专利名称：一种用于电气试验的大型多功能环境模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种环境模拟装置，特别是关于一种用于电气试验的大型多功能环境 模拟装置。
背景技术：
在工农业迅速发展的同时，大气环境的污染也随之加剧。复杂的气象和污染的环 境会使绝缘子的电气强度明显下降，造成绝缘子串的闪络，进而导致大规模停电事故。此外 由于电力需求不断增大，特高压输电成为提升我国电网输送能力的重要手段，而特高压线 路对可靠性的要求要高于高压线路。在特高压状态下，绝缘子在不同环境中的染污放电问 题对电力系统的设计、安全运行和发展非常重要，这也是选择外绝缘水平的重要考量因素， 因此，有必要针对该问题进行深入研究，提高复杂气象条件下绝缘子的电气强度和高海拔 地区特高压输电线路运行的安全。目前，为了研究污秽绝缘子的闪络特性，国内外不仅对输电线路的运行状况进行 了长期的调查分析，还从试验的角度对绝缘子在污秽状态下的闪络电压或耐受电压与污秽 度、气压等之间的关系进行了长期的研究，分析了影响污秽绝缘子闪络特性的因素。然而， 目前国内外的环境模拟实验设备主要是针对单一气象条件进行模拟，尽管有一些综合环境 模拟实验装置，但这些装置对复杂气象条件的模拟也不够全面。例如现有技术所公开的一 种多功能人工气候室系统，虽然可以人工模拟高海拔、覆冰、污秽等气象条件，但缺少独立 的融冰系统，其仅依靠实验室的温度控制系统来实现融冰，不仅能耗大、成本高，且不易控 制融冰速度。另外，目前国内研制的用于电气实验的人工气候罐体积较�。薹愣猿� 压、特高压绝缘子和大型绝缘子串闪络特性的研究。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种集多种环境模拟系统于一体，能够满足 对超、特高压大型绝缘子闪络特性进行研究的用于电气试验的大型多功能环境模拟装置。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种用于电气试验的大型多功能环 境模拟装置，它包括一环境模拟舱，其特征在于所述环境模拟舱内设置有一空气换热循环 系统和一融冰系统，所述环境模拟舱还包括一覆冰淋雨及超声波雾化系统、一水处理系统、 一热雾系统、一冷却水循环系统、一制冷系统、一抽真空及排雾系统、一测控系统和一为试 件提供高压带电状态的特高压电源系统；所述空气换热循环系统包括设置在所述环境模拟 舱紧贴内壁处的两风道，所述两风道的下方分别设置一回风口，所述两风道的上方连接一 送风孔板，所述送风孔板上均勻设置有若干送风孔，所述两风道的内下部分别设置一冷风 机组；所述融冰系统包括间隔设置在所述环境模拟舱内壁的至少两组的热辐射灯；所述淋 雨覆冰及超声波雾化系统包括设置在所述环境模拟舱外部、并联的三个储水箱，所述三个 储水箱的进水端连接所述水处理系统的出水管道，出水端连接一恒温水箱，所述恒温水箱 连接一水泵机组，所述水泵机组出来的管路并列连接一淋雨管道、一冷雾管道和一覆冰用水管道，所述淋雨管道的另一端连接到设置在所述环境模拟舱内部的雨排上，所述冷雾管道的另一端连接在所述环境模拟舱内壁间隔设置的冷雾喷嘴上，所述覆冰用水管道的另一 端连接在所述环境模拟舱内壁设置的喷嘴阵列上；所述水处理系统的出水管路连接所述覆 冰淋雨及超声波雾化系统和热雾系统；所述冷却水循环系统的管路连接所述制冷系统和抽 真空及排雾系统；所述测控系统通过网络与各系统进行参数传递和数据交换，以控制所述 空气换热循环系统、融冰系统、覆冰淋雨及超声波雾化系统、水处理系统、热雾系统、冷却水 循环系统、制冷系统和抽真空及排雾系统的动作。所述空气换热循环系统中的所述两冷风机组的上方分别设置一调温电加热器。所述融冰系统中的各个所述热辐射灯后方分别设置有一对光线进行汇聚的旋转抛物面式灯罩，各个所述热辐射灯组分别连接一调节电加热功率的装置。所述淋雨覆冰及超声波雾化系统中的所述三个储水箱的左、右两侧分别设置有一手动调节阀；所述恒温水箱内设置有一冷却盘管，所述恒温水箱外部设置有一电加热器，所 述电加热器连接所述恒温水箱内的一加热盘管；所述冷却盘管的两端分别连接一小型制冷 机组的出水管路和进水管路，所述出水管路和进水管路之间设置一气动调节阀，所述小型 制冷机组分别与一机组冷凝器和一油冷却器连通；所述机组冷凝器和油冷却器的进水口连 接所述冷却水循环系统的出水管路，所述机组冷凝器和油冷却器的出水口连接所述冷却水 循环系统的回水管路；所述淋雨管道和冷雾管道上分别串联连接一气动调节阀；所述覆冰 用水管道上串联连接一电动调节阀；所述喷嘴阵列的背面相应安装有多个垂直排列的轴流 风机。