CN104655945A - 一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置及方法，该装置包括高压电极单元、高压电源、脉冲信号源、低压电极单元和电声传感单元，其中，所述高压电极单元包括高压电极、与所述高压电极连接的电阻和电容，所述高压电源通过所述电阻与所述高压电极连接，所述脉冲信号源通过所述电容与所述高压电极连接；所述低压电极单元包括金属板和接地线，所述金属板的中心位置设置有凹槽，所述凹槽内设置有油浸纸板，在所述油浸纸板上部设置有绝缘垫环，在所述绝缘垫环内设置有油隙；所述电声传感单元设置于所述低压电极单元底部以下的中心位置。利用上述装置及对应的方法，能够有效的测量油纸复合绝缘部件的空间电荷分布。

Description

一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置及方法

技术领域

本发明涉及电气设备的绝缘部件测量技术领域，更具体地说，涉及一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置及方法。

背景技术

宏观固体电介质通常可划分为一些相同的结构单元，理论上来说，每个结构单元都是电中性的，但如果在一个或多个这样的结构单元内正负电荷不能互相抵消，则多余的电荷称为相应位置上的空间电荷，绝缘介质内部积聚的空间电荷是与绝缘介质的绝缘性能密切相关的，而绝缘性能又与器件的安全性和可靠性紧密相连，因此，需要对其体内的空间电荷进行测量，其中，电声脉冲法(Pulsed Electro-Acoustic，PEA)是目前常用的一种测量方法：将绝缘介质置于一定的电场中，电荷将会沿电场方向在介质体内定向进行注入、迁移和积聚，通过该方法可直观观测试样品内部空间电荷的分布情况。

常见的变压器内的油纸复合绝缘部件内部由于空间电荷的积累会导致内部电场分布的畸变，严重的电场畸变将引起该部件的击穿和老化，从而威胁变压器的安全。为了保障变压器的安全运行，需要对油纸复合绝缘部件的空间电荷分布进行测量，然而，上述电声脉冲法的测量电极装置及方法只能适用于纯液体或纯固体，尚不能实现油纸复合绝缘部件的空间电荷分布测量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置及方法，能够有效的测量油纸复合绝缘部件的空间电荷分布。

本发明提供的一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置，包括高压电极单元、高压电源、脉冲信号源、低压电极单元和电声传感单元，其中，

