电缆耐压试验结构设计方法技术

一种电缆耐压试验结构设计方法，采用多个支柱绝缘子，各个支柱绝缘子的首尾两端分别用电抗器金属支架和金属底座连接，使电抗器与底座隔离；绝缘套管与电抗器金属支架短接，使绝缘套管与电抗器金属支架等电位。所述支柱绝缘子的设计方法为：1)采用绝缘支柱作为支柱绝缘子，2)绝缘支柱安全承压强度计算，3)由支柱高度闪络电压试验获得外闪电压平均值与绝缘支柱高度之间关系曲线，4)绝缘支柱的高度选择，5)绝缘支柱的放电量设计。本方法设计合理，在不影响设备使用性能的情况下，提高了电气安全性能，降低了成本，解决了支撑绝缘子高度设计问题。

Structure design method of cable withstand voltage test

【技术实现步骤摘要】
电缆耐压试验结构设计方法
本专利技术创造的电线电缆高电压电抗器绝缘支柱高度优化设计，属于电压试验方法及测量领域。
技术介绍
近年来，随着我国经济发展和电力建设的加快，高压、超高压电缆需求量逐年递增，也是电力电缆产品种中需求最快的产品，成为了国内电缆制造企业新一轮的投资热点。根据产品标准要求，110kV、220kV、500kV电缆的出厂试验项目包括：局部放电试验、2.5U0(500kV电缆为2U0)电压试验及非金属外护套的电气试验，所以，相应的高压电缆出厂试验设备必不可少，目前普遍采用700～800kV串联谐振工频局部放电试验系统。该实验系统电压输入方式为：10kV电源→高压开关柜→双屏蔽隔离变压器→调压器→滤波器→励磁变压器→电抗器。其中从励磁变压器输出到电抗器，采用的是10kV或35kV绝缘引线，从电抗器底部的高压绝缘套管接入(如图1所示)。绝缘引线与电抗器底座之间的空气间隙很小。电抗器底座为金属材质，设有接地端，绝缘引线与电抗器底座间的空气间隙即为绝缘引线接地间隙。因从励磁变压器输出到电抗器的引线与设备底座(接地)间距离太近或几乎直接接触，空气间隙太小，当励磁输出电压较高时，引线与设备底座(接地)间易产生闪络放电，频繁的闪络放电对设备产生冲击，同时也影响试验的正常进行。另外，在进行高压、超高压短电缆试验时，因采用水终端来均化电场，避免终端放电，造成品质因数(Q值)太小，需要提高励磁电压来满足试验电压的要求。但提高励磁电压，更容易引起外闪，有造成电抗器绝缘套管击穿的风险。因为套管接线柱长度只有8～9cm，安全距离受到限制，当励磁变压器输出电压太高时，易造成高压绝缘套管绝缘击穿事件，更为严重的是，因电抗器内充满了变压器油(约6500升)，套管绝缘一旦击穿，如果采取措施不及时，易造成电抗器内变压器油的泄漏，一方面因油量太大，一泻而出，在污染实验室时，也有引发火灾的隐患，另一方面电抗器后续维修、充油、抽真空处理等非常困难，后果不可设想。理论上可以更换更长的高压绝缘套管以消除缺陷，但实验系统中电抗器底部与地面间的距离、以及套管伸入电抗器内变压器油中的距离均已固定，所以该方案难以实施。