CN104697725A - 一种气动柔性屏蔽电极 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气动柔性屏蔽电极，其中，包括：膜片式压紧气缸、覆盖于膜片式压紧气缸上的导电橡胶；所述膜片式压紧气缸和导电橡胶位于金属屏蔽罩内；所述膜片式压紧气缸，用于采用气动方式向所述导电橡胶施加压力；所述导电橡胶，用于在被所述膜片式压紧气缸施加压力的情况下贴紧被测线棒并导电；所述金属屏蔽罩，用于固定膜片式压紧气缸并屏蔽外界干扰。本发明采用导电橡胶作为柔性电极，导电性更好，可压缩性更强，配合气压作用可以更充分的贴紧被测线棒绝缘表面；采用金属屏蔽罩，可以屏蔽外界对测量环节中微电流的测量干扰；本发明结构简单，装设和拆除方便，便于推广使用。

Description

一种气动柔性屏蔽电极

技术领域

本发明涉及发电机漏水检测技术领域，特别涉及一种气动柔性屏蔽电极。

背景技术

定子漏水是水内冷发电机经常出现的问题，是威胁机组安全运行的常见故障之一。一旦定子发生漏水故障，往往会造成严重的后果，轻则使机组停运，重责引起发电机短路事故，甚至烧毁发电机。本身的质量问题或者弯折工艺不良、长期的电磁力、冷热应力和内冷水的化学侵蚀，可能会造成空心股线上出现裂纹而导致漏水；焊接不良、“焊缝腐蚀”、引水管的质量不良、安装工艺不规范以及绕组端部振动引起的水管磨损也会导致水电接头部位出现漏水现象。水电接头部位是定子发生漏水的主要部位。

现有的漏水检测手段主要有真空衰减试验、压力衰减试验、气体检漏以及定子端部手包绝缘的表面电位和泄漏电流测量等，这几种方法对于检测定子的严重漏水问题比较灵敏，但对于故障初期没有形成明显漏点的微渗漏的检测效果并不理想。

电容图技术是一种新颖的检测方法，能够在水电接头的潮气迁移到出槽口造成对地短路之前及时定位漏水线棒，及时制定检修策略。

如果将定子线棒的局部绝缘等效为一平板电容，假设定子所有线棒的同一局部劣化情况基本相同，在清洁绕组之后，并且在不发生局部放电的相同电压下测量线棒出槽口或者水电接头的局部电容量，那么此电容量主要由主绝缘中含水量的大小来决定。因此可以通过将定子绕组接地，在线棒局部绝缘层表面施加一定电压，测量所有线棒同一部位的局部电容量，绘制出电容图，也就是局部电容量与线棒所在槽号的关系，然后通过一定的统计分析方法评估定子线棒的局部电容量分布情况，找出漏水线棒，这就是电容图技术。

电容图技术中的局部加压电极是保证电容测量重复性和准确度的关键因素。电极加压面应与被测线棒绝缘表面紧密接触，尽可能的减小缝隙和气泡的存在，以提高准确度，这就需要施加一固定压力，保证每次测量在相同条件下进行。另外，电容图的绘制本质上是对微电流的测量，因此，采用屏蔽措施以提高抗干扰性能就显得尤为重要。

电容图技术最早由Bureau of Reclamation Denver office提出，用于检测线棒的微渗漏问题，GE公司和韩国电科院曾先后对该方法进行过相关研究。在电极装置方面，Bureau of Reclamation Denver office和GE公司采用最简单的金属片或金属箔作为电极，将金属箔缠绕定子线棒一周，其上施加电压，对于每一根线棒而言，这种电极的接触面积、压力和引线电容大致没有差异。但对于现场试验而言，它的装设和拆除都非常困难，仅用于研究，不可作为常规的试验方式推广其使用，并且这种方式没有屏蔽措施，容易将外界干扰引入测量环节，导致出现较大的测量误差。另外，该电极也无法充分适应有突起的线棒绝缘表面，即不能与有突起的线棒绝缘表面充分接触。