所述高压电极单元包括高压电极、与所述高压电极连接的电阻和电容，所述高压电源通过所述电阻与所述高压电极连接，所述脉冲信号源通过所述电容与所述高压电极连接；

所述低压电极单元包括金属板和接地线，所述金属板的中心位置设置有凹槽，所述凹槽内设置有油浸纸板，在所述油浸纸板上部设置有绝缘垫环，在所述绝缘垫环内设置有油隙；

所述电声传感单元设置于所述低压电极单元底部以下的中心位置。

优选的，在上述装置中，所述金属板中心位置的所述凹槽为圆柱状。

优选的，在上述装置中，所述凹槽的直径为10厘米、深度为0.5厘米。

优选的，在上述装置中，还包括用于固定所述高压电极单元的固定单元。

优选的，在上述装置中，所述电阻和所述电容的外部设置有环氧树脂层和黄铜外壳。

优选的，在上述装置中，所述高压电极为直径0.8厘米的圆柱状电极。

优选的，在上述装置中，所述金属板为铝板。

优选的，在上述装置中，所述电声传感单元的传感器材料为厚度40微米且半径5毫米的PVDF薄膜。

优选的，在上述装置中，所述电声传感单元的背面设置有声波吸收器，所述声波吸收器为半径5毫米、厚度1厘米的非极化PVDF板。

本发明提供的一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的方法，包括：

选择油浸纸板和绝缘油；

确定测试场强；

将所述油浸纸板和所述绝缘油置于如上所述任一种装置中，形成油纸复合绝缘部件；

测量所述油纸复合绝缘部件的空间电荷分布。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置，包括高压电极单元、高压电源、脉冲信号源、低压电极单元和电声传感单元，其中，所述高压电极单元包括高压电极、与所述高压电极连接的电阻和电容，所述高压电源通过所述电阻与所述高压电极连接，所述脉冲信号源通过所述电容与所述高压电极连接；所述低压电极单元包括金属板和接地线，所述金属板的中心位置设置有凹槽，所述凹槽内设置有油浸纸板，在所述油浸纸板上部设置有绝缘垫环，在所述绝缘垫环内设置有油隙；所述电声传感单元设置于所述低压电极单元底部以下的中心位置。本发明提供的一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的方法，包括：选择油浸纸板和绝缘油；确定测试场强；将所述油浸纸板和所述绝缘油置于如上所述任一种装置中，形成油纸复合绝缘部件；测量所述油纸复合绝缘部件的空间电荷分布。其中，在所述凹槽内形成油纸复合绝缘部件以后，在油纸复合绝缘部件上施加高压和脉冲信号，并利用所述电声传感单元对所述油纸复合绝缘部件产生的能够表征空间电荷分布状况的声波信号进行采集，并转换为电信号，从而就能实现对油纸复合绝缘部件空间电荷分布的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置的示意图；

图2为本申请实施例中的电声传感单元的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供的一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置如图1所示，图1为本申请实施例提供的一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置的示意图。该装置包括高压电极单元1、高压电源2、脉冲信号源3、低压电极单元4和电声传感单元5，其中，

所述高压电极单元1包括高压电极11、与所述高压电极连接的电阻12和电容13，所述高压电源2通过所述电阻12与所述高压电极11连接，所述脉冲信号源3通过所述电容13与所述高压电极11连接；

所述低压电极单元4包括金属板和接地线，所述金属板的中心位置设置有凹槽41，所述凹槽41内设置有油浸纸板42，在所述油浸纸板上部设置有绝缘垫环43，在所述绝缘垫环43内设置有油隙44；

所述电声传感单元5设置于所述低压电极单元4底部以下的中心位置。

需要说明的是，在该实施例中，直流高压或交流高压经过阻值30MΩ的电阻12连接至高压电极11，而高压脉冲信号经过电容值为0.1nF的电容13同样连接至高压电极。低压电极模块中的金属板的长度、宽度和厚度分别为25cm、15cm和1.5cm，在金属板上表面的中心位置，切割出一个凹槽41，利用其通过放置不同厚度的油纸纸板42和绝缘垫环43，并在绝缘垫环43内设置油隙44，从而形成不同规格的油纸复合绝缘部件，另外，金属板的侧面还连接有接地线，用来保证测量过程的安全。所述电声传感单元5设置于所述低压电极单元4底部以下的中心位置，用于对油纸复合绝缘部件产生的能够表征空间电荷信号的声波信号进行采集，并转换为电信号，从而就能实现对油纸复合绝缘部件空间电荷分布的测量。

在上述装置中，所述金属板可以优选为铝板，所述金属板中心位置的所述凹槽可以优选为圆柱状，进一步的，所述凹槽的直径优选为10厘米、深度优选为0.5厘米。设置凹槽的目的是：以油纸复合绝缘部件为例，在凹槽底部先设置一层绝缘纸板，然后在绝缘纸板上设置绝缘垫环，最后在绝缘垫环所包围的区域内放入绝缘油，这样就形成了油纸复合绝缘部件，需要说明的是，根据不同的油纸复合绝缘部件中的油隙高度，可以选用高度与之相匹配的绝缘垫环。

在上述装置中，还优选的包括用于固定所述高压电极单元的固定单元6。该固定单元6用于固定高压电极单元1与油纸复合绝缘部件，将高压电极单元1紧紧压在放置于低压电极单元4上的油纸复合绝缘部件上，并使高压电极单元1的中心位置与低压电极单元4的中心位置重合，防止高压电极单元1在测量过程中因意外原因而移动，从而避免造成危险，另外，也避免了高压电极单元1与油纸复合绝缘部件接触紧密而导致测试结果不理想的情况。

在上述装置中，所述电阻12和所述电容13的外部可以优选的设置有环氧树脂层和黄铜外壳。具体来说，电阻12和电容13一起用环氧树脂包裹并被封闭在直径为9cm、高为8cm的圆柱形黄铜外壳内，这样就能更好的保证元器件的安全性。

在上述装置中，所述高压电极可以优选为直径0.8厘米的圆柱状电极。需要说明的是，由于高压电极试验时带有高压，为避免与低压电极单元4及固定支架6等部件发生闪络现象，高压电极11的尺寸与高压电极单元1的直径大小的比值不宜过大，该比值可以优选为小于0.1。