所述水处理系统包括一水处理设备，所述水处理设备连接一进水管道，所述水处理设备的出口端连接两条出水管道，其中一所述出水管道上通过一手动调节阀连接所述热 雾系统，另一条所述出水管道的另一端连接所述覆冰淋雨及超声波雾化系统。所述热雾系统包括设置在所述环境模拟舱外部两并联的电热蒸汽锅炉，所述两电热蒸汽锅炉的一端连接所述水处理系统中的出水管道，另一端连接所述热雾管道，所述热 雾管道上依次串联一真空表和一气动调节阀，最后连接到设置在所述环境模拟舱内的热雾 喷口上。所述冷却水循环系统包括一冷却塔，所述冷却塔上分别设置有回水管道和冷却水管道，其中一所述冷却水管道经过一电子水处理器并列连接三个冷却水泵，所述三个冷却 水泵的另一端连接两条出水管路。所述制冷系统包括两螺杆压缩冷凝机，所述两冷凝机分别与一水冷式冷凝器和一水冷式油冷却器连通，所述冷凝器和油冷却器的输入端连接所述冷却水循环系统中的出水 管路，所述冷凝器和油冷却器的输出端连接所述冷却水循环系统中的回水管路，所述两冷 凝机的出口端分别与一汽液分离器形成循环管路，两所述汽液分离器的输出端连接一制冷 剂流出管路，输入端连接两条制冷蒸汽流入管路。所述抽真空及排雾系统主要由三台主抽泵及一台维持泵并列连接而成，所述三台主抽泵和一台维持泵共同通过一抽气管道与所述环境模拟舱连通；所述抽气管道上设置一 真空调节阀，所述真空调节阀前面并联连接一排雾管道，所述排雾管道上依次设置有一电 动调节阀和一排雾风机；所述真空调节阀另一端并联连接一调节阀、所述三台主抽泵和一 台维持泵，所述三台主抽泵和一台维持泵的前端分别依次串联一止回阀和一气动调节阀；所述三台主抽泵和一台维持泵还分别与一排空管道及所述冷却水循环系统中的冷却水管 道和回水管道连通。所述测控系统包括一主控�？椋骺啬？榱右唤缑婀芾砟？�、一实时控制�？�、 一数据管理�？�、一任务管理�？�、一实时监控�？楹鸵挥布芾砟？椋簧柚迷诟鞲龇窒低� 温度传感器、真空度传感器和水流传感器将采集到的数据信息传送给所述实时监控�？楹� 实时控制�？椋鍪凳笨刂颇？榻萁写碜唬直鸫透鍪莨芾砟？楹� 主控模块，通过所述界面管理�？榻腥嘶换ィ瓿傻娜挝裢ü鲋骺啬？榇� 送给任务管理�？椤Ｋ霾饪叵低郴拱ㄒ患嗫叵低常黾嗫叵低嘲ㄈ舾勺阆裢�。在所述环境模拟舱的大舱门正上方设置有一紧急复压系统，紧急复压系统包括一 快开复压阀，所述快开复压阀连接有一过滤器；在所述环境模拟舱的外部设置有一手动放 气阀；在所述环境模拟舱的外部还设置有两机械压力表。所述环境模拟舱中部为一圆柱型直筒，罐体体上、下端均为球冠型封头，罐体地面 高度上分别设置有一大舱门和一小舱门。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明包括环境模拟舱、空气 换热循环系统、冷却水循环系统、制冷系统、抽真空及排雾系统、水处理系统、热雾系统、覆 冰淋雨及超声波雾化系统、融冰系统等，这些系统相互配合作用，使环境模拟舱集高海拔、 覆冰、污秽、下雨等多种环境模拟实验功能于一体，可适应大型化、多参数环境模拟试验的 要求，是目前世界上最大的污秽_覆冰_淋雨_低气压多功能污秽及环境试验室。2、本发 明在环境模拟舱内设置有空气换热循环系统，空气换热循环系统中的两冷风机组可将环境 模拟舱内的空气分别经由两回风口抽入到两风道中，并对空气进行冷却，并通过调节调温 电加热器的加热功率来对空气温度进行控制，处理后的冷空气向上进入稳压层，然后又通 过送风孔板上均勻设置的送风口，由上至下进入环境模拟舱内，实现了环境模拟舱内的空 气换热循环，并且可使冷风温度均勻，送风气流均勻。3、本发明在环境模拟舱的外部设置 有冷却水循环系统，经冷却水循环系统冷却后的水可以为淋雨覆冰及超声波雾化系统和制 冷系统提供冷却用水。4、本发明在环境模拟舱体的外部设置有制冷系统，经过制冷系统处 理后的低温低压制冷剂液体经过管道通往环境模拟舱内的冷风机组，换热后，变为汽液混 合物通过管道流入两汽液分离器，进行气液分离，制冷剂蒸汽在压缩机内被压缩，压力升高 后，进入冷凝器，高温高压的制冷剂蒸汽在冷凝器内被冷却凝结为高压的制冷剂液体，制冷 剂液体再通过螺杆压缩冷凝机的膨胀阀降低压力，成为低温低压制冷剂液体，实现制冷过 程。5、本发明在环境模拟舱的外部设置有抽真空及排雾系统，通过抽真空及排雾系统可以 调节环境模拟舱内的气压，模拟试验所需的高海拔低气压环境，并可以解决热雾在环境模 拟舱的罐体上部不易排放的问题。6、本发明在环境模拟舱的外部设置有水处理系统，水处 理系统可以为覆冰淋雨及超声波雾化系统提供电导率小于lOys/cm的去离子水及软化 水，并为热雾系统提供软化水。