为了不引入外界干扰，韩国电科院使用一个人造的弹簧屏蔽电极来保证数据的重复性。为了保证测试条件的一致性，韩国电科院的电极采用柔性导电涂料制作电极，采用弹簧1保证压力在测试时为一个定值。如图1所示，该弹簧电极使用铜箔覆盖在盒子2的可升缩面3上充当电极，铜箔上涂以导电膏之类的涂料，盒子2其余五面采用铜箔覆盖接地以屏蔽干扰信号；可伸缩面3通过弹簧1与盒子2的固定面接触。当盒子2按压在线棒表面时，弹簧1的行程是固定的，电极与线棒间的压力就是个定值。

弹簧屏蔽电极在实际测试时，由于人体接触(未带绝缘手套)的影响，会引入干扰，铜箔接触面虽然涂以导电涂料，但是涂料固化之后柔性和压力的均匀性仍不好，不能与被测线棒绝缘表面充分贴近，该电极还是存在容易造成测试数据分散性较大的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种气动柔性屏蔽电极，可以适应有突起的线棒绝缘表面，使得与有突起的线棒绝缘表面充分接触，还可以屏蔽外界对测量环节中微电流的测量干扰，并且简化了电极的装设和拆除，便于推广使用；包括：

膜片式压紧气缸、覆盖于膜片式压紧气缸上的导电橡胶；所述膜片式压紧气缸和和导电橡胶位于金属屏蔽罩内；

所述膜片式压紧气缸，用于采用气动方式向所述导电橡胶施加压力；

所述导电橡胶，用于在被所述膜片式压紧气缸施加压力的情况下贴紧被测线棒并导电；

所述金属屏蔽罩，用于固定膜片式压紧气缸并屏蔽外界干扰。

在一个实施例中，所述膜片式压紧气缸采用费斯托FESTO膜片式压紧气缸。

在一个实施例中，所述导电橡胶为硅橡胶填充铝镀银。

在一个实施例中，所述铝镀银的体积电阻率为0.008欧·厘米。

在一个实施例中，所述导电橡胶的厚度为1毫米。

在一个实施例中，所述金属屏蔽罩上设有卡扣配合型连接器BNC，所述卡扣配合型连接器BNC的一端用于与金属屏蔽罩外部的电容图测绘仪连接，所述卡扣配合型连接器BNC的另一端与金属屏蔽罩内部的导电橡胶连接。

在一个实施例中，所述金属屏蔽罩设一开口，所述开口暴露出所述膜片式压紧气缸的气嘴。

在本发明实施例中，采用导电橡胶作为柔性电极，导电性更好，可压缩性更强，配合气压作用可以更充分的贴紧被测线棒绝缘表面；采用金属屏蔽罩，可以屏蔽外界对测量环节中微电流的测量干扰；本发明结构简单，装设和拆除方便，便于推广使用。此外，还采用膜片式压紧气缸作为压力执行单元，采用气动方式给导电橡胶施加压力，压力均匀，压力大小可以比较精确的计量，保证了在不同线棒上测量时的压力一致。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明现有技术中提供的一种弹簧屏蔽电极结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电极与绝缘表面接触不充分时的等效电容示意图；

图3是本发明实施例提供的一种气动柔性屏蔽电极结构图；

图4是本发明实施例提供的一种FESTO膜片式压紧气缸结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种利用气动柔性屏蔽电极进行电容图测绘的测试系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在电容图技术中，电极的结构是保证电容图测绘数据稳定性的关键。人为电极加压引线电容因各线棒的差异很小，可以不考虑。而电极接触面和随机的干扰可能会因线棒的不同而不同，从而给电容图测试结论判断增加不利影响。