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述不足，本专利技术提出1、一种电缆耐压试验结构设计方法，其特征是采用多个支柱绝缘子，各个支柱绝缘子的首尾两端分别用电抗器金属支架和金属底座连接，使电抗器与底座隔离；绝缘套管与电抗器金属支架短接，使绝缘套管与电抗器金属支架等电位；所述支柱绝缘子的设计方法为：(1)采用绝缘支柱(例如环氧纤维管绝缘支柱)作为支柱绝缘子：采用至少3根绝缘支柱支撑，各个支柱支撑均匀排布在电抗器支架底部；环氧纤维管绝缘支柱为例，支柱外径D是180mm、内径d是140mm；(2)绝缘支柱安全承压强度计算：根据电抗器总重，计算单只绝缘支柱的承重；再根据绝缘支柱的物理特性，获知所需绝缘支柱的数量；(3)由支柱高度闪络电压试验获得外闪电压平均值与绝缘支柱高度之间关系曲线：支柱高度设计因素包括设备稳固和无外闪，支柱越高设备稳定性越差，而支柱越短，绝缘距离就小，外闪的概率就越高；支柱的最佳高度的确定方法是对支撑绝缘子进行工频外闪电压试验，试验方法为：3.1)对高度为某高度的绝缘支柱，绝缘支柱的底部接地；在绝缘支柱的距底部h1处用铜线环绕绝缘支柱并扎紧；3.2)铜线接高压端，施加工频电压，并逐渐升高电压，直至产生沿绝缘支柱表面的闪络，记录闪络电压U1，并重复n次；计算外闪电压平均值：U外闪电压平均值＝(U1+U3+U2……Un)/n这里，n为自然数。3.3)提高铜线的高度，在h2处重复步骤3.2)，施加电压进行闪络试验，并记录闪络电压U2，并重复n次；计算外闪电压平均值。3.4)依次在h3、h4、h5、……hn的处重复步骤3.2)，可得U3、U4、U5、……Un；并且分别计算计算外闪电压平均值；外闪电压平均值与绝缘支柱高度之间关系曲线：所述h1、h2、h3、h4、h5、……hn为绝缘距离，以绝缘距离与对应外闪电压平均值，在二维坐标系中绘制坐标曲线；这里，自然数n取值越多越好，但是，从经济及角度考量，采用5处即可，即n取值为5。4)绝缘支柱的高度选择设绝缘支柱最高耐受电压Um，Um≥1.2U0；电抗器的最高输入电压U0，U0亦为励磁变输出电压；在外闪电压平均值与绝缘支柱高度之间关系曲线中，以外闪电压平均值等于Um，选择对应的绝缘支柱高度；5)绝缘支柱的放电量设计要求输入电压U0为最高时，进行局部放电试验，要求此时无超过试验系统声明灵敏度的放电量。本方法设计合理，在不影响设备使用性能(电压、局部放电等)的情况下，提高了电气安全性能，降低了成本，解决了支撑绝缘子高度设计问题。附图说明图1是现有技术的实验布局示意图；图2是采用支柱绝缘子方案的试验布局示意图；图3是本方法步骤3)的闪络试验结构示意图；图4是本方法的步骤5)的试验结构示意图；图5是本例的单根绝缘支柱截面轴向示意图；图中：电抗器1、励磁变压器2、电抗器金属支架3、金属底座4、高压套管5、绝缘支柱6、铜线7、绝缘支柱的底部的铜带接地8、高压接线端9、接地端10。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术进一步说明：一种电缆耐压试验结构设计方法，该方法是采用多个支柱绝缘子，各个支柱绝缘子的首尾两端分别用电抗器支架和电抗器底座连接，使电抗器与底座隔离；绝缘套管与电抗器支架短接，使电抗器底部的绝缘套管与电抗器支架等电位；本例中：所述支柱绝缘子的设计方法为：(1)采用环氧纤维管绝缘支柱作为支柱绝缘子；环氧纤维管绝缘支柱的管径设计为：采用8个支柱支撑，支柱外径D是180mm、内径d是140mm；各个绝缘支柱均匀排布在电抗器(金属)支架底部；(2)绝缘支柱安全承压强度计算：本例中电抗器总重以38t计算，采用8个绝缘支柱(单根支柱的截面如图5所示)则单只支柱承重：38t/8≈5t支柱截面积：S＝π/4(D-d)2＝8380.66m㎡支柱承压计算：σ压＝50000N