具有升溫及局部放電監(jiān)測功能的電樹觀測裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有升溫及局部放電監(jiān)測功能的聚合物及其納米復(fù)合物絕緣中電樹觀測裝置，屬于電氣絕緣狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域。本發(fā)明裝置包括具有溫度控制的高電壓實(shí)驗系統(tǒng)，局部放電信號采集與處理系統(tǒng)，光學(xué)實(shí)時觀測系統(tǒng)，完善目前用于觀察電樹現(xiàn)象的數(shù)字?jǐn)z像采集系統(tǒng)，提供了一種具有精確溫度控制和實(shí)時局部放電檢測的電樹實(shí)驗裝置。利用本裝置可以進(jìn)行室溫至180°C絕緣中電樹枝化過程的圖像實(shí)時觀測、采集和處理，圖像觀測的同時可以進(jìn)行局部放電信號的同步采集、顯示、存儲和處理。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，功能靈活，電樹實(shí)驗中的溫度、圖像、局部放電的檢測功能可分別實(shí)現(xiàn)也可同時進(jìn)行，可以為電樹實(shí)驗的理論分析和聚合物老化的在線監(jiān)測提供更加全面的實(shí)驗數(shù)據(jù)。
【專利說明】
具有升溫及局部放電監(jiān)測功能的電樹觀測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于變溫條件下聚合物絕緣材料中電樹枝化現(xiàn)象及其伴隨局部放電的實(shí)時檢測裝置，屬于電氣絕緣狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]以聚乙烯和交聯(lián)聚乙烯為代表的聚合物類絕緣材料，由于其優(yōu)異的電絕緣性能及加工性能被廣泛用作為高壓電力設(shè)備的絕緣。隨著電網(wǎng)傳輸電壓等級和容量的提高，對電力設(shè)備絕緣提出了更高的要求，因此，改善和提高絕緣材料耐電壓等級和耐電老化性能是保障電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。
[0003]在聚乙烯和交聯(lián)聚乙烯絕緣的高壓電力電纜中，電壓等級的提高會導(dǎo)致聚合物絕緣中產(chǎn)生電樹枝老化現(xiàn)象。電樹枝的產(chǎn)生與發(fā)展會導(dǎo)致絕緣的劣化甚至失效，嚴(yán)重威脅高壓電力電纜的壽命與電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。
[0004]對于電樹枝化現(xiàn)象的研究已逾半個世紀(jì)之久，為了更有效防止電樹枝產(chǎn)生和抑制電樹枝發(fā)展，電樹枝生長的內(nèi)在機(jī)理已經(jīng)成為學(xué)者的研究熱點(diǎn)。電樹枝發(fā)展過程中會伴隨局部放電現(xiàn)象，局部放電現(xiàn)象的實(shí)時變化與電樹枝的生長狀態(tài)密切相關(guān)。電力設(shè)備中絕緣結(jié)構(gòu)的工作溫度通常高于環(huán)境溫度，溫度條件會影響聚合物大分子鏈的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)而影響其耐電樹枝化性能。通過模擬不同溫度下電樹枝生長情況，同時檢測樹枝生長過程伴隨的局部放電特征，可以為聚合物中電樹枝發(fā)展的理論分析提供準(zhǔn)確和全面的實(shí)驗數(shù)據(jù)。
[0005]目前對聚合物絕緣材料進(jìn)行電樹枝實(shí)驗的系統(tǒng)中，還沒有能在實(shí)驗溫度的精確控制下同步進(jìn)行電樹枝生長實(shí)時觀測與局部放電實(shí)時采集的實(shí)驗裝置。已經(jīng)公開的相關(guān)專利“交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣中電樹枝生長過程局部放電測量裝置及方法”(CN 103616618A)中，在室溫狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)了電樹枝生長過程中局部放電的連續(xù)測量；“一種可升溫的聚合物中電樹枝化實(shí)時觀測裝置”(CN 204855715U)中，實(shí)現(xiàn)了不同溫度下電樹的實(shí)時觀測?！陡唠妷杭夹g(shù)》Vo 1.36 N0.1O上發(fā)表的論文“不同溫度下XLPE電纜中電樹枝的生長特性”中公開的實(shí)驗系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在一定溫度下進(jìn)行電樹枝的引發(fā)與局部放電的檢測，但實(shí)驗試樣位于加熱箱中無法進(jìn)行電樹枝生長過程的觀測。