CN111521920A - 一种交联聚乙烯微观放电的光电联合检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交联聚乙烯微观放电的光电联合检测系统及检测方法。检测系统包括试样电压调节回路，试样状态调整装置和电树枝生长过程检测装置；试样电压调节回路包括高压电源，导线，试样导电连接片和针电极；试样状态调整装置包括三维移动平台和敞口玻璃容器；电树枝生长过程检测装置包括工控机，CCD相机，显微镜，透射光源，光电倍增管和电流传感器。检测方法包括以下步骤：a.采集电树枝形状图像信息；b.采集电树枝发光强度信息及电树枝空间电荷分布信息；c.采集电树枝各个时期局部放电的电信号；d.对所采集的上述电树枝形状图像信息。它具有抗干扰性能强、噪声低、响应快、灵敏性高以及特高频检测范围广等特点。
Description
技术领域
本发明涉及交联聚乙烯微观放电检测技术领域。
背景技术
随着中国经济高速发展，城镇现代化趋势已越来越明显。交联聚乙烯电缆凭借其优越的电气性能和机械性能在跨海电网联接、异步电网陆上互联、大城市供电增容、孤立负荷送电和可再生能源电力输送等方面的应用日益增多。然而，电缆在生产、运输、安装等过程中可能会引入尖端、微孔、杂质等绝缘缺陷，这些缺陷会使得绝缘介质内部场强发生畸变，局部电场强度较高，进而产生局部放电。短暂的局部放电并不会对设备造成严重的影响,但是随着电缆的长期运行和绝缘的不断老化，局部放电的频率增加，局部电场集中区域的XLPE电缆绝缘中就会形成气隙。气隙逐渐生长成细丝状电腐蚀通道并呈现出树枝状结构,最终引发电树枝。此外，空间电荷积聚及动态分布特性对电树枝诱发、引发及生长也会造成一定的影响，空间电荷对电树枝引发及生长特征造成影响的根本原因在于空间电荷的注入、迁移、抽出、复合等过程影响了电树枝的微观放电特性。因此，为了更深入探究各电压下电树枝劣化特性的影响机制，需要分析各电压下电树枝内部微观放电特性。
目前，国内应用较为普遍的局部放电检测方法主要有脉冲电流法、特高频检测法等，而单一的局部放电检测方法无法检测电树枝缺陷发生前的放电信息，并且对局部放电的具体发生位置无法检测，无法对电树枝放电机理进行深入了解，因此需要设计出新的微观放电检测系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种交联聚乙烯微观放电的光电联合检测系统及检测方法，它具有抗干扰性能强、噪声低、响应快、灵敏性高以及特高频检测范围广等特点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种交联聚乙烯微观放电的光电联合检测系统，包括试样电压调节回路，试样状态调整装置和电树枝生长过程检测装置；
试样电压调节回路包括高压电源(高压直流电源或高压交流电源)，导线，试样导电连接片和针电极，高压电源的正极通过导线与针电极电连接，针电极用于插入试样的上端，高压电源的负极通过导线与试样导电连接片电连接，试样导电连接片用于电连接试样的下端；
试样状态调整装置包括三维移动平台和盛装有二甲基硅油的敞口玻璃容器，三维移动平台上放置盛装有二甲基硅油的敞口玻璃容器，以对敞口玻璃容器5进行位置调整，敞口玻璃容器内盛装的二甲基硅油用于浸泡试样及与试样电连接的试样导电连接片和针电极；
电树枝生长过程检测装置包括工控机，CCD相机，显微镜，透射光源，光电倍增管和电流传感器，显微镜安装在CCD相机镜头前端，以使CCD相机通过显微镜采集针电极与试样电连接位置(电树枝产生位置)图像信号，并将所采集的图像信号输入至工控机；透射光源用于照射针电极与试样电连接位置(电树枝产生位置)，工控机控制透射光源电源开或关；光电倍增管用于检测针电极与试样电连接位置(电树枝产生位置)的光强度信号，并将所采集的光强度信号输入至工控机；电流传感器用于采集试样电压调节回路电流信号，并将所采集的电流信号输入至工控机。
本发明进一步改进在于：
电流传感器11设置在试样导电连接片与高压电源1的负极之间的导线上。
敞口玻璃容器5为高透石英材质；敞口玻璃容器5底部设有用于固定试样的绝缘试样夹12。
一种交联聚乙烯微观放电检测方法，方法包括以下步骤：
a.采集电树枝形状图像信息，设定电树枝形状图像信息采集频率，依据电树枝形状图像信息采集频率控制打开透射光源电源对针电极与试样电连接位置(电树枝产生位置)进行照射，同时控制CCD相机通过显微镜采集针电极与试样电连接位置(电树枝产生位置)图像信号，从而获得电树枝形状图像信息；