7、本发明在环境模拟舱的外部设置有热雾系统，热雾系统可 以为绝缘子污秽试验提供饱和水蒸气，即热雾，提供了热雾的试验环境。8、本发明在环境模 拟舱的外部及内部设置有淋雨覆冰及超声波雾化系统，淋雨覆冰及超声波雾化系统可以为 高压、特高压输电设备的淋雨试验模拟淋雨现象，为绝缘子人工覆冰闪络试验提供需要的 超声波微雾并实现试件表面覆冰状态，且可模拟自然界刮风情况下的覆冰过程。9、本发明在环境模拟舱的内部设置有融冰系统，融冰系统采用辐射加热的方法进行融冰，只需要对 试件进行局部加热即可完成融冰，无需为了融冰而使整个模拟舱内的温度回升到0°C以上， 因此非常节能，运行成本低，从融冰试验到下一组覆冰试验无需经过漫长的降温过程，并且 采用非接触融冰技术实现加热，不在绝缘子试件周围形成任何气流；通过调压或调功装置 可调整系统加热功率，易于控制。本发明系统之间配合巧妙，并且通过测控系统统一操作管 理，集高海拔、覆冰、污秽、下雨等多种环境模拟实验功能于一体，可广泛适应于大型化、多 参数环境模拟试验的过程中。
图1是本发明结构示意图
图2是本发明环境模拟舱外部示意图
图3是本发明空气换热循环系统示意图
图4是本发明冷却水循环系统和制冷系统示意图
图5是本发明抽真空及排雾系统示意图
图6是本发明环境模拟舱和抽真空及排雾系统的关系示意图
图7是本发明水处理系统、热雾系统和覆冰淋雨及超声波雾化系统示意图
图8是本发明融冰系统俯视示意图
图9是本发明融冰系统和环境模拟舱的关系示意图
图10是本发明环境模拟舱俯视示意图
图11是本发明测控系统示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明包括一环境模拟舱1、一空气换热循环系统2、一冷却水循环系 统3、一制冷系统4、一抽真空及排雾系统5、一水处理系统6、一热雾系统7、一覆冰淋雨及 超声波雾化系统8、一融冰系统9、一紧急复压系统10、一测控系统11和一特高压电源系统 13。试验过程中，环境模拟舱1内挂设一绝缘子试件14，绝缘子试件14通过特高压电源系 统13提供高电压。如图2所示，环境模拟舱1为一大型罐体，其包括一舱体，舱体的中部为一圆柱型 直筒，舱体的上端为向上方凸起的球冠型封头，下端略向舱体内凸起。舱体内的下部设置有 一地板，舱体地面高度上分别设置有一大舱门15和一小舱门16，大舱门15和小舱门16之 间的夹角大约是45°。环境模拟舱由16MnR钢材及碳钢加强筋加工制造而成，耐低温低气 压，舱体内径为022000mm，直筒段高25000mm，舱体总高约32373mm。大舱门15的有效尺 寸为3000mmX 3800mm，小舱门16的有效尺寸为1800mmX 2000mm，大舱门15和小舱门16采 用钢材焊接而成，并采用“0”型氟橡胶密封圈对大、小舱门14、15的法兰进行密封，以保证 舱体的密闭和保温性能。为了达到制冷过程中保温的效果，防止冷桥现象的产生，整个舱体 外表面还喷涂有保温材料。如图3所示，空气换热循环系统2包括设置在环境模拟舱1内壁上、两竖直相对着 的冷风风道21，冷风风道21与环境模拟舱1的顶、底两端之间均留有间隙。一送风孔板22，设置在试验舱1内的顶部，其上均勻布满孔眼，送风孔板22与两冷风风道21的上方端口连 接，在送风孔板22与环境模拟舱1的顶壁之间形成一顶部风道23，两冷风风道21与顶部风 道23连通。两冷风风道21的下端口内分别设置有一冷风机24，两冷风机24可以分别对两冷风风道21中的气流进行冷却，并且为气流循环提供动力，两冷风机组24的上方分别设 置一调温电加热器25，两冷风风道21的下方与环境模拟舱1内下壁之间形成两送风口 26。 调温电加热器25用于调节环境模拟舱1内的温度，环境模拟舱1内设置有温度传感器，温 度传感器将采集到的数输送给测控系统11，由测控系统11进行存储、状态判断，然后既可 以通过手动调节电加热器25的输出功率进行温度调节，也可以根据试验温度的设定值自 动调节电加热器25的输出功率，实现对温度控制的自动控制。试验过程中，环境模拟舱1内的空气在冷风机24的作用下，从送风口 26被抽入冷 风风道21，并沿冷风风道21向上流动，进入送风孔板22上方的顶部风道23中，然后通过送 风孔板22上的送风孔，自上而下流过绝缘子试件14的周围，对其周围环境进行冷却。当气 流流到试验舱1的底部时，又从两回风口 26被两冷风机24抽入并经调温电加热器25调节 温度后，进入冷风风道21中循环流动。这种循环冷却方法对大型试验舱非常有效，能够有 效避免绝缘子试件14周围形成温度不均勻的气流，可使试验舱内各位置的温度均勻，且使 绝缘子试件14自上至下温度差较�。