CN110716132A - 一种提高水绝缘恢复性能的装置及测量方法 - Google Patents

一种提高水绝缘恢复性能的装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

一种提高水绝缘恢复性能的装置及测量方法，在对椭圆型电极之间水施加脉冲电压，在脉冲施加后，使水发生放电击穿，并使两电极之间的水发生汽化，在此过程中，控制器发出信号，通过水射流装置，水射流喷管为渐缩型结构，喷管的出口逐渐变小，产生高速水射流，通过水射流作用及椭圆型电极结构，增强了水绝缘恢复性能，提高了开关的重复频率，能够应用于冲击电压发生器及脉冲功率系统中脉冲水开关，提高绝缘恢复性能即脉冲重复频率，测量装置稳定性好，测量绝缘恢复时间的精度高。

Description

一种提高水绝缘恢复性能的装置及测量方法
技术领域
本发明涉及水中放电领域，特别是涉及一种提高水绝缘恢复性能的装置及测量方法。
背景技术
随着脉冲功率技术不断向高重复频率方向发展，迫切需要提高脉冲开关的自愈性能，即在重复频率激励下，介质仍然保持较高的绝缘恢复性能。水作为脉冲开关的介质，具有良好的耐电强度、快速上升时间、及较强的绝缘恢复性能。
影响水开关电气性能一个重要因素是脉冲频率，即放电后水完全自愈所需要时间。当施加脉冲电压使开关电极之间发生放电，水被汽化，并在开关电极之间形成气泡，气泡在开关电极之间做膨胀、收缩的振荡过程，依次包括第一次振荡过程和第二次振荡过程。在第二次振荡过程之后，气泡在浮力和对流作用下脱离开关电极，使水介质达到完全自愈。水的绝缘恢复性能取决于开关电极之间气泡存在时间。迄今未见有关减少气泡对开关电极影响提高水绝缘恢复性能的装置。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，结合水中放电机理，设计了一种提高水绝缘恢复性能的装置，通过采取渐缩型喷管及采取增大静压力并结合开关电极椭圆型结构，从而使开关电极间水较快地自愈，提高了水绝缘恢复性能，并通过其测量方法，定量检测水绝缘恢复性能所需时间。
实现本发明采用的技术方案之一是：一种提高水绝缘恢复性能的装置，其特征是，它包括：高压脉冲电源1、示波器2、开关反应器3、第一放电电极4、第二放电电极5、控制器6、供水系统7，在所述的开关反应器3内设有第一放电电极4和第二放电电极5，所述的第一放电电极4与高压脉冲电源1电连接，所述的第二放电电极5与地线电连接，在所述的高压脉冲电源1与第一放电电极4间并联电连接示波器2，所述的高压脉冲电源1与控制器6电连接，所述的供水系统7的水泵9与控制器6电连接，所述的供水系统7的水射流喷管8与开关反应器3底部连通，位于第一放电电极4和第二放电电极5正下方，所述的供水系统7的第二控制阀12与开关反应器3底部顶部连通。
所述的供水系统7包括：水射流渐缩型喷管8、水泵9、流量计10、第一控制阀11、第二控制阀12、水箱13，所述的水泵9与控制器6电连接，所述的水泵9出水口与水射流喷管8连通，所述的水泵9入水口与流量计10连通，所述的流量计10与水箱13通过第一控制阀11连通，所述的开关反应器3与水箱13通过第二控制阀12连通。
所述的水射流喷管8为渐缩型结构，喷管的出口逐渐变小，喷管的出口水流流速快，能够有效使气泡脱离电极。
所述的开关反应器3容量为1升，能够承受1MPa水静压力。
所述的第一放电电极4和第二放电电极5的形状为椭圆型结构。
所述的第一放电电极4和第二放电电极5的距离为1毫米。
所述的供水系统7的水射流喷管8与开关反应器3底部连通，位于第一放电电极4和第二放电电极5正下方距离为1厘米。