在上述装置中，所述电声传感单元5的内部结构如图2所示，图2为本申请实施例中的电声传感单元的结构示意图。该电声传感单元5设置于低压电极单元4的正下部，其传感器51的材料优选为厚度40微米且半径5毫米的PVDF薄膜。该传感器用于接收从高压电极和油纸复合绝缘部件内部产生的声波信号，并将该声波信号转换成电信号，将其优选为上述PVDF薄膜，就能够弥补声波在较厚的油纸复合绝缘部件内部的衰减。进一步的，所述电声传感单元5的背面设置有声波吸收器52，所述声波吸收器52可以优选为半径5毫米、厚度1厘米的非极化PVDF板，由于空间电荷在脉冲电场作用下震动产生的声波信号在高压电极单元及低压电极单元间不断反射，其形成的反射信号，可能会对需要检测的信号产生干扰，因此设置上述非极化PVDF板，用来区分某一信号为空间电荷信号还是反射信号，从而保证信号测量的准确性。

通过上述描述可知，利用本申请实施例所提供的测量装置，能够对油纸复合绝缘部件的空间电荷分布的状况进行有效测量。

本申请实施例提供的一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的方法如图3所示，图3为本申请实施例提供的一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的方法的示意图。该方法包括如下步骤：

S1：选择油浸纸板和绝缘油；

在该步骤中，根据试验需要选择一定厚度的油浸纸板和一定种类的绝缘油，选择的绝缘油和油浸纸板需能够满足研究要求，然后可以将选定的油浸纸板裁剪成直径为10cm的圆形样品。

S2：确定测试场强；

在该步骤中，根据试验需要选择交流场强或者直流场强，其中，选择的场强等级要小于样品的击穿场强。

S3：将所述油浸纸板和所述绝缘油置于如上所述任一种装置中，形成油纸复合绝缘部件；

在该步骤中，首先根据所要研究的油隙厚度选择圆形绝缘垫环的厚度，然后将步骤S1中裁剪成圆形的油浸纸板放置在凹槽最底部，在所述油浸纸板上部放置绝缘垫环，再在绝缘垫环内部注入绝缘油，这样就在绝缘垫环内形成了油隙，从而形成了油纸复合绝缘部件。

S4：测量所述油纸复合绝缘部件的空间电荷分布。

在该步骤中，将高压电极单元放置到油纸复合绝缘部件的上部，使高压电极单元的中心位置正对低压电极单元的中心位置，也就是油纸复合绝缘部件的中心位置；可以优选的将固定支架上部的固定臂紧压在高压电极单元的上部，并用螺丝固定该固定臂；连接电路后对高压电极单元施加选定的场强，并记录此时所施加的场强值；按照预定时间向高压电极单元施加脉冲信号，通过电声传感单元进行空间电荷分布的数据的采集，每次采集数据完毕后关闭外加脉冲信号。试验结束后断开高压电极单元所加的电压，卸下高压电极单元，更换待测试品，再通过重复步骤S3和S4进行空间电荷分布的测量。

利用上述的测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的方法，能够有效的实现对油纸复合绝缘部件的空间电荷分布的测量。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的装置，其特征在于，包括高压电极单元、高压电源、脉冲信号源、低压电极单元和电声传感单元，其中，

所述高压电极单元包括高压电极、与所述高压电极连接的电阻和电容，所述高压电源通过所述电阻与所述高压电极连接，所述脉冲信号源通过所述电容与所述高压电极连接；

所述低压电极单元包括金属板和接地线，所述金属板的中心位置设置有凹槽，所述凹槽内设置有油浸纸板，在所述油浸纸板上部设置有绝缘垫环，在所述绝缘垫环内设置有油隙；

所述电声传感单元设置于所述低压电极单元底部以下的中心位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属板中心位置的所述凹槽为圆柱状。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述凹槽的直径为10厘米、深度为0.5厘米。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于固定所述高压电极单元的固定单元。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻和所述电容的外部设置有环氧树脂层和黄铜外壳。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压电极为直径0.8厘米的圆柱状电极。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属板为铝板。

8.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述电声传感单元的传感器材料为厚度40微米且半径5毫米的PVDF薄膜。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电声传感单元的背面设置有声波吸收器，所述声波吸收器为半径5毫米、厚度1厘米的非极化PVDF板。

10.一种测量油纸复合绝缘部件空间电荷分布的方法，其特征在于，包括：

选择油浸纸板和绝缘油；

确定测试场强；

将所述油浸纸板和所述绝缘油置于如权利要求1-9任一项所述的装置中，形成油纸复合绝缘部件；

测量所述油纸复合绝缘部件的空间电荷分布。