一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環及其套用

《一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環及其套用》是南方電網科學研究院有限責任公司、清華大學深圳研究生院於2013年3月23日申請的專利，該專利的公布號為CN104064294A，申請公布日為2014年9月24日，發明人是張福增、宋磊、羅凌、王黎明、梅紅偉、王國利、王義寧。

《一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環及其套用》該鋅環是一種半周厚、另半周薄且厚薄交界處平滑過渡的圓環，鋅環厚半周的截面呈異形，鋅環薄半周的截面與厚半周的截面形狀相同且寬度及厚度不相等。該套用是在V型串直流瓷絕緣子鐵帽和瓷件間的縫隙內於鐵帽的表面包覆所述鋅環，且鋅環的厚半周與球窩的開口位於同一側，鋅環截面的第一直線部和第一弧線部分別與鐵帽下端的內半部和外半部貼合，V形折線部的彎折部即為V型串直流瓷絕緣子的滴水檐處。該鋅環不但使滴水檐處最厚，能最大限度提高鋅環保護作用的有效性，有效地防止鐵基電腐蝕，而且不會影響到絕緣子自身的機械性能。此外，其材料用量少，成本低。

2020年11月，《一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環及其套用》獲得第六屆廣東專利獎銀獎。

（概述圖為《一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環及其套用》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環及其套用
• 申請人：南方電網科學研究院有限責任公司、清華大學深圳研究生院
• 申請日：2013年3月23日
• 申請號：2013100944297
• 公布號：CN104064294A
• 公布日：2014年9月24日
• 發明人：張福增、宋磊、羅凌、王黎明、梅紅偉、王國利、王義寧
• 地址：廣東省廣州市越秀區東風東路水均崗6、8號粵電大廈西塔
• 分類號：H01B17/40(2006.01)I、H01B17/04(2006.01)I
• 代理機構：深圳市匯力通專利商標代理有限公司
• 代理人：王鎖林、李保明
• 類別：發明專利

專利背景

中國水力、煤炭、風力等發電資源主要集中在西部和北部地區，而中國電力負荷中心卻主要集中在東部經濟發達地區。如南方電網所轄五省中，東部廣東省占五省區GDP的65%，但能源含量僅占3.5%，電力電量不足已嚴重影響社會經濟的發展，而經濟相對落後的雲南、貴州卻擁有大於90%的五省區能源儲量。其中雲南省可開發的水電裝機容量達95.70吉瓦。因此，建立特高壓輸電線路，將電能從發電廠遠距離安全可靠地傳輸到負荷中心，對中國電力資源的可持續發展和經濟高速發展具有重要的作用。特高壓直流輸電具有遠距離、大容量輸送電能，以及調節靈活、功率損耗低等優點，在促進電力產業技術升級和可持續發展，提高輸電走廊利用率，解決電網短路電流水平等具有決定性意義。發展特高壓直流輸電符合中國的國情和能源戰略。隨著越來越多實際工程的投產運行，特高壓直流輸電在整個電力系統中的地位日益提高。

隨著電壓等級的提高，考慮到機械特性和電氣特性的因素，特高壓直流輸電工程大量採用V型串，在潮濕或降雨條件下，在V型串下側的瓷絕緣子鐵帽與瓷件表面之間的縫隙易被水珠橋接，形成集中的電流迴路，造成了局部的電腐蝕現象。2011年10月，±800千伏楚穗直流輸電線路負極性側V型串發現20000餘片絕緣子發生鐵帽電腐蝕現象；2012年2月，±800千伏復奉直流輸電線路負極性側V型串2000餘片絕緣子也發現鐵帽電腐蝕現象。

直流瓷絕緣子的鐵帽電腐蝕後可能給輸電線路造成較大安全隱患，體現在：一方面，容易在直流瓷絕緣子上出現爬電現象，嚴重時可能導致沿串閃絡；另一方面，長期發展下去，會降低絕緣子的機械性能，可能造成絕緣子斷串。

截至2013年3月，直流瓷絕緣子鋼腳電解腐蝕問題研究較多，但直流瓷絕緣子鐵帽電腐蝕問題的研究未見相關報導。實際的直流瓷絕緣子產品也未對鐵帽採取電腐蝕防護措施。

發明內容

專利目的

該發明的目的是提供一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環，以解決上述的因直流瓷絕緣子的鐵帽發生電腐蝕可能給輸電線路造成較大安全隱患的技術問題。 可以通過在鐵帽下端加裝鋅環來解決直流絕緣子鐵帽電腐蝕的問題，但在該專利發明人的研究和試驗中發現，直接在鐵帽上加裝鋅環來防止鐵基電腐蝕，效果並不理想，鋅環的保護效果並非與所加鋅環的質量正相關，而是與其形狀密切相關。合理的設計鋅環形狀，能夠有效的提高鋅環的利用率，提高鋅環的保護效果，同時在易腐蝕部位合理安裝鋅環，在不易腐蝕部位減少鋅環的質量，可以在不影響使用效果的基礎上，有效的降低鋅環使用量，降低成本。