b.采集电树枝发光强度信息及电树枝空间电荷分布信息，通过光电倍增管采集电树枝发光强度信息，当光电倍增管采集到电树枝发光强度信息时，触发CCD相机通过显微镜采集针电极与试样电连接位置(电树枝产生位置)图像信号，从而获得电树枝空间电荷分布信息，在光电倍增管采集到电树枝发光强度信息时，透射光源电源处于关闭状态，不再采集电树枝形状图像信息；
c.采集电树枝各个时期局部放电的电信号，通过电流传感器采集试样电压调节回路电流信号，从而生成电树枝各个时期局部放电的电信号；
d.对所采集的上述电树枝形状图像信息，电树枝发光强度信息及电树枝空间电荷分布信息，电树枝各个时期局部放电的电信号按采集时间顺序进行整理，从而生成交联聚乙烯微观放电检测信息。
本发明进一步改进在于：
电树枝形状图像信息采集周期为一分钟。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明可对交联聚乙烯针板电极下电树枝诱发、引发、发展过程中微观放电的电信号及光信号进行检测。高电压作用于针电极时，可通过敞口玻璃容器后端的光电倍增管对电树枝各时期光信号进行采集与测量，利用电流传感器对电树枝各个时期的电信号进行采集测量，利用超暗光CCD相机对电树枝各时期的放电位置进行拍照记录，每隔1分钟利用视频显微镜拍摄电树枝状态图像，并将以上所得信息传输至工控机，实现对电树枝各时期电信号及光信号的记录与处理。该系统融合了高灵敏光电倍增管、超暗光CCD相机以及高频电流传感器等检测手段，充分发挥了光学检测抗干扰性能强、噪声低、响应快、灵敏性高以及特高频检测范围广等特点，实现交联聚乙烯高压电缆针板电极下电树枝生长过程中微观放电的光信号以及高频电流信号的同步高效采集，再通过对采集的光信号及高频电流信号进行挖掘与融合处理获得丰富的、单一检测技术无法提供的局部放电检测信息，进而实现对局部放电信息的精确识别与判断，获得交联聚乙烯电缆中电树枝内部微观放电特征。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
在附图中：1.高压电源；2.针电极；3.三维移动平台；4.二甲基硅油；5.敞口玻璃容器；6.工控机；7.CCD相机；8.显微镜；9.透射光源；10.光电倍增管；11.电流传感器；12.绝缘试样夹；13.显示器。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
将交联聚乙烯绝缘材料制备成透薄长方体形状，作为固体绝缘材料电树枝引发生长的观察试样。
由图1所示的实施例可知，本实施例包括试样电压调节回路，试样状态调整装置和电树枝生长过程检测装置；
试样电压调节回路包括高压电源1【型号：DW-P503-1ACDF，输出电压：DC0～+50000V】，导线，试样导电连接片和针电极2，高压电源1的正极通过导线与针电极2电连接，针电极2用于插入试样的上端，高压电源1的负极通过导线与试样导电连接片电连接，试样导电连接片用于电连接试样的下端；
试样状态调整装置包括三维移动平台3【型号：LD60设置有千分尺螺旋推进旋钮，可精确改变平台的移动距离与方向】和盛装有二甲基硅油4的敞口玻璃容器5，三维移动平台3上放置盛装有二甲基硅油4的敞口玻璃容器5，以对敞口玻璃容器5进行位置调整，敞口玻璃容器5内盛装的二甲基硅油4用于浸泡试样及与试样电连接的试样导电连接片(图中未示出)和针电极2，防止试样9试验过程中发生沿面闪络并保证其透光性；
电树枝生长过程检测装置包括工控机6【型号：IPC-510H】，装有视频观测系统软件，能够实时对实验现象进行拍摄保存，CCD相机7【型号：PyLoN/PyLoN-IR】，显微镜8【型号：BX53】，透射光源9【型号：DM-9068】，光电倍增管【型号：R6350】10和电流传感器11【型号：HFCT050高频电流传感器】，结构为矩形环可开合式结构，便于安装与测量，传感器内径为50mm×50mm，工作频率为0.3-150MHz，使用罗果夫斯基线圈方式，在环状磁芯材料上围绕多圈导电线圈，将试样的接地线穿过磁芯中心，显微镜8安装在CCD相机7镜头前端，以使CCD相机7通过显微镜8采集针电极2与试样电连接位置(电树枝产生位置)图像信号，并将所采集的图像信号输入至工控机6；透射光源9用于照射针电极2与试样电连接位置(电树枝产生位置)，工控机6控制透射光源9电源开或关；光电倍增管10用于检测针电极2与试样电连接位置(电树枝产生位置)的光强度信号，并将所采集的光强度信号输入至工控机6；电流传感器11用于采集试样电压调节回路电流信号，当试样9发生局部放电时，试样接地线18上产生的高频电流会引起高频交变电磁场的变化从而在线圈上产生感应电压，并将所采集的电流信号输入至工控机6。