/8380.66m㎡≈6Mpa环氧纤维管抗压缩强度≥110Mpa所以支柱承压远远满足要求；(3)由支柱高度闪络电压试验获得外闪电压平均值与绝缘支柱高度之间关系曲线：支柱高度设计因素包括设备稳固和无外闪，支柱越高设备稳定性越差，而支柱越短，绝缘距离就小，外闪的概率就越高；支柱的最佳高度的确定方法是对支撑绝缘子进行工频外闪电压试验，试验方法为：3.1)对高度为500mm左右的绝缘支柱，绝缘支柱的底部接地；在绝缘支柱的距底部h1＝200mm处用铜线环绕绝缘支柱并扎紧；3.2)铜线接高压端，施加工频电压，并逐渐升高电压，直至产生沿绝缘支柱表面的闪络，记录闪络电压U1，并重复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电缆耐压试验结构设计方法，其特征是采用多个支柱绝缘子，各个支柱绝缘子的首尾两端分别用电抗器金属支架和金属底座连接，使电抗器与底座隔离；绝缘套管与电抗器金属支架短接，使绝缘套管与电抗器金属支架等电位；/n所述支柱绝缘子的设计方法为：/n1)采用环氧纤维管绝缘支柱作为支柱绝缘子：/n采用至少3根绝缘支柱支撑；各个支柱支撑均匀排布在电抗器支架底部；/n2)绝缘支柱安全承压强度计算：/n根据电抗器总重，计算单只绝缘支柱的承重；再根据绝缘支柱的物理特性，获知所需绝缘支柱的数量；/n3)由支柱高度闪络电压试验获得外闪电压平均值与绝缘支柱高度之间关系曲线：/n支柱高度设计因素包括设备稳固和无外闪，支柱越高设备稳定性越差，而支柱越短，绝缘距离就小，外闪的概率就越高；支柱的最佳高度的确定方法是对支撑绝缘子进行工频外闪电压试验，试验方法为：/n3.1)对高度为某高度的绝缘支柱，绝缘支柱的底部接地；在绝缘支柱的距底部h1处用铜线环绕绝缘支柱并扎紧；/n3.2)铜线接高压端，施加工频电压，并逐渐升高电压，直至产生沿绝缘支柱表面的闪络，记录闪络电压U1，并重复n次；计算外闪电压平均值：/nU

【技术特征摘要】
1.一种电缆耐压试验结构设计方法，其特征是采用多个支柱绝缘子，各个支柱绝缘子的首尾两端分别用电抗器金属支架和金属底座连接，使电抗器与底座隔离；绝缘套管与电抗器金属支架短接，使绝缘套管与电抗器金属支架等电位；
所述支柱绝缘子的设计方法为：
1)采用环氧纤维管绝缘支柱作为支柱绝缘子：
采用至少3根绝缘支柱支撑；各个支柱支撑均匀排布在电抗器支架底部；
2)绝缘支柱安全承压强度计算：
根据电抗器总重，计算单只绝缘支柱的承重；再根据绝缘支柱的物理特性，获知所需绝缘支柱的数量；
3)由支柱高度闪络电压试验获得外闪电压平均值与绝缘支柱高度之间关系曲线：
支柱高度设计因素包括设备稳固和无外闪，支柱越高设备稳定性越差，而支柱越短，绝缘距离就小，外闪的概率就越高；支柱的最佳高度的确定方法是对支撑绝缘子进行工频外闪电压试验，试验方法为：
3.1)对高度为某高度的绝缘支柱，绝缘支柱的底部接地；在绝缘支柱的距底部h1处用铜线环绕绝缘支柱并扎紧；
3.2)铜线接高压端，施加工频电压，并逐渐升高电压，直至产生沿绝缘支柱表面的闪络，记录闪络电压U1，并重复n次；计算外闪电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉珍，
申请(专利权)人：江苏上上电缆集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32