技術方案

《一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環及其套用》提供的一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環，是一種半周厚、另半周薄且厚薄交界處平滑過渡的圓環，鋅環厚半周的截面呈異形，該異形截面的輪廓由第一直線部、從第一直線部外端向外同時向上逐漸延伸形成的第一弧線部、從第一弧線部上端向下同時向外逐漸延伸形成的第二弧線部、與第一直線部相對且中部向下突出的V形折線部、連線V形折線部內端和第一直線部內端的第二直線部、以及連線V形折線部外端和第二弧線部下端的第三直線部組成；鋅環薄半周的截面與厚半周的截面形狀相同且寬度及厚度不相等。

優選地，在上述的V型串直流瓷絕緣子用鋅環中，鋅環厚半周的截面的所述第一直線部的內端與第二弧線部的下端之間的距離等於加速電腐蝕試驗測得的電腐蝕區域寬度，鋅環厚半周的截面的所述V形折線部的彎折部到第一直線部的距離等於加速電腐蝕試驗測得的電腐蝕區域深度。

優選地，在上述的V型串直流瓷絕緣子用鋅環中，所述電腐蝕區域寬度為23毫米，所述電腐蝕區域深度為8毫米；鋅環薄半周的截面的第四直線部的內端與第五弧線部的下端之間的距離等於7 毫米，鋅環薄半周的截面的V形折線部的彎折部到第四直線部的距離等於3毫米。

優選地，在上述的V型串直流瓷絕緣子用鋅環中，所述第二弧線部與所述第三直線部的結合部、以及所述V形折線部與所述第三直線部的結合部採用圓弧過渡；所述第一直線部的內端設定有第三弧線部。

上述任意一項鋅環的套用方法為：在V型串直流瓷絕緣子鐵帽和瓷件間的縫隙內於鐵帽的表面包覆所述鋅環，且鋅環的厚半周與球窩的開口位於同一側，鋅環截面的所述第一直線部和第一弧線部分別與鐵帽下端的內半部和外半部貼合，V形折線部的彎折部即為V型串直流瓷絕緣子的滴水檐處。

優選地，為了達到更好的保護鐵帽免遭電腐蝕，在上述套用方法中，在鋅環截面的所述V形折線部的內半段與瓷件之間設定密封件。密封件優選截面呈楔形的密封件，並且優選用矽橡膠製造。

改善效果

《一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環及其套用》的鋅環採用特殊形狀，用於V型串懸掛的直流瓷絕緣子，不但使滴水檐處最厚，能最大限度提高鋅環保護作用的有效性，有效地防止鐵基電腐蝕，而且不會影響到絕緣子自身的機械性能。此外，還能夠節約鋅材料的用量，降低成本。其結構簡單，易於和絕緣子裝配。可廣泛套用於超特高壓直流輸電線路V型串瓷絕緣子鐵帽電解腐蝕的防護，提高輸電線路的運行安全性。

附圖說明

圖1為該發明一實施例V型串直流瓷絕緣子用鋅環的俯視結構示意圖；

圖2為其M-M截面圖；

圖3為其N-N截面圖；

圖4為滴水法進行加速電腐蝕實驗的原理圖；

圖5為一些實施例滴水法加速電腐蝕實驗後形成的電腐蝕區域的狀態圖；

圖6為該發明一實施例直流瓷絕緣子的結構示意圖；

圖7為圖6中J部的放大圖；

圖8為圖6中K部的放大圖。

權利要求

1.一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環，其特徵在於：所述鋅環為半周厚、另半周薄且厚薄交界處平滑過渡的圓環，鋅環厚半周的截面呈異形，該異形截面的輪廓由第一直線部（AI）、從第一直線部外端向外同時向上逐漸延伸形成的第一弧線部（IH）、從第一弧線部上端向下同時向外逐漸延伸形成的第二弧線部（HD）、與第一直線部相對且中部向下突出的V形折線部（GCF）、連線V形折線部內端和第一直線部內端的第二直線部（GA）、以及連線V形折線部外端和第二弧線部下端的第三直線部（FD）組成；鋅環薄半周的截面與厚半周的截面形狀相同且寬度及厚度不相等。

2.根據權利要求1所述的V型串直流瓷絕緣子用鋅環，其特徵在於：鋅環厚半周的截面的所述第一直線部（AI）的內端與第二弧線部（HD）的下端之間的距離等於加速電腐蝕試驗測得的電腐蝕區域寬度，鋅環厚半周的截面的所述V形折線部（GCF）的彎折部（C）到第一直線部的距離等於加速電腐蝕試驗測得的電腐蝕區域深度。