实现本发明采用的技术方案之二是：
一种提高水绝缘恢复性能的装置所涉及检测方法，其特征是，包括以下步骤：
1)在所述的一种提高水绝缘恢复性能的装置上设置快速成像系统14，所述的快速成像系统包括：光源15、高速摄影机16，所述的光源15与高压脉冲电源1电连接，所述的光源15设置在开关反应器3正上方，所述的高速摄影机16与控制器6电连接，所述的高速摄影机16设置在开关反应器3正下方；
2)控制器6触发高压脉冲电源1输出正极性脉冲，施加的脉冲电压到达开关反应器3的开关电极上，并贯通两放电电极之间的水，最后入地，放电使开关电极之间水发生汽化，并形成气泡，气泡在电极之间做周期性振荡；
3)示波器2记录此时开关电极的耐受电压波形和放电电流波形；
4)控制器6接通光源15，并触发快速摄像机16摄像，记录气泡在电极间的振荡过程；
5)开关电极间气泡发生第二次振荡过程后期，通过控制器6发出信号到水泵9，通过水射流喷管8产生为1.2l/min的水射流，气泡在高速水射流及浮力的作用下，沿电极向反应器顶部移动，减小了气泡在开关电极持续时间；
6)控制器6再次触发高压脉冲电源1输出第二次正极性脉冲，施加的脉冲电压使开关电极之间水击穿，示波器2记录此时的耐受电压波形，根据相继两次击穿放电的耐受电压幅值相对比，若两者相等，则认为电极间的水达到自愈，相继两次触发放电时间间隔是水开关的绝缘恢复时间。
本发明一种提高水绝缘恢复性能的装置及测量方法的有益效果体现在：
1、一种提高水绝缘恢复性能的装置，采取渐缩型喷管及采取增大静压力并结合开关电极椭圆型结构，从而使开关电极间水较快地自愈，提高了水绝缘恢复性能，可实现调节水中气泡体积和气泡振荡时间，快速实现电极间的水达到自愈可在脉冲功率系统用于水开关介质；
2、一种提高水绝缘恢复性能的装置所涉及检测方法，具有工艺简单、操作方便，快速成像系统记录气泡在电极间的振荡过程，相继两次触发放电时间间隔是水开关的绝缘恢复时间。
附图说明
图1是一种提高水绝缘恢复性能的装置的示意图；
图2是一种带有高速摄影机的提高水绝缘恢复性能的装置的示意图；
图3是高速摄影机拍摄反应器内开关水间隙气泡变化照片；
图中：1.高压脉冲电源，2.示波器，3.开关反应器，4.第一放电电极，5.第二放电电极，6.控制器，7.供水系统，8.渐缩型喷管，9.水泵，10.流量计，11.第一控制阀，12.第二控制阀，13.水箱，14.快速成像系统，15.光源，16.高速摄影机。
具体实施方式
以下结合附图1—附图3和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照附图1，一种提高水绝缘恢复性能的装置，其特征是，它包括：高压脉冲电源1、示波器2、开关反应器3、第一放电电极4、第二放电电极5、控制器6、供水系统7，所述的供水系统7包括：水射流喷管8、水泵9、流量计10、第一控制阀11、第二控制阀12、水箱13，所述的水泵9与控制器6电连接，所述的水射流喷管8为渐缩型结构，喷管的出口逐渐变小，喷管的出口水流流速快，能够有效使气泡脱离电极，所述的水泵9出水口与水射流喷管8连通，所述的水泵9入水口与流量计10连通，所述的流量计10与水箱13通过第一控制阀11连通，所述的开关反应器3与水箱13通过第二控制阀12连通，所述的开关反应器3容量为为1升，能够承受1MPa水静压力，所述的第一放电电极4和第二放电电极5的形状为椭圆型结构，所述的第一放电电极4和第二放电电极5的距离为1毫米，所述的供水系统7的水射流喷管8与开关反应器3底部连通，位于第一放电电极4和第二放电电极5正下方距离为1厘米，在所述的开关反应器3内设有第一放电电极4和第二放电电极5，所述的第一放电电极4与高压脉冲电源1电连接，所述的第二放电电极5与地线电连接，在所述的高压脉冲电源1与第一放电电极4间并联电连接示波器2，所述的高压脉冲电源1与控制器6电连接，所述的供水系统7的水泵9与控制器6电连接，所述的供水系统7的水射流喷管8与开关反应器3底部连通，位于第一放电电极4和第二放电电极5正下方，所述的供水系统7的第二控制阀12与开关反应器3底部顶部连通。
