一种环保型天然酯电容式高压套管及其制造方法

本发明属于电力设备的高压套管，具体涉及一种环保型天然酯电容式高压套管及其制造方法。

背景技术：

1、油浸纸电容式套管是高压套管中最为常见的一类，被广泛用于交流变压器和换流变压器的网侧。传统油浸纸电容式套管的绝缘油是矿物油，主要成分是烷烃、环烷烃和少量芳香烃，冷却性能好且价格低廉，但其燃点和闪点比较低，生物降解能力差，且不可再生。天然酯绝缘油是一种新型环保液体绝缘介质，是以天然油料为原材料的混合了脂肪酸的甘油三酯，可降解、可再生，对环境污染小；且天然酯绝缘油的燃点、闪点远高于矿物油，耐热、防火性能好，可以提高套管运行的温升许用值；天然酯绝缘油含水量限值大于矿物油，矿物油微水含量标准要求＜10μl/l，且随着微水含量的增加矿物油的耐压强度急剧下降，而天然酯绝缘油微水含量在200μl/l时，仍能保持良好的电气性能；天然酯绝缘油电气性能良好，且介电常数与绝缘纸更接近，有利于改善套管内的电场分布。但是天然酯绝缘油与传统矿物油在介电性能、理化性能、热学性能等方面存在诸多差异，传统成熟的矿物油-纸电容式套管的设计制造方法对天然酯-纸绝缘系统并不完全适用，因此需要针对天然酯绝缘油性能与特点，对油浸纸电容式套管的结构进行优化，以使得可以将天然酯绝缘油应用于电容式高压套管。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种环保型天然酯电容式高压套管及其制造方法，本发明将天然酯绝缘油应用于电容式高压套管，替代传统矿物绝缘油，解决油浸纸电容式套管中矿物绝缘油燃点和闪点比较低，以及对微水含量标准要求较高的问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种环保型天然酯电容式高压套管，包括载流导杆、法兰、上绝缘件、下绝缘件、顶部油枕以及电容芯体，上绝缘件的上端与顶部油枕连接，上绝缘件的下端通过法兰与下绝缘件连接，顶部油枕、上绝缘件和下绝缘件的内腔连通且内腔中填充天然酯绝缘油，载流导杆同轴设置于顶部油枕、上绝缘件和下绝缘件连接而成的整体结构的内腔，载流导杆的上端与顶部油枕密封连接，载流导杆的下端与下绝缘件密封连接；电容芯体套设在载流导杆上，电容芯体整体浸泡在天然酯绝缘油中。

4、优选的，本发明环保型天然酯电容式高压套管还包括基于物联网技术的天然酯套管数字化智能监测系统，所述天然酯套管数字化智能监测系统包括传感器、信号通过数据处理模块以及共享云平台，传感器与信号通过数据处理模块连接，信号通过数据处理模块与共享云平台连接；

5、所述传感器设置于顶部油枕、上绝缘件和下绝缘件连接而成的整体结构的内腔中，所述传感器包括监测不同位置温度的温度传感器、监测天然酯绝缘油粘度的传感器、监测天然酯绝缘油故障气体h2的氢气传感器。

6、优选的，中部法兰处设有传感器引出装置，所述传感器通过传感器引出装置与信号通过数据处理模块连接。

7、优选的，中部法兰处设有取油口。

8、优选的，所述电容芯体通过绝缘纸卷制而成，并在由绝缘纸形成的绝缘层中每隔预设厚度设有金属极板，各层金属极板之间的最小绝缘厚度不小于2.5mm；

9、所述电容芯体的优化设计方法包括如下过程：

10、根据天然酯绝缘油的性能指标调整电容芯体中天然酯-纸绝缘体系设计许用值，应用有限元仿真计算方法优化电容芯体的结构，最后对优化后的环保型天然酯电容式高压套管的整体设计方案进行电气性能、机械性能和热性能校核。

11、优选的，根据天然酯绝缘油的性能指标调整电容芯体中天然酯-纸绝缘体系设计许用值时，在已应用的矿物油-纸绝缘体系许用值的基础上进行缩放，缩放系数通过比较天然酯-纸绝缘体系与矿物油-纸绝缘体系这两个体系的击穿试验、沿面放电试验、缩比试品的局部放电试验结果获得。

12、优选的，应用有限元仿真计算方法优化电容芯体的结构的过程包括：

13、根据变压器主体的配合要求，应用有限元仿真方法配合智能算法，优化设计零层、末层金属极板的高度与位置并形成金属极板边缘包络线，再设计每个金属极板的长度lk和半径rk，使各绝缘层所分担的电压与该层绝缘的起始局部放电电压之比近似相等，得到电容芯体(6)最优的设计方案。