3.根據權利要求2所述的V型串直流瓷絕緣子用鋅環，其特徵在於：所述電腐蝕區域寬度為23毫米，所述電腐蝕區域深度為8毫米；鋅環薄半周的截面的第四直線部（A’I’）的內端與第五弧線部（H’D’）的下端之間的距離等於7 毫米，鋅環薄半周的截面的V形折線部（G’C’F’）的彎折部（C’）到第四直線部的距離等於3毫米。

4. 根據權利要求1所述的V型串直流瓷絕緣子用鋅環，其特徵在於：所述第二弧線部（HD）與所述第三直線部（FD）的結合部、以及所述V形折線部（GCF）與所述第三直線部（FD）的結合部採用圓弧過渡；所述第一直線部（AI）的內端設定有第三弧線部。

5.權利要求1至4任意一項所述鋅環的套用，其特徵在於：在V型串直流瓷絕緣子鐵帽（1）和瓷件（2）間的縫隙內於鐵帽（1）的表面包覆所述鋅環（3），且鋅環的厚半周與球窩的開口（6）位於同一側，鋅環截面的所述第一直線部（AI）和第一弧線部（IH）分別與鐵帽下端的內半部和外半部貼合，V形折線部（GCF）的彎折部（C）即為V型串直流瓷絕緣子的滴水檐處。

6.根據權利要求5所述的鋅環的套用，其特徵在於：鋅環截面的所述V形折線部（GCF和G’C’F’）的內半段（GC和G’C’）與瓷件（5）之間設定密封件（4）。

7.根據權利要求5所述的鋅環的套用，其特徵在於：所述密封件的截面呈楔形，所述密封件採用矽橡膠製成。

實施方式

圖1-3示意性地表示了一實施例V型串直流瓷絕緣子用鋅環的結構。如圖1-3所示，該V型串直流瓷絕緣子用鋅環是一種半周厚、另半周環薄且厚薄交界處平滑過渡的圓環，而且鋅環厚半周的截面（見圖2）和薄半周（見圖3）的截面均為異形截面，二個截面的形狀相同，但寬度及厚度不同。

如圖2所示，鋅環厚半周的截面呈異形，該異形截面的輪廓由第一直線部AI、從第一直線部AI外端（即I端）向外同時向上逐漸延伸形成的第一弧線部IH、從第一弧線部IH上端向下同時向外逐漸延伸形成的第二弧線部HD、與第一直線部AI相對且中部向下突出的V形折線部GCF、連線V形折線部GCF內端（即G端）和第一直線部AI內端的第二直線部GA、以及連線V形折線部GCF外端和第二弧線部HD下端的第三直線部FD組成。

如圖3所示，鋅環薄半周的截面也呈異形，該異形截面的輪廓由第四直線部A’I’、從第四直線部A’I’外端（即I’端）向外同時向上逐漸延伸形成的第四弧線部I’H’、從第四弧線部I’H’上端向下同時向外逐漸延伸形成的第五弧線部H’D’、與第四直線部A’I’相對且中部向下突出的V形折線部G’C’F’、連線V形折線部G’C’F’內端（即G’端）和第四直線部A’I’內端的第五直線部G’A’、以及連線V形折線部G’C’F’外端和第五弧線部H’D’下端的第六直線部F’D’組成。

發明人提出了鋅環的尺寸基於試驗結果進行設計。通過加速電腐蝕試驗測得各種等級（如能夠使用三十年、五十年等）下的電腐蝕區域的尺寸參數，然後根據該試驗測量值對鋅環的尺寸進行設計，從而製造出能夠套用於不同等級的鋅環。具體地，可以設計為：第一直線部AI的內端與第二弧線部HD的下端之間的距離（即圖2中AD兩點間的距離）等於加速電腐蝕試驗測得的電腐蝕區域寬度，V形折線部GCF的彎折部C到第一直線部AI的距離等於加速電腐蝕試驗測得的電腐蝕區域深度。

在一些實施例中，等級採用能夠使用三十年。如圖4所示，採用滴水法進行加速電腐蝕實驗，方法為：將設定有試驗鋅環的直流瓷絕緣子按直流瓷絕緣子實際使用時的角度（如，與水平面夾角為76°）傾斜懸掛，將直流瓷絕緣子的鋼腳和鐵帽分別接直流電源負極和地，並在直流瓷絕緣子的瓷件表面設定銅片，銅片與鋼腳連線；調節滴至直流瓷絕緣子的鐵帽與瓷件縫隙處的水流的流速（調節範圍1～15升/小時），使得該水流連線鐵帽和銅片形成迴路，模擬現場電腐蝕過程中的泄漏電流通路，接通電源開關，加壓試驗。通過調節統計泄漏電荷量來衡量等級，如三十年的泄漏總量約為81000C。試驗鋅環的尺寸為初步設計，並無設計依據，僅為獲得電腐蝕區域的尺寸參數，以便於進一步設計鋅環的尺寸。圖5示出了一些實施例滴水法加速電腐蝕實驗後的結果，其中，51表示試驗鋅環，52表示試品直流瓷絕緣子的鐵帽，53表示試品上形成的電腐蝕區域，59表示試驗密封件，經測量，電腐蝕區域53的參數如表1所示，其中，電腐蝕區域深度58為鐵帽損失區域和鋅環損失區域的深度之和。