一种提高水绝缘恢复性能的装置所涉及检测方法，其特征是，包括以下步骤：
1)参照附图2，在所述的一种提高水绝缘恢复性能的装置上设置快速成像系统14，所述的快速成像系统包括：光源15、高速摄影机16，所述的光源15与高压脉冲电源1电连接，所述的光源15设置在开关反应器3正上方，所述的高速摄影机16与控制器6电连接，所述的高速摄影机16设置在开关反应器3正下方；
2)控制器6触发高压脉冲电源1输出正极性脉冲，施加的脉冲电压到达开关反应器3的开关电极上，并贯通两放电电极之间的水，最后入地，放电使开关电极之间水发生汽化，并形成气泡，气泡在电极之间做周期性振荡；
3)示波器2记录此时开关电极的耐受电压波形和放电电流波形；
4)参照附图3，控制器6接通光源15，并触发快速摄像机16摄像，记录气泡在电极间的振荡过程；
5)开关电极间气泡发生第二次振荡过程后期，通过控制器6发出信号到水泵9，通过水射流喷管8产生为1.2l/min的水射流，气泡在高速水射流及浮力的作用下，沿电极向反应器顶部移动，减小了气泡在开关电极持续时间；
6)控制器6再次触发高压脉冲电源1输出第二次正极性脉冲，施加的脉冲电压使开关电极之间水击穿，示波器2记录此时的耐受电压波形，根据相继两次击穿放电的耐受电压幅值相对比，若两者相等，则认为电极间的水达到自愈，相继两次触发放电时间间隔是水开关的绝缘恢复时间。
调节控制器的相继两次放电触发时间，控制器触发高压脉冲电源输出第一次正极性脉冲，施加的脉冲电压到达开关反应器的开关电极上，并贯通左右电极之间的水，最后入地；示波器记录此时开关电极的耐受电压波形和放电电流波形。放电使开关电极之间水发生汽化，并形成气泡，控制器触发快速摄影机记录气泡在电极之间做周期性振荡过程。在进行水绝缘恢复性能测量时，使用所述的水绝缘恢复性能装置，控制器触发高压脉冲电源输出第一次正极性脉冲，施加的脉冲电压到达开关反应器的开关电极上，并击穿两放电电极之间的水，最后入地；示波器记录此时开关电极的耐受电压波形和放电电流波形。控制器触发快速摄像机记录气泡在水中的运动过程。调节控制器启动时间，当开关电极间气泡发生第二次振荡过程后期(如图3所示的i和j)，通过控制器发出信号到水泵，通过水射流喷管产生流速为1.2l/min的水射流，所述的水射流喷管8为渐缩型结构，喷管的出口逐渐变小，喷管的出口水流流速快，能够有效使气泡脱离电极，气泡在高速水射流及浮力的作用下，沿电极的椭圆型表面向反应器顶部移动，减小了气泡在开关电极持续时间，从而使电极间水达到自愈效果，提高了水的绝缘恢复特性。
水的自愈条件为，第二次脉冲放电的耐受电压幅值与第一次耐受电压相等。对比分析如下两种情况，情况一反应器内水处于较高静压力及水射流作用于椭圆型电极附近的气泡，情况二反应器内水处于标准大气压条件且无水射流作用于气泡。