话悴淮笥�1°C。如图4所示，冷却水循环系统3设置在环境模拟舱1的外部，其包括一冷却塔31， 冷却塔31上分别设置有回水管道32和冷却水管道33，其中一冷却水管道33经过一电子水 处理器34，并列连接三个冷却水泵35，三个冷却水泵35的另一端连接出水管路36和出水 管路37，出水管路36负责为淋雨覆冰及超声波雾化系统8提供冷却用水，出水管路37负责 为制冷系统4提供冷却水。冷却水循环系统提供的冷却水从制冷系统4和抽真空及排雾系 统5带走热量，通过回水管道32进入冷却塔31，冷却塔31是一种将水冷却的装置，温度较 高的水自上而下流经冷却塔31的散热片，塔顶两台风机转动使空气强行通过散热片，从而 使水温降低，形成循环，以保证上述系统正常运行所必需的热交换过程。如图4所示，制冷系统4设置在环境模拟舱体1的外部，其包括两螺杆压缩冷凝机 41，两冷凝机41的制冷端分别连接一水冷式冷凝器42和水冷式油冷却器43，冷凝器42和 油冷却器43的进水口连接冷却水循环系统3的出水管路37，出水管路37为冷凝器42和水 冷式油冷却器43提供冷却水，冷凝器42和油冷却器43的回水口连接回水管路32，用过的 冷却水通过回水管路32流入冷却水循环系统3中。两冷凝机41的输出端分别与一汽液分 离器44形成循环回路，两汽液分离器44的输出端连接制一冷剂流出管路45，两汽液分离 器44的输入端连接两条制冷蒸汽流入管路46、47。制冷系统4的制冷过程为低温低压制 冷剂液体经过管道45通往环境模拟舱1内的冷风机组24，在冷风机组24的蒸发排营内，制 冷剂吸收空气的热量并气化后，制冷剂汽液混合物通过管道45、47流入两汽液分离器44， 进行气液分离后，制冷剂蒸汽被吸入螺杆压缩冷凝机41的压缩机，制冷剂蒸汽在压缩机内 被压缩，压力升高后，进入冷凝器42，高温高压的制冷剂蒸汽在冷凝器42内被冷却凝结为 高压的制冷剂液体，制冷剂液体再通过螺杆压缩冷凝机41的膨胀阀降低压力，成为低温低 压制冷剂液体，实现制冷过程。制冷过程中，通过设置在环境模拟舱体1内部的传感器将采 集到的数据和参数传递给测控系统11，由测控系统11对每台压缩冷凝机41的运行进行控 制，当压缩冷凝机41的排气压力超高或油温超高等时，可以进行停机保护等安全措施。
上述实施例中，两螺杆压缩冷凝机41的型号分别是NJLGF290D和NJLGF580D，并配 套八台LLAF-580冷风机。如图5所示，抽真空及排雾系统5设置在环境模拟舱1的外部，负责调节环境模拟 舱1内的气压，模拟试验所需的高海拔低气压环境，并负责解决热雾在环境模拟舱1的罐体 上部不易排放的问题。抽真空及排雾系统5主要由三台主抽泵51及一台维持泵52并列连 接而成，并通过一抽气管道53与环境模拟舱1连通。抽气管道53上设置一真空调节阀54， 真空调节阀54为抽气主管道的阀门，一般为全开状态，通过调节开度可调节抽气速率。在 真空调节阀54前端还并联连接一排雾管道55，排雾管道55上依次设置有一电动调节阀56 和一排雾风机57，用于模拟环境模拟舱1内的排雾。真空调节阀54另一端并联连接一调节 阀58、三台主抽泵51和一维持泵52，在环境模拟舱1内的气压达到设定值时，调节阀58的 阀门自动打开并调整开度，和维持泵52配合调节环境模拟舱1内的气压，使气压稳定。三 台主抽泵51和一台维持泵52的前端分别依次串联一止回阀59和一气动调节阀510，以调 节气流量、切断或接通管路。三台主抽泵51和一台维持泵52还分别与一排空管道511及 冷却水循环系统3中的冷却水管道33和回水管道32连通。在环境模拟舱1内设置有一真 空度传感器，真空度传感器将采集到的数据传送给测控系统11，由测控系统11进行判断， 然后可以通过手动或自动控制真空调节阀54来实现真空度的调节。抽真空及排雾系统5中的抽真空系统的工作原理为先将环境模拟舱1密闭，再开 启制冷系统4，使制冷系统4工作。当环境模拟舱1达到设定的温度后，关闭制冷系统4，开 启抽真空及排雾系统5中的抽真空系统，为环境模拟舱1抽真空。由于环境模拟舱1是密 封的，制冷系统4在工作时，只会影响环境模拟舱1内空气的温度，而不会有质量交换，因此 通过控制抽真空系统的抽气量，即向环境模拟舱1外的排气量，即可实现不同气压下的低 温模拟环境。上述过程只能先开启制冷系统4在开启抽真空系统，因为如果先开启抽真空 系统，再开启制冷系统4，则在真空状态下，环境模拟舱1内空气稀�。攘拷换徊睿贾轮� 冷系统4工作能力下降。如图5、图6所示，抽真空及排雾系统5中的排雾系统的工作原理为环境模拟舱 1需要排雾时，先关闭主抽泵51和维持泵52及真空调节阀54，然后打开设置在环境模拟舱 1外的一快开复压阀17，待环境模拟舱1内达到一个大气压后，雾气经电动调节阀56，由排 雾风机57引出。