电容图的测试部位一般位于定子线棒出槽口的侧面，因为侧面的面积较大，测量起来更为方便。定子线棒表面要喷涂绝缘漆，绝缘漆的喷涂不够均匀加之线棒本身绝缘的不平整，会导致线棒上面出现各种硬性的凸起或者褶皱，电极覆盖其上，如果接触不好，会引起数据的巨大偏差。

如图2所示，接触面的不平导致电极上存在气泡。设气泡电容量为C₀，剩余完全接触的电极板下的电容的值为C₁，与气泡串联部分电容的值为C₂。在没有气泡时，电极完全接触时的电容C_x的值可用式(1)来表示：

C_x＝C₁+C₂      (1)

气泡存在时，C_x的值可用式(2)来表示：

$C_x=C_1+\frac{C_0{C}_2}{C_0+C_2}---\left(2\right)$

当C₂远大于C₀时，C_x的值可用式(3)表示：

C_x＝C₀+C₁      (3)

只要保证充分接触，也就是当C₁远大于C₂时，测试结果受接触面气泡的影响很小。所以实际测试时，应尽量采用柔性导电材料制作电极，保证充分接触，用硬性材料则很难保证充分接触，这就为电极的设计和改进提供了一定的依据。

在保证电极与线棒的充分接触后，压力可调与恒定是对电极的另一要求，对于柔性的导电材料来讲，必须施加一定的压力才能保证材料通过一定的形变来贴近被测面，并且压力要均匀的作用于电极面，保证作用面上的压力处处相同。

另外，发电机现场测试环境复杂，存在各种形式的干扰，采取必要的屏蔽措施也是保证数据稳定的关键，需要将加压电极置于一个屏蔽空间内，屏蔽外界干扰源的影响。

基于此，本发明提出一种气动柔性屏蔽电极，之所以采用气动方式，主要是考虑到气体压力作用的均匀性以及可调节性。如图3所示，该气动柔性屏蔽电极包括：膜片式压紧气缸4、覆盖于膜片式压紧气缸4上的导电橡胶5；膜片式压紧气缸4和导电橡胶5位于金属屏蔽罩6。膜片式压紧气缸4，用于采用气动方式向导电橡胶5施加压力；导电橡胶5，用于在被膜片式压紧气缸4施加压力的情况下贴紧被测线棒并导电；金属屏蔽罩6，用于固定膜片式压紧气缸4并屏蔽外界干扰。

具体实施时，由于发电机的定子出槽口处的定子线棒排列紧密，槽与槽之间的距离一般在4～10cm之间，需要将电极置于此空间内，加之电极的固定还需一定空间，因此电极的厚度受到了很大限制，因此本发明中的膜片式压紧气缸4选用了短行程的费斯托FESTO膜片式压紧气缸EV-40-5，如图4所示。该气缸采用膜片结构，膜片本身具有一定的柔性，可以适应不平整和具有一定倾斜角度的表面，对于定子线棒表面比较适应。该气缸为单作用气缸，压紧区域直径为40mm，最大行程为5mm，所设计的行程为2.5mm，所设计的工作压力为1bar，此压力和行程下产生的压紧力为100N左右，完全可以满足压力要求。

具体实施时，导电橡胶是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，通过压力使导电颗粒接触，达到良好的导电性能。本发明中的导电橡胶5作为柔性导电电极，选择铝镀银作为填料，体积电阻率为0.008Ω·cm(欧米伽·厘米)，导电性能良好，同时使用硅橡胶作为基础材料，具有很强的可压缩性，选用的导电橡胶厚度为1mm，避免厚度太薄导致压力增大时电极损坏。

具体实施时，金属屏蔽罩6一方面用于固定FESTO膜片式压紧气缸，一方面起到屏蔽作用，在实际工作时接地，也增强了安全性。金属屏蔽罩6一端安装卡扣配合型连接器BNC(Bayonet Nut Connector)，即BNC接头7，BNC接头7在外部与加压测量仪器相配合，在内部与导电橡胶连接，实现电气上的联系。金属屏蔽罩6的另一端开槽，方便外部气管与膜片式压紧气缸气嘴8相连。