电流传感器11设置在试样导电连接片与高压电源1的负极之间的导线上。
敞口玻璃容器5为高透石英材质；敞口玻璃容器5底部设有用于固定试样的绝缘试样夹12，防止试验过程中试样自主移动，便于对试样的检测与拍照记录。
交联聚乙烯微观放电检测前准备事项：为了保证光电倍增管可以正常工作并保证CCD相机3可以捕捉清晰的放电图像，将试验系统放置于暗室环境中，将多根银针作为针电极同时推入试样相同深度，同时确保针尖无气泡。根据实验要求，针尖部分插入试样深度需保持一致，针电极彼此等间距排列，实验人员带好一次性橡胶手套，用浓度高于75％的医用酒精和擦镜布对长方体试样表面前后进行擦拭，确保XLPE试样表面无指纹印记。擦拭完毕，双手将试样垂直放入敞口玻璃容器5内部，用绝缘试样夹12将试样两端固定好，并肉眼观测试样位置使其在容器5正中部。
一种交联聚乙烯微观放电检测方法，包括以下步骤：
a.采集电树枝形状图像信息，设定电树枝形状图像信息采集频率，依据电树枝形状图像信息采集频率控制打开透射光源9电源对针电极2与试样电连接位置(电树枝产生位置)进行照射，同时控制CCD相机7通过显微镜8采集针电极2与试样电连接位置(电树枝产生位置)图像信号，从而获得电树枝形状图像信息；
b.采集电树枝发光强度信息及电树枝空间电荷分布信息，通过光电倍增管10采集电树枝发光强度信息，检测信号经光电转换通过信号线传输至工控机上的高频采集卡，进行采集记录。当光电倍增管10采集到电树枝发光强度信息时，触发CCD相机7通过显微镜8采集针电极2与试样电连接位置(电树枝产生位置)图像信号，CCD相机采用超长曝光设置，从而获得电树枝空间电荷分布信息，该信号能够准确分析交联聚乙烯材料电树枝各个时期放电发生的具体位置，为电树枝各时期空间电荷分布提供有力依据，在光电倍增管10采集到电树枝发光强度信息时，透射光源9电源处于关闭状态，不再采集电树枝形状图像信息；
c.采集电树枝各个时期局部放电的电信号，通过电流传感器11采集试样电压调节回路电流信号，从而生成电树枝各个时期局部放电的电信号，该信号能够准确分析交联聚乙烯材料电树枝各个时期局部放电的电信号；
d.对所采集的上述电树枝形状图像信息，电树枝发光强度信息及电树枝空间电荷分布信息，电树枝各个时期局部放电的电信号按采集时间顺序进行整理，从而生成交联聚乙烯微观放电检测信息。
电树枝形状图像信息采集周期为一分钟。
显示器13作为人机交互窗口对接收的信号进行分析处理。
Claims (5)
1.一种交联聚乙烯微观放电的光电联合检测系统，其特征在于：包括试样电压调节回路，试样状态调整装置和电树枝生长过程检测装置；
所述试样电压调节回路包括高压电源(1)，导线，试样导电连接片和针电极(2)，所述高压电源(1)的正极通过导线与所述针电极(2)电连接，所述针电极(2)用于插入试样的上端，所述高压电源(1)的负极通过导线与试样导电连接片电连接，所述试样导电连接片用于电连接试样的下端；
所述试样状态调整装置包括三维移动平台(3)和盛装有二甲基硅油(4)的敞口玻璃容器(5)，所述三维移动平台(3)上放置盛装有二甲基硅油(4)的敞口玻璃容器(5)，以对敞口玻璃容器(5)进行位置调整，所述敞口玻璃容器(5)内盛装的二甲基硅油(4)用于浸泡试样及与所述试样电连接的试样导电连接片和针电极(2)；
所述电树枝生长过程检测装置包括工控机(6)，CCD相机(7)，显微镜(8)，透射光源(9)，光电倍增管(10)和电流传感器(11)，所述显微镜(8)安装在所述CCD相机(7)镜头前端，以使所述CCD相机(7)通过显微镜(8)采集所述针电极(2)与试样电连接位置(电树枝产生位置)图像信号，并将所采集的图像信号输入至所述工控机(6)；所述透射光源(9)用于照射所述针电极(2)与试样电连接位置(电树枝产生位置)，所述工控机(6)控制所述透射光源(9)电源开或关；所述光电倍增管(10)用于检测所述针电极(2)与试样电连接位置(电树枝产生位置)的光强度信号，并将所采集的光强度信号输入至所述工控机(6)；所述电流传感器(11)用于采集所述试样电压调节回路电流信号，并将所采集的电流信号输入至所述工控机(6)。
2.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯微观放电的光电联合检测系统，其特征在于：所述电流传感器(11)设置在所述试样导电连接片与所述高压电源(1)的负极之间的导线上。