上述实施例中，三台主抽泵为CBF430水环真空泵，维持泵为CBF360水环真空泵。上述实施例中，在环境模拟舱1的外部还设置有一手动放气阀512，手动放气阀 512可以对环境模拟舱1进行手动复压。上述实施例中，在环境模拟舱1的外部还设置有两机械压力表513，用于观测环境 模拟舱1内的压力值。上述实施例中，环境模拟舱1内的试验参数调节是通过控制分别与三台主抽泵51 和一台维持泵52串联的气动调节阀510来实现的。如图7所示，水处理系统6设置在环境模拟舱1的外部，负责为覆冰淋雨及超声波 雾化系统8提供电导率小于10 u s/cm的去离子水及软化水，并为热雾系统7提供软化水。 水处理系统6包括一水处理设备61，水处理设备61通过一进水管道62进水，水处理设备 61的出水端连接两个出水管道63、64。其中一出水管道63通过一手动调节阀65连接热雾系统7，为热雾系统7提供制备热雾所需的软化水。另一出水管道64连接覆冰淋雨及超声 波雾化系统8，为超声波雾化系统8提供试验用水。水处理系统6的工作流程为首先对原 水进行预处理，采用机械过滤器和活性炭过滤器进行初步处理，以除去水中的颗粒物、余氯 胶体、部分有机物及部分高价金属离子、臭味、色度等；后续处理设备依次有软水器、活性炭 过滤器、保安过滤器、给水泵、一级反渗透给水泵和二级反渗透及紫外线消毒。如图7所示，热雾系统7包括设置在环境模拟舱1外部的两并联的电热蒸汽锅炉 71，两电热蒸汽锅炉71的一端连接水处理系统6中的出水管道63，另一端连接热雾管道 72，热雾管道72上依次串联一真空表73和一气动调节阀74，再连接到环境模拟舱1内的两 排环形管道内设置的热雾喷口 75上。热雾系统7负责为绝缘子污秽试验提供饱和水蒸汽， 即热雾，其工作原理为水处理系统6提供的软化水经出水管道63进入两电热蒸汽锅炉71 后受热，产生饱和水蒸汽，水蒸汽经热雾管道72及气动调节阀74分上、下两路，进入环境模 拟舱1的圆柱段中底部的两排贴壁的环形管道内，并从环形管道上均勻开口的热雾喷口 75 喷出。热雾的流量控制通过反馈回路控制热雾管道72上的气动调节阀74实现。如图7所示，淋雨覆冰及超声波雾化系统8包括设置在环境模拟舱1外部的三个 并联的储水箱81，其中一储水箱81是负责提供冷雾试验用水的水箱，另外两储水箱81是 供覆冰、淋雨配比盐分用的水箱。三个并联的储水箱81的两端都分别设置有一手动调节阀 82，三个储水箱81的进水端连接水处理系统6的出水管道64，出水端连接一恒温水箱83， 恒温水箱83内设置有冷却盘管84，恒温水箱83外部设置有一电加热器85，电加热器85连 接恒温水箱83内的一加热盘管851。恒温水箱83内的水温是通过冷却盘管84和电加热器 85连接的盘管来控制的。冷却盘管84的两端分别连接一小型制冷机组86的出水管路87 和进水管路88，出水管路87和进水管路88之间设置一气动调节阀89。小型制冷机组86 上设置有一机组冷凝器810和一油冷却器811，机组冷凝器810和油冷却器811的进水口 连接冷却水循环系统3的出水管路36，通过出水管路36为机组冷凝器810和油冷却器811 提供冷却水；机组冷凝器810和油冷却器811的出水口连接冷却水循环系统3的回水管路 32。恒温水箱83通过一管路连接一可控制压力的水泵机组812，水泵机组812出来的管路 并列连接一淋雨管道813、一冷雾管道814和一覆冰用水管道815，其中淋雨管道813和冷 雾管道814上分别串联连接着一调节流量的气动调节阀816。覆冰用水管道815上串联连 接一用来调节覆冰过程喷出的冷水流量的电动调节阀817。在环境模拟舱1内还设置有水 流传感器，水流传感器将水流速度的数据传送给测控系统11，由测控系统11控制电动调节 阀816、817。淋雨管道813的另一端通过软管连接到设置在环境模拟舱1内部的雨排818 上。冷雾管道814的另一端连接在环境模拟舱1内壁间隔设置的两排冷雾喷嘴819上。覆 冰用水管道815的另一端连接在环境模拟舱1内壁设置的喷嘴阵列820上，喷嘴阵列820 的背面相应安装有多个垂直排列的轴流风机821。淋雨覆冰及超声波雾化系统8负责为高压、特高压输电设备的淋雨试验模拟淋雨 现象，为绝缘子人工覆冰闪络试验提供需要的超声波微雾并实现试件表面覆冰状态，且可 模拟自然界刮风情况下的覆冰过程。利用该淋雨覆冰及超声波雾化系统8进行人工污秽 试验时，经水处理设备61处理后的去离子水经过出水管道64进入负责提供冷雾试验用水 的储水箱81中，按试验要求配比为一定浓度的溶液后，进入恒温水箱83，在恒温水箱83中 调节到要求的温度后，流入冷雾管路814，最后从冷雾喷嘴819中喷出，冷雾供水的温度在25°C 60°C之间可调。