装有表层功能梯度改性环氧树脂绝缘子的高压直流GIL/GIS系统进行10小时额定直流电压预压，预压结束后测试距离环氧树脂绝缘子凸面不同位置处的金属微粒启举电压。
[0046] 实施例5
[0047] 1)基于高压直流GIL/GIS运行工况下环氧树脂绝缘子表面电势分布，将环氧树脂绝缘子表面划分为三个区域；
[0048] 2)环氧树脂绝缘子安装前，将区域二、区域三用聚四氟乙烯抗腐蚀胶带粘住；
[0049] 3)将绝缘子放置在反应釜内，反应釜内充入体积比为1：8的氟气与氦气的混合气体，反应气体温度30℃、气体压力0.05Mpa，对环氧树脂绝缘子进行20min的表层结构改性处‑14 ‑14理，改性处理后区域一的表面电导率为5.02×10 S‑5.05×10 S；
[0050] 4)去除区域三的聚四氟乙烯抗腐蚀胶带，将绝缘子放入反应釜内进行15～30min的表层结构氟化处理，获得表层功能梯度改性的环氧树脂绝缘子；
[0051] 表层功能梯度改性的环氧树脂绝缘子表面电导率呈梯度分布，其中，区域一表面‑13 ‑13 ‑15 ‑15电导率：6.50×10 S‑6.55×10 S、区域二表面电导率：5.80×10 S‑5.85×10 S、区域‑14 ‑14
三表面电导率：5.02×10 S‑5.05×10 S；
三表面电导率：5.02×10 S‑5.05×10 S；
[0052] 4)对装有表层功能梯度改性环氧树脂绝缘子的高压直流GIL/GIS系统进行1～10小时额定直流电压预压，预压结束后测试距离环氧树脂绝缘子凸面不同位置处的金属微粒启举电压。
[0053] 本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。