在《高電壓技術(shù)》Vol.38 N0.3和《絕緣材料》Vol.44N0.4上發(fā)表的論文“高溫下IlOkV交聯(lián)聚乙烯電纜電樹枝生長及局部放電特性”和“高溫下交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣中電樹枝測試系統(tǒng)設(shè)計”中公開的實(shí)驗系統(tǒng)，加熱裝置利用硅油循環(huán)加熱試樣所處介質(zhì)，利用溫度計進(jìn)行溫度測量而缺少對測量溫度的反饋與實(shí)時調(diào)控。
[0006]實(shí)驗溫度的精確控制影響實(shí)驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，進(jìn)而影響理論分析和參數(shù)計算。在室溫條件下光學(xué)系統(tǒng)只能觀測透明度好的材料，而對于半透明或不透明的納米復(fù)合材料觀測較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種具有精確溫度控制和實(shí)時局部放電檢測的樹枝化實(shí)驗裝置。本裝置模擬聚合物絕緣材料在工作溫度下的電樹枝產(chǎn)生與發(fā)展條件，實(shí)驗結(jié)果可以更真實(shí)的反應(yīng)材料的耐電老化特性。不同溫度下實(shí)時的對電樹枝生長形態(tài)與局部放電信號的采集與分析，為納米復(fù)合材料的耐電老化性能檢測及電樹枝生長機(jī)理分析提供實(shí)驗數(shù)據(jù)。
[0008]本發(fā)明所述是一種具有升溫和實(shí)時局部放電檢測的聚合物中樹枝化現(xiàn)象觀測系統(tǒng)，包括具有溫度控制的高電壓實(shí)驗系統(tǒng)，局部放電信號采集與處理系統(tǒng)，光學(xué)實(shí)時觀測系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明所述的具有溫度控制的高電壓實(shí)驗系統(tǒng)包括:無局放實(shí)驗變壓器，調(diào)壓器，具有升溫和保溫隔熱功能的實(shí)驗艙，溫度傳感器和控制器，針電極和板電極。調(diào)壓器與無局放實(shí)驗變壓器配合可實(shí)現(xiàn)O?50kV的交流電壓輸出，提供實(shí)驗電壓;實(shí)驗艙具有耐油和耐高溫性能，實(shí)驗過程中實(shí)驗艙內(nèi)裝有耐高溫且透明的絕緣油，試樣及電極均置于絕緣油中，實(shí)驗艙含有前后兩個同軸高透明耐高溫石英玻璃視窗，用于實(shí)驗過程中電樹生長的實(shí)時觀測，視窗周圍鑲嵌隔熱材料用于保持實(shí)驗艙內(nèi)溫度，減少實(shí)驗艙溫度對攝像頭和面光源的影響。傳感器、控制器與實(shí)驗艙的升溫模塊形成對溫度的實(shí)時反饋與控制，耐油溫度傳感器與控制器控溫的范圍可以實(shí)現(xiàn)室溫至250° C，可以實(shí)現(xiàn)室溫至180° C條件下的電樹老化實(shí)驗;實(shí)驗過程中針電極連接高壓輸入端，板電極接地。
[0010]本發(fā)明所述的局部放電信號采集與處理系統(tǒng)包括:羅氏線圈傳感器、示波器、計算機(jī)。實(shí)驗過程中羅氏線圈傳感器通過檢測地線上的脈沖電流采集局部放電信號，采集到的局部放電信號脈沖在示波器上實(shí)時顯示，同時示波器將脈沖電流信號傳輸至計算機(jī)，利用計算機(jī)中的Labvi ew軟件平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存與處理，可實(shí)現(xiàn)局部放電信號的時域-頻域轉(zhuǎn)換。校核后的局部放電采集系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)5pC的檢測精度。
[0011]本發(fā)明所述的光學(xué)實(shí)時觀測系統(tǒng)包括:無局放面光源，數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)，風(fēng)冷裝置，三維定位調(diào)節(jié)臺、計算機(jī)。無局放面光源提供近紅外平行光源，工作過程中無放電信號產(chǎn)生，不干擾局部放電的測量。數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)含有長焦放大鏡頭，所選擇放大鏡頭的工作參數(shù)如下:工作距離為50?350mm，放大倍數(shù)為0.83倍到10倍，觀測景深最大為7.9微米，分辨率為