在进行人工覆冰闪络试验时，制冷系统4将环境模拟舱1内的温度降 到设定温度后，启动淋雨覆冰系统，系统用水由供覆冰、淋雨配比盐分用的储水箱81引至 恒温水箱83中，并通过冷却盘管84将水温调节到0°C 3°C，再送入覆冰用水管道815，最 后输送至喷嘴阵列820，喷嘴阵列820在10米以外将水射向环境模拟舱1中心的绝缘子试 件14，系统采用时间间隔可调的间断式喷淋方式，达到在绝缘子试件14表面覆冰的目的。 喷嘴阵列820背面的安装轴流风机821，不仅可以利用风机送风，加大喷嘴射程，而且轴流 风机821可在绝缘子试件14周围产生横向气流，用于模拟自然风情况下的覆冰过程。为防 止覆冰用水管道815及喷嘴阵列820的冻裂，可以在覆冰用水管道815及喷嘴阵列820中 的喷嘴表面贴附电加热带。喷嘴阵列820上的喷头可以采用GB775. 2_87《绝缘子试验方法 第2部分电气试验方法》推荐的毛细管式喷嘴III，在水压为4bar时，喷水长度可达11m。如图8、图9所示，融冰系统9负责模拟覆冰闪络试验的融冰现象，其包括设置在环 境模拟舱1内壁，均勻间隔的至少两组大功率热辐射灯组91，各大功率热辐射灯组91从三 个方向对绝缘子试件14进行照射。大功率热辐射灯组91中的热辐射灯采用高压氙灯或红 外灯作为光源，各个热辐射灯后方分别设置有一对光线进行汇聚的旋转抛物面式灯罩。各 个热辐射灯组91分别电连接一调压或调功装置(图中未示出)。融冰系统9采用辐射加热 的方法，通过调节热辐射灯组和抛物面灯罩的相对位置来控制照射到试件上的光斑大�。� 通过调压或调功装置来调节加热功率。整个融冰过程只需对绝缘子试件14进行局部加热 即可完成，不需要将整个环境模拟舱1内的温度都回升到0°C以上，既节能又降低了运行成 本，并且易于控制。如图10所示，紧急复压系统10包括快开复压阀17，快开复压阀17的接口安装在 环境模拟舱1大舱门15的正上方，距地面9m处，采用 350mm 口径的电动蝶阀，属于通过 小孔放气。紧急复压系统10负责防止由环境模拟舱1内外压差引起的意外，以及低气压下 污秽试验后环境模拟舱1的复压。工作过程中，紧急复压系统10根据设定的安全压差，通 过数显仪表及测控系统11给快开复压阀17 —个电信号，即可迅速打开快开复压阀17进行 放气，快开复压阀17连接有一过滤器18，用于过滤进入环境模拟舱1内的空气中的杂质。如图11所示，测控系统11采用集中控制与分散控制相结合的方式，主要由中央控 制台和控制各分系统的电控制柜组成，中央控制台通过各电控制柜对各分系统进行实时监 控，各电控制柜用于各分系统的设备控制及测量显示主要状态参数。各独立的电控制柜以 PLC为核心，除具有自动控制功能外，还能实现现场手动按钮控制泵及阀门的启停、开关等 功能。测控系统11中还设置有各种联锁机构，能够降低故障及误操作造成的设备损坏，更 好地保证系统的可靠运行。测控系统11的中央控制台包括一主控�？�110，主控�？�110用于控制一实时控 制�？�111、一实时监控�？�112、一数据管理�？�113、一界面管理�？�114、一任务管理模 块115和一硬件管理�？�116。设置在各个分系统的传感器(如温度传感器、真空度传感器和水流传感器等)将 采集到的数据信息传送给实时监控�？�111和实时控制�？�112，实时控制�？�112将数据 进行处理转换，分别传送给数据管理�？�113和主控�？�110。界面管理模块114通过人机 交互，将所要完成的任务通过主控模块110传送给任务管理�？�115，然后执行各个任务。各个�？楣δ苋缦�
实时监控�？�111主要监控试验设备状态，并显示所有的参数信息，完成以下功 能在流程图窗口实时显示系统流程各测点的试验数据；在曲线图窗口实时绘制趋势图； 在综合数据显示窗口显示所有的试验数据；在报警窗口显示报警信息。实时控制模块112是试验测量与控制任务的核心，主要用于采集试验各测点的 数据，完成工程单位的转换，处理数据；根据试验工况，解算控制算法控制设备；输出各种 控制信号。数据管理�？�113主要用于定时存储试验数据；即时打印试验数据；处理试验数 据，完成数据表格打印、曲线处理打印等；试验数据转化为Excel文件，提供更方便外部接界面管理�？�114可实现人机交互，主要用于管理流程图显示、曲线显示、数据 表格显示等窗口 ；定制菜单，响应菜单命令，完成试验参数设置；响应对话框中的消息。任务管理�？�115主要用于保证系统实时运行，及时响应用户的命令；时钟管理， 保证系统运行的实时性及周期性；完成任务间同步、通讯；数据互斥保护。硬件管理�？�116主要用于测控功能板、仪表管理及硬件自测试、自诊断。