结果发现，情况一水的最小绝缘恢复时间明显低于情况二的水的最小绝缘恢复时间，即情况一的测量方法显著提高水的绝缘恢复性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高水绝缘恢复性能的装置，其特征是，它包括：高压脉冲电源(1)、示波器(2)、开关反应器(3)、第一放电电极(4)、第二放电电极(5)、控制器(6)、供水系统(7)，在所述的开关反应器(3)内设有第一放电电极(4)和第二放电电极(5)，所述的第一放电电极(4)与高压脉冲电源(1)电连接，所述的第二放电电极(5)与地线电连接，在所述的高压脉冲电源(1)与第一放电电极(4)间并联电连接示波器(2)，所述的高压脉冲电源(1)与控制器(6)电连接，所述的供水系统(7)的水泵(9)与控制器(6)电连接，所述的供水系统(7)的水射流装置及喷管(8)与开关反应器(3)底部连通，位于第一放电电极(4)和第二放电电极(5)正下方，所述的供水系统(7)的第二控制阀(12)与开关反应器(3)底部顶部连通。
2.根据权利要求1所述的一种提高水绝缘恢复性能的装置，其特征是，所述的供水系统(7)包括：水射流装置及喷管(8)、水泵(9)、流量计(10)、第一控制阀(11)、第二控制阀(12)、水箱(13)，所述的水泵(9)与控制器(6)电连接，所述的水泵(9)出水口与水射流装置及喷管(8)连通，所述的水泵(9)入水口与流量计(10)连通，所述的流量计(10)与水箱(13)通过第一控制阀(11)连通，所述的开关反应器(3)与水箱(13)通过第二控制阀(12)连通。
3.根据权利要求1所述的一种提高水绝缘恢复性能的装置，其特征是，所述的开关反应器(3)容量为为1升，能够承受1MPa水静压力。
4.根据权利要求1所述的一种提高水绝缘恢复性能的装置，其特征是，所述的第一放电电极(4)和第二放电电极(5)的形状为椭圆型结构。
5.根据权利要求1所述的一种提高水绝缘恢复性能的装置，其特征是，所述的第一放电电极(4)和第二放电电极(5)的距离为1毫米。
6.根据权利要求1所述的一种提高水绝缘恢复性能的装置，其特征是，所述的供水系统(7)的水射流装置及喷管(8)与开关反应器(3)底部连通，位于第一放电电极(4)和第二放电电极(5)正下方距离为1厘米。
7.根据权利要求1所述的一种提高水绝缘恢复性能的装置，其特征是，所述的水射流喷管8为渐缩型结构，喷管的出口逐渐变小，喷管的出口水流流速快，能够有效使气泡脱离电极。
8.根据权利要求1所述的一种提高水绝缘恢复性能的装置所涉及其检测方法，其特征是，包括以下步骤：
1)在所述的一种提高水绝缘恢复性能的装置上设置快速成像系统(14)，所述的快速成像系统包括：光源(15)、高速摄影机(16)，所述的光源(15)与高压脉冲电源(1)电连接，所述的光源(15)设置在开关反应器(3)正上方，所述的高速摄影机(16)与控制器(6)电连接，所述的高速摄影机(16)设置在开关反应器(3)正下方；
2)控制器(6)触发高压脉冲电源(1)输出正极性脉冲，施加的脉冲电压到达开关反应器(3)的开关电极上，并贯通两放电电极之间的水，最后入地，放电使开关电极之间水发生汽化，并形成气泡，气泡在电极之间做周期性振荡；
3)示波器(2)记录此时开关电极的耐受电压波形和放电电流波形；
4)控制器(6)接通光源(15)，并触发快速摄像机(16)摄像，记录气泡在电极间的振荡过程；
5)开关电极间气泡发生第二次振荡过程后期，通过控制器(6)发出信号到水泵(9)，通过水射流装置及喷管(8)产生为1.2l/min的水射流，气泡在高速水射流及浮力的作用下，沿电极向反应器顶部移动，减小了气泡在开关电极持续时间；
6)控制器(6)再次触发高压脉冲电源(1)输出第二次正极性脉冲，施加的脉冲电压使开关电极之间水击穿，示波器(2)记录此时的耐受电压波形，根据相继两次击穿放电的耐受电压幅值相对比，若两者相等，则认为电极间的水达到自愈，相继两次触发放电时间间隔是水开关的绝缘恢复时间。
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