0.96微米。面光源、長焦放大鏡頭和數(shù)字顯微攝像機(jī)配合，可以實(shí)時采集試樣中的電樹生長圖像，通過計算機(jī)實(shí)時顯示含有標(biāo)準(zhǔn)比例尺和實(shí)驗時間的電樹枝圖像信息，同時可實(shí)現(xiàn)實(shí)時錄像、定時截圖、電樹枝長度、寬度、角度的測量功能。風(fēng)冷裝置在高溫實(shí)驗時開啟，通過空氣流通散熱方式使鏡頭和面光源在允許溫度內(nèi)正常工作。三維定位調(diào)節(jié)臺可以精確控制長焦放大鏡頭和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的位置，保證圖像的清晰和放大倍數(shù)的準(zhǔn)確。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明所述具有升溫及局部放電監(jiān)測功能的聚合物及納米復(fù)合物電樹枝化觀測裝置，可實(shí)現(xiàn)室溫至180° C的電樹性能實(shí)驗，同時可進(jìn)行電樹枝圖像的實(shí)時觀測記錄及局部放電信號的采集、存儲和處理。對獲得實(shí)際工作溫度下聚合物及納米復(fù)合物中電樹枝發(fā)展演化過程的微觀圖像及伴隨的局部放電信號的實(shí)時記錄，提供了有效的研究手段;本裝置不僅可為聚合物電樹枝化的理論分析提供更加全面的數(shù)據(jù)，同時也為聚合物絕緣老化狀態(tài)的在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及局部放電信號的處理提供理論依據(jù)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明所述具有升溫及局部放電監(jiān)測功能的電樹觀測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:I實(shí)驗艙，2面光源，3風(fēng)冷裝置，4石英玻璃視窗，5板電極，6試樣，7針電極，8接地線，9長焦放大鏡頭，10數(shù)字顯微攝像機(jī)，11三維定位調(diào)節(jié)臺，12計算機(jī)，13調(diào)壓器，14實(shí)驗變壓器，15羅氏線圈傳感器，16屏蔽箱，17示波器，18溫度控制器，19溫度傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0014]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式所述具有升溫及局部放電監(jiān)測功能的聚合物及納米復(fù)合物電樹枝化觀測裝置，包括具有隔熱和升溫功能的實(shí)驗艙(I)，面光源(2)，風(fēng)冷裝置
(3)，石英玻璃視窗(4)，板電極(5)，試樣(6)，針電極(7)，接地線(8)，長焦放大鏡頭(9)，數(shù)字顯微攝像機(jī)(10)，三維定位調(diào)節(jié)臺(11)，計算機(jī)(12)，調(diào)壓器(13)，實(shí)驗變壓器(14)，羅氏線圈傳感器(15)，屏蔽箱(16)，示波器(17)，溫度控制器(18)，溫度傳感器(19);實(shí)驗艙(I)上含有耐溫含圓孔上蓋，實(shí)驗艙含視窗的前后兩面帶有隔熱層，底和兩個側(cè)面帶有加熱裝置;溫度傳感器(19)位于距離試樣(6)5cm處，溫度傳感器(19)、溫度控制器(18)和加熱裝置形成溫度反饋系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測控制實(shí)驗試樣(6)的環(huán)境溫度。
[0015]【具體實(shí)施方式】二:實(shí)驗時實(shí)驗艙(I)中裝有耐溫透明絕緣油，試樣(6)、針電極(7)和板電極(5)都置于絕緣油中，通過調(diào)壓器(13)控制實(shí)驗變壓器(14)的輸出電壓，面光源
(2)、實(shí)驗艙視窗(4)、試樣(6)、長焦放大鏡頭(9)位于同一軸線，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗過程中電樹生長的實(shí)時觀測，三維定位調(diào)節(jié)臺(11)可以精確控制長焦放大鏡頭(9)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(10)的位置，保證圖像的清晰和放大倍數(shù)的準(zhǔn)確，長焦放大鏡頭(9)采集的電樹圖像通過顯微攝像機(jī)
(10)和計算機(jī)(12)實(shí)現(xiàn)圖像的記錄和測量。