表1

鐵帽損失區域			鋅環損失區域			電腐蝕角度
長度54	寬度56	深度	長度55	寬度57	深度
22.5毫米	14.2毫米	2.2毫米	182.5毫米	23.0毫米	5.8毫米	27.3°

可見，由上述實施測得電腐蝕區域53的寬度為23毫米，電腐蝕區域深度為8毫米（2.2 毫米+5.8 毫米）。

基於上述實施結果，將V型串直流瓷絕緣子用鋅環的截面設計為：使第一直線部AI的內端與第二弧線部HD的下端之間的距離（即圖2中AD兩點間的距離）等於23毫米，V形折線部GCF的彎折部C到第一直線部AI的距離等於8毫米。並且，使第四直線部A’I’的內端與第五弧線部H’D’的下端之間的距離（即圖3中A’D’兩點間的距離）等於7毫米，V形折線部G’C’F’的彎折部C’到第四直線部A’I’的距離等於3毫米。

上述實施例中，為了使水滴下流更順暢，在第二弧線部HD與第三直線部FD的結合部、V形折線部GCF與第三直線部FD的結合部、第五弧線部H’D’與第六直線部F’D’的結合部、以及V形折線部G’C’F’與第六直線部F’D’的結合部均採用圓弧過渡。並且，為了使鋅環能夠與鐵帽相應位置更好的匹配，在第一直線部AI的內端（即A端）設定有第三弧線部，在第四直線部A’I’的內端（即A’端）設定有第六弧線部。

上述鋅環結構簡單、安全可靠，既能有效地抑制V型串直流串瓷絕緣子鐵帽電腐蝕問題，又能節約鋅材料的用量，降低成本。可廣泛套用於超特高壓直流輸電線路V型串直流瓷絕緣子鐵帽電解腐蝕的防護，提高輸電線路的運行安全性。

以下結合圖6-圖8說明該鋅環的套用方法。

圖6-圖8示出了一種設定上述鋅環的直流瓷絕緣子的結構，該直流瓷絕緣子使用時以V型串聯懸掛。如圖6所示，該直流瓷絕緣子包括鐵帽1、瓷件5和鋼腳（圖中未示出），鐵帽1下端與瓷件5表面之間形成有縫隙，鐵帽1上端設定有球窩，球窩的開口6朝向鐵帽的左側，其中，在所述縫隙內於鐵帽1的表面包覆有鋅環3，且鋅環3的厚半周位於左側，即，與球窩的開口6位於同一側，鋅環3截面的第一直線部AI和第一弧線部IH分別與鐵帽1下端的內半部和外半部貼合， V形折線部GCF的彎折部C即為直流瓷絕緣子的滴水檐。

並且，在鋅環3截面的V形折線部GCF和G’C’F’的內半段GC和G’C’與瓷件5之間設定密封件4。該密封件4一方面能夠防止液體從鋅環3處向內滲入；另一個作用是：將鋅環3抬高，這樣當瓷件5的傘面上液體較薄時，密封件4還能起到隔離金屬（鐵帽1和鋅環3）與傘面上的液體接觸，從而避免形成泄漏電流通路，阻止發生電解腐蝕。

為達到更好的密封效果，密封件4最好採用截面呈楔形的環狀密封件，以使其能夠與瓷件5的傘面緊密貼合，而且最好採用矽橡膠製造，使之具有一定的彈性。密封件4左半周和右半周的寬度不同，分別與對應的鋅環3的厚半周和薄半周相適配，採用整體成型，左半周和右半周沒有連線縫隙，其厚度略大於鋅環3與瓷件5表面之間的距離，且具有一定的彈性，這樣，安裝後，鋅環3與密封件4能緊密咬合，可以最大限度地提高鋅環3保護作用的有效性。

將上述直流瓷絕緣子套用於特高壓直流輸電線路中，以V型串聯懸掛，能夠非常有效地防止直流瓷絕緣子的鐵基電腐蝕。懸掛時，球窩的開口6朝下。

榮譽表彰

2020年11月，《一種V型串直流瓷絕緣子用鋅環及其套用》獲得第六屆廣東專利獎銀獎。