14、优选的，天然酯绝缘油采用从大豆油、葵花籽油和/或菜籽油中提炼的绝缘油脂中的一种或几种的混合物；

15、用于卷制电容芯体的绝缘纸采用硫酸盐纸浆制成的电工绝缘纸或者更耐高温的芳纶纤维纸。

16、优选的，所述上绝缘件通过大小间隔的伞群构成，所述上绝缘件采用电工瓷烧制成的空心瓷套或者硅橡胶材质的空心复合绝缘子；

17、下绝缘件的形状为锥形，下绝缘件用于隔离整个环保型天然酯电容式高压套管与变压器主体，下绝缘件的材料为电工瓷烧制成的空心瓷套；

18、载流导杆的上端与贯穿顶部油枕的顶部并与顶部油枕之间通过第一密封结构密封连接；

19、载流导杆的下端贯穿下绝缘件的下端并与下绝缘件之间通过第二密封结构密封连接。

20、本发明如上所述的环保型天然酯电容式高压套管的制造方法，包括真空浸润的过程，真空浸润时，温度设置为100～110℃。

21、本发明的有益效果在于：

22、与传统矿物绝缘油相比，天然酯绝缘油可降解、可再生，对环境污染小，是一种新型环保液体绝缘介质；燃点、闪点远高于矿物油，耐热、防火性能好，可以提高套管运行的温升许用值；天然酯绝缘油含水量限值大于矿物油，矿物油微水含量标准要求＜10μl/l，且随着微水含量的增加矿物油的耐压强度急剧下降，而天然酯绝缘油微水含量在200μl/l时，仍能保持良好的电气性能；天然酯绝缘油介电常数与绝缘纸更接近，有利于改善套管内的电场分布。

技术特征：

1.一种环保型天然酯电容式高压套管，其特征在于，包括载流导杆(1)、法兰(2)、上绝缘件(3)、下绝缘件(4)、顶部油枕(5)以及电容芯体(6)，上绝缘件(3)的上端与顶部油枕(5)连接，上绝缘件(3)的下端通过法兰(2)与下绝缘件(4)连接，顶部油枕(5)、上绝缘件(3)和下绝缘件(4)的内腔连通且内腔中填充天然酯绝缘油(8)，载流导杆(1)同轴设置于顶部油枕(5)、上绝缘件(3)和下绝缘件(4)连接而成的整体结构的内腔，载流导杆(1)的上端与顶部油枕(5)密封连接，载流导杆(1)的下端与下绝缘件(4)密封连接；电容芯体(6)套设在载流导杆(1)上，电容芯体(6)整体浸泡在天然酯绝缘油(8)中。

2.根据权利要求1所述的一种环保型天然酯电容式高压套管，其特征在于，还包括基于物联网技术的天然酯套管数字化智能监测系统，所述天然酯套管数字化智能监测系统包括传感器、信号通过数据处理模块以及共享云平台，传感器与信号通过数据处理模块连接，信号通过数据处理模块与共享云平台连接；

3.根据权利要求2所述的一种环保型天然酯电容式高压套管，其特征在于，中部法兰(2)处设有传感器引出装置(10)，所述传感器通过传感器引出装置(10)与信号通过数据处理模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种环保型天然酯电容式高压套管，其特征在于，中部法兰(2)处设有取油口(11)。

5.根据权利要求1所述的一种环保型天然酯电容式高压套管，其特征在于，所述电容芯体(6)通过绝缘纸卷制而成，并在由绝缘纸形成的绝缘层中每隔预设厚度设有金属极板(7)，各层金属极板(7)之间的最小绝缘厚度不小于2.5mm；

6.根据权利要求5所述的一种环保型天然酯电容式高压套管，其特征在于，根据天然酯绝缘油(8)的性能指标调整电容芯体(6)中天然酯-纸绝缘体系设计许用值时，在已应用的矿物油-纸绝缘体系许用值的基础上进行缩放，缩放系数通过比较天然酯-纸绝缘体系与矿物油-纸绝缘体系这两个体系的击穿试验、沿面放电试验、缩比试品的局部放电试验结果获得。

7.根据权利要求5所述的一种环保型天然酯电容式高压套管，其特征在于，应用有限元仿真计算方法优化电容芯体(6)的结构的过程包括：

8.根据权利要求1所述的一种环保型天然酯电容式高压套管，其特征在于，天然酯绝缘油(8)采用从大豆油、葵花籽油和/或菜籽油中提炼的绝缘油脂中的一种或几种的混合物；

9.根据权利要求1所述的一种环保型天然酯电容式高压套管，其特征在于，所述上绝缘件(3)通过大小间隔的伞群构成，所述上绝缘件(3)采用电工瓷烧制成的空心瓷套或者硅橡胶材质的空心复合绝缘子；

10.根据权利要求1-9任意一项所述的环保型天然酯电容式高压套管的制造方法，其特征在于，包括真空浸润的过程，真空浸润时，温度设置为100～110℃。

技术总结
本发明公开了一种环保型天然酯电容式高压套管及其制造方法，该高压套管包括载流导杆、法兰、上绝缘件、下绝缘件、顶部油枕以及电容芯体，上绝缘件的上端与顶部油枕连接，上绝缘件的下端通过法兰与下绝缘件连接，顶部油枕、上绝缘件和下绝缘件的内腔连通且内腔中填充天然酯绝缘油，载流导杆同轴设置于顶部油枕、上绝缘件和下绝缘件连接而成的整体结构的内腔，载流导杆的上端与顶部油枕密封连接，载流导杆的下端与下绝缘件密封连接；电容芯体套设在载流导杆上，电容芯体整体浸泡在天然酯绝缘油中。本发明将天然酯绝缘油应用于电容式高压套管，替代传统矿物绝缘油，解决油浸纸电容式套管中矿物绝缘油燃点和闪点比较低，以及对微水含量标准要求较高的问题。

技术研发人员：刘鹏,刘丽岚,范玥霖,彭宗仁,王青于,吴泽华,陈宸
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5