[0016]【具體實(shí)施方式】三:實(shí)驗過程中接地線(8)穿過羅氏線圈傳感器(15)，羅氏線圈傳感器(15)置于屏蔽箱(16)中以防止外界信號的干擾，羅氏線圈傳感器(15)通過檢測接地線
(8)中脈沖電流采集局部放電信號，采集到的局部放電信號脈沖在示波器(17)上實(shí)時顯示，同時示波器(17)將脈沖電流信號傳輸至計算機(jī)(12)，利用計算機(jī)(12)中的Labview軟件平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存與處理，可實(shí)現(xiàn)局部放電信號的時域-頻域轉(zhuǎn)換。校核后的局部放電采集系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)5pC的檢測精度。
【主權(quán)項】
1.具有升溫及局部放電監(jiān)測功能的聚合物及納米復(fù)合物電樹枝化觀測裝置，包括具有隔熱和升溫功能的實(shí)驗艙(I)，面光源(2)，風(fēng)冷裝置(3)，石英玻璃視窗(4)，板電極(5)，試樣(6)，針電極(7)，接地線(8)，長焦放大鏡頭(9)，數(shù)字顯微攝像機(jī)(10)，三維定位調(diào)節(jié)臺(11)，計算機(jī)(12)，調(diào)壓器(13)，實(shí)驗變壓器(14)，羅氏線圈傳感器(15)，屏蔽箱(16)，示波器(17)，溫度控制器(18)，溫度傳感器(19)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有升溫及局部放電監(jiān)測功能的聚合物及納米復(fù)合物電樹枝化觀測裝置，其特征在于實(shí)驗艙(I)含有耐溫含圓孔的上蓋，實(shí)驗艙含視窗的前后兩個側(cè)面含有隔熱層，其余三個側(cè)面含有加熱裝置;溫度傳感器(19)位于距離試樣(6)5cm處，溫度傳感器(19)、溫度控制器(18)和加熱裝置形成溫度反饋系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測和精確控制實(shí)驗試樣(6)環(huán)境的溫度，室溫到至180° C條件下的電樹枝化實(shí)驗。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有升溫及局部放電監(jiān)測功能的聚合物及納米復(fù)合物電樹枝化觀測裝置，實(shí)驗艙(I)中裝有耐溫透明絕緣油，試樣(6)、針電極(7)和板電極(5)都置于絕緣油中，通過調(diào)壓器(13)控制實(shí)驗變壓器(14)的輸出交流電壓O到50kV，面光源(2)、實(shí)驗艙視窗(4)、試樣(6)、長焦放大鏡頭(9)位于同一軸線，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗過程中電樹生長的實(shí)時觀測，三維定位調(diào)節(jié)臺(11)可以精確控制長焦放大鏡頭(9)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(10)的位置，保證圖像的清晰和I倍到10倍的準(zhǔn)確放大倍數(shù)，長焦放大鏡頭(9)采集的電樹圖像通過顯微攝像機(jī)(10)和計算機(jī)(12)實(shí)現(xiàn)圖像的記錄和測量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有升溫及局部放電監(jiān)測功能的聚合物及納米復(fù)合物電樹枝化觀測裝置，接地線(8)穿過羅氏線圈傳感器(15)，羅氏線圈傳感器(15)置于屏蔽箱(16)中以防止外界信號的干擾，羅氏線圈傳感器(15)通過檢測接地線(8)中脈沖電流采集局部放電信號，采集到的局部放電信號脈沖在示波器(17)上實(shí)時顯示，同時示波器(17)將脈沖電流信號傳輸至計算機(jī)(12)，利用計算機(jī)(12)中的Labview軟件平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存與處理，可實(shí)現(xiàn)局部放電信號的時域-頻域轉(zhuǎn)換，局部放電采集系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)0.1mV和5pC的檢測精度。
【文檔編號】G01R31/12GK106054037SQ201610421855
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】遲曉紅, 張曉虹, 高俊國, 郭寧, 王國利, 侯帥
【申請人】哈爾濱理工大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司