上述实施例中，测控系统11还包括一监控系统12，监控系统12包括设置在环境模 拟舱1内部各个位置的多个摄像头，转动摄像头便可以从不同角度对环境模拟舱1内的状 况进行人工观察监控。上述实施例中，环境模拟舱1，空气换热循环系统2，冷却水循环系统3，制冷系统 4，抽真空及排雾系统5，水处理系统6，热雾系统7，覆冰淋雨及超声波雾化系统8，融冰系统 9，紧急复压系统10和测控系统11的中央控制台的通讯是通过网络和RS-485接口进行参 数传递和数据交换的。上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置及连接方式都是可 以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的改进和等同变换，均不应排除在本 发明的保护范围之外。
权利要求
一种用于电气试验的大型多功能环境模拟装置，它包括一环境模拟舱，其特征在于所述环境模拟舱内设置有一空气换热循环系统和一融冰系统，所述环境模拟舱还包括一覆冰淋雨及超声波雾化系统、一水处理系统、一热雾系统、一冷却水循环系统、一制冷系统、一抽真空及排雾系统、一测控系统和一为试件提供高压带电状态的特高压电源系统；所述空气换热循环系统包括设置在所述环境模拟舱紧贴内壁处的两风道，所述两风道的下方分别设置一回风口，所述两风道的上方连接一送风孔板，所述送风孔板上均匀设置有若干送风孔，所述两风道的内下部分别设置一冷风机组；所述融冰系统包括间隔设置在所述环境模拟舱内壁的至少两组的热辐射灯；所述淋雨覆冰及超声波雾化系统包括设置在所述环境模拟舱外部、并联的三个储水箱，所述三个储水箱的进水端连接所述水处理系统的出水管道，出水端连接一恒温水箱，所述恒温水箱连接一水泵机组，所述水泵机组出来的管路并列连接一淋雨管道、一冷雾管道和一覆冰用水管道，所述淋雨管道的另一端连接到设置在所述环境模拟舱内部的雨排上，所述冷雾管道的另一端连接在所述环境模拟舱内壁间隔设置的冷雾喷嘴上，所述覆冰用水管道的另一端连接在所述环境模拟舱内壁设置的喷嘴阵列上；所述水处理系统的出水管路连接所述覆冰淋雨及超声波雾化系统和热雾系统；所述冷却水循环系统的管路连接所述制冷系统和抽真空及排雾系统；所述测控系统通过网络与各系统进行参数传递和数据交换，以控制所述空气换热循环系统、融冰系统、覆冰淋雨及超声波雾化系统、水处理系统、热雾系统、冷却水循环系统、制冷系统和抽真空及排雾系统的动作。
2.如权利要求1所述的一种用于电气试验的大型多功能环境模拟装置，其特征在于 所述空气换热循环系统中的所述两冷风机组的上方分别设置一调温电加热器。
3.如权利要求1或2所述的一种用于电气试验的大型多功能环境模拟装置，其特征在 于所述融冰系统中的各个所述热辐射灯后方分别设置有一对光线进行汇聚的旋转抛物面 式灯罩，各个所述热辐射灯组分别连接一调节电加热功率的装置。
4.如权利要求1或2或3所述的一种用于电气试验的大型多功能环境模拟装置，其特 征在于所述淋雨覆冰及超声波雾化系统中的所述三个储水箱的左、右两侧分别设置有一 手动调节阀；所述恒温水箱内设置有一冷却盘管，所述恒温水箱外部设置有一电加热器，所 述电加热器连接所述恒温水箱内的一加热盘管；所述冷却盘管的两端分别连接一小型制冷 机组的出水管路和进水管路，所述出水管路和进水管路之间设置一气动调节阀，所述小型 制冷机组分别与一机组冷凝器和一油冷却器连通；所述机组冷凝器和油冷却器的进水口连 接所述冷却水循环系统的出水管路，所述机组冷凝器和油冷却器的出水口连接所述冷却水 循环系统的回水管路；所述淋雨管道和冷雾管道上分别串联连接一气动调节阀；所述覆冰 用水管道上串联连接一电动调节阀；所述喷嘴阵列的背面相应安装有多个垂直排列的轴流 风机。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于电气试验的大型多功能环境模拟装置， 其特征在于所述水处理系统包括一水处理设备，所述水处理设备连接一进水管道，所述水 处理设备的出口端连接两条出水管道，其中一所述出水管道上通过一手动调节阀连接所述 热雾系统，另一条所述出水管道的另一端连接所述覆冰淋雨及超声波雾化系统。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种用于电气试验的大型多功能环境模拟装置，其特征在于所述热雾系统包括设置在所述环境模拟舱外部两并联的电热蒸汽锅炉，所 述两电热蒸汽锅炉的一端连接所述水处理系统中的出水管道，另一端连接所述热雾管道， 所述热雾管道上依次串联一真空表和一气动调节阀，最后连接到设置在所述环境模拟舱内 的热雾喷口上。