3.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯微观放电的光电联合检测系统，其特征在于：所述敞口玻璃容器(5)为高透石英材质；所述敞口玻璃容器(5)底部设有用于固定试样的绝缘试样夹(12)。
4.一种交联聚乙烯微观放电检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a.采集电树枝形状图像信息，设定电树枝形状图像信息采集频率，依据电树枝形状图像信息采集频率控制打开透射光源(9)电源对所述针电极(2)与试样电连接位置(电树枝产生位置)进行照射，同时控制所述CCD相机(7)通过显微镜(8)采集所述针电极(2)与试样电连接位置(电树枝产生位置)图像信号，从而获得电树枝形状图像信息；
b.采集电树枝发光强度信息及电树枝空间电荷分布信息，通过光电倍增管(10)采集电树枝发光强度信息；当光电倍增管(10)采集到电树枝发光强度信息时，触发所述CCD相机(7)通过显微镜(8)采集所述针电极(2)与试样电连接位置(电树枝产生位置)图像信号，从而获得所述电树枝空间电荷分布信息；在所述光电倍增管(10)采集到电树枝发光强度信息时，透射光源(9)电源处于关闭状态，不再采集电树枝形状图像信息；
c.采集电树枝各个时期局部放电的电信号，通过所述电流传感器(11)采集所述试样电压调节回路电流信号，从而生成电树枝各个时期局部放电的电信号；
d.对所采集的上述电树枝形状图像信息，电树枝发光强度信息及电树枝空间电荷分布信息，电树枝各个时期局部放电的电信号按采集时间顺序进行整理，从而生成交联聚乙烯微观放电检测信息。
5.根据权利要求4所述的一种交联聚乙烯微观放电检测方法，其特征在于：所述电树枝形状图像信息采集周期为一分钟。
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| CN202010523936.8A Pending CN111521920A (zh) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | 一种交联聚乙烯微观放电的光电联合检测系统及检测方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN111521920A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112130048A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-25 | 天津大学 | 一种交联聚乙烯试样、制备方法及测量装置 |
| CN114034998A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-02-11 | 清华大学 | 聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法及装置 |
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2020
- 2020-06-10 CN CN202010523936.8A patent/CN111521920A/zh active Pending
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| CN112130048A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-25 | 天津大学 | 一种交联聚乙烯试样、制备方法及测量装置 |
| CN112130048B (zh) * | 2020-09-23 | 2021-09-21 | 天津大学 | 一种交联聚乙烯试样、制备方法及测量装置 |
| CN114034998A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-02-11 | 清华大学 | 聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法及装置 |
| CN114034998B (zh) * | 2021-11-11 | 2022-08-30 | 清华大学 | 聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法及装置 |
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