图5是本发明实施例提供的一种利用气动柔性屏蔽电极进行电容图测绘的测试系统示意图，如图5所示，实际测试时，将整个气动柔性屏蔽电极用绑带紧固于线棒出槽口侧面，防止FESTO膜片式压紧气缸作用将金属屏蔽罩6顶起。气动柔性屏蔽电极通过气管12与气泵9连接，其中，FESTO膜片式压紧气缸作为压力执行单元，小型气泵9作为其压缩空气源。气泵9自带气压表和减压阀10，使得气泵9的压力可调并能保持恒定。在气泵9后还连接一个电磁阀11，通过电磁阀11可以实现开关控制FESTO膜片式压紧气缸的给排气。气动柔性屏蔽电极中的BNC接头7通过引线(即加压线)14与电容图测绘仪15和连接导电橡胶5，利用导电橡胶5的可压缩性以及气体压力的均匀性压紧不平整的被试线棒表面。整个系统的测试示意图见图5。

在压缩空气源的选择上，本发明选用的气泵9体积小巧，携带方便，具有2L的储气罐，压力更稳定，最大压力4bar(巴)，自带气压表和减压阀10，能够在0～4bar间调节压力，由于所选膜片式压紧气缸的用气量非常小，气泵进行一次攒气，可以供膜片式压紧气缸多次动作，进行多根线棒的测试。

与现有的铜箔电极或者弹簧屏蔽电极相比，本发明具有以下几点优势：

1、采用膜片式压紧气缸作为压力执行单元，采用气动方式施加压力，压力均匀，保证了在不同线棒上测量时的压力一致；与带有气压表和调压阀的气泵连接，气压大小可以比较精确的计量和调整。

2、采用导电橡胶作为柔性电极，导电性更好，可压缩性更强，配合气压作用可以更充分的贴近被测线棒绝缘表面。

3、采用金属屏蔽罩，可以屏蔽掉外界的干扰。

4、本发明结构简单，装设和拆除方便，便于推广使用。在测试时，采用绑带固定，可以消除人体接触的影响，减小干扰因素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种气动柔性屏蔽电极，其特征在于，包括：

膜片式压紧气缸、覆盖于膜片式压紧气缸上的导电橡胶；所述膜片式压紧气缸和和导电橡胶位于金属屏蔽罩内；

所述膜片式压紧气缸，用于采用气动方式向所述导电橡胶施加压力；

所述导电橡胶，用于在被所述膜片式压紧气缸施加压力的情况下贴紧被测线棒并导电；

所述金属屏蔽罩，用于固定膜片式压紧气缸并屏蔽外界干扰。

2.如权利要求1所述的气动柔性屏蔽电极，其特征在于，所述膜片式压紧气缸采用费斯托FESTO膜片式压紧气缸。

3.如权利要求1所述的气动柔性屏蔽电极，其特征在于，所述导电橡胶为硅橡胶填充铝镀银。

4.如权利要求3所述的气动柔性屏蔽电极，其特征在于，所述铝镀银的体积电阻率为0.008欧·厘米。

5.如权利要求1所述的气动柔性屏蔽电极，其特征在于，所述导电橡胶的厚度为1毫米。

6.如权利要求1所述的气动柔性屏蔽电极，其特征在于，所述金属屏蔽罩上设有卡扣配合型连接器BNC，所述卡扣配合型连接器BNC的一端用于与金属屏蔽罩外部的电容图测绘仪连接，所述卡扣配合型连接器BNC的另一端与金属屏蔽罩内部的导电橡胶连接。

7.如权利要求6所述的气动柔性屏蔽电极，其特征在于，所述金属屏蔽罩设一开口，所述开口暴露出所述膜片式压紧气缸的气嘴。