7.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种用于电气试验的大型多功能环境模 拟装置，其特征在于所述冷却水循环系统包括一冷却塔，所述冷却塔上分别设置有回水管 道和冷却水管道，其中一所述冷却水管道经过一电子水处理器并列连接三个冷却水泵，所 述三个冷却水泵的另一端连接两条出水管路。
8.如权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种用于电气试验的大型多功能环 境模拟装置，其特征在于所述制冷系统包括两螺杆压缩冷凝机，所述两冷凝机分别与一水 冷式冷凝器和一水冷式油冷却器连通，所述冷凝器和油冷却器的输入端连接所述冷却水循 环系统中的出水管路，所述冷凝器和油冷却器的输出端连接所述冷却水循环系统中的回水 管路，所述两冷凝机的出口端分别与一汽液分离器形成循环管路，两所述汽液分离器的输 出端连接一制冷剂流出管路，输入端连接两条制冷蒸汽流入管路。
9.如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的一种用于电气试验的大型多 功能环境模拟装置，其特征在于所述抽真空及排雾系统主要由三台主抽泵及一台维持泵 并列连接而成，所述三台主抽泵和一台维持泵共同通过一抽气管道与所述环境模拟舱连 通；所述抽气管道上设置一真空调节阀，所述真空调节阀前面并联连接一排雾管道，所述排 雾管道上依次设置有一电动调节阀和一排雾风机；所述真空调节阀另一端并联连接一调节 阀、所述三台主抽泵和一台维持泵，所述三台主抽泵和一台维持泵的前端分别依次串联一 止回阀和一气动调节阀；所述三台主抽泵和一台维持泵还分别与一排空管道及所述冷却水 循环系统中的冷却水管道和回水管道连通。
10.如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9所述的一种用于电气试验的大 型多功能环境模拟装置，其特征在于所述测控系统包括一主控模块，主控�？榱右唤缑� 管理�？椤⒁皇凳笨刂颇？�、一数据管理�？�、一任务管理�？�、一实时监控�？楹鸵挥布� 管理�？椋簧柚迷诟鞲龇窒低澄露却衅�、真空度传感器和水流传感器将采集到的数据信 息传送给所述实时监控模块和实时控制模块，所述实时控制�？榻萁写碜唬� 别传送给所述数据管理�？楹椭骺啬？椋ü鼋缑婀芾砟？榻腥嘶换ィ� 成的任务通过所述主控�？榇透挝窆芾砟？�。
11.如权利要求10所述的一种用于电气试验的大型多功能环境模拟装置，其特征在 于所述测控系统还包括一监控系统，所述监控系统包括若干转动摄像头。
12.如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11所述的一种用于电 气试验的大型多功能环境模拟装置，其特征在于在所述环境模拟舱的大舱门正上方设置 有一紧急复压系统，紧急复压系统包括一快开复压阀，所述快开复压阀连接有一过滤器；在 所述环境模拟舱的外部设置有一手动放气阀；在所述环境模拟舱的外部还设置有两机械压 力表。
13.如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11或12所述的一种用 于电气试验的大型多功能环境模拟装置，其特征在于所述环境模拟舱中部为一圆柱型直 筒，罐体体上、下端均为球冠型封头，罐体地面高度上分别设置有一大舱门和一小舱门。
全文摘要
本发明涉及一种用于电气试验的大型多功能环境模拟装置，它包括一环境模拟舱，其特征在于所述环境模拟舱内设置有一空气换热循环系统和一融冰系统，所述环境模拟舱还包括一覆冰淋雨及超声波雾化系统、一水处理系统、一热雾系统、一冷却水循环系统、一制冷系统、一抽真空及排雾系统、一测控系统和一为试件提供高压带电状态的特高压电源系统。本发明系统之间配合巧妙，并且通过测控系统统一操作管理，集高海拔、覆冰、污秽、下雨等多种环境模拟实验功能于一体，可广泛适应于大型化、多参数环境模拟试验的过程中。
文档编号G01R31/12GK101799515SQ20101013336
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者刘旺开, 周军, 宿志一, 王浚, 范建斌, 黄勇 申请人:北京航空航天大学;中国电力科学研究院
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