CN112345898A - 一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统，包括油箱、高压电源装置、气泡注入装置和放电触发观测装置。油箱是击穿发生的主体装置，高压电源装置为油箱提供外施电压，气泡注入装置用于向油箱注入气泡，放电触发观测装置用于实现外施电压、击穿电信号及击穿影像的同步自触发采集。放电发生时，放电触发观测装置中的示波器存储击穿电信号、外施电压，同时输出TTL电平至高速摄像机的触发接口，高速摄像机存储击穿影像，实现了击穿电信号、外施电压和击穿影像的自动同步采集，从而能够为含气泡绝缘油的击穿机理研究提供研究素材。

Description

一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统

技术领域

本申请涉及电力装备技术领域，更具体地说，涉及一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统。

背景技术

大型电力变压器内部主要采用油纸复合绝缘，其中，绝缘油的品质对整个变压器的绝缘性能有着重要的影响。绝缘油在长期运行过程中，由于局部放电、局部过热、变压器振动、密封不严等因素，不可避免的产生气泡。气泡作为变压器油中的一种典型绝缘缺陷，其介电强度较低且内部场强较大，易诱发局部放电，进一步引起绝缘油劣化，严重时可以诱发绝缘油被击穿，从而导致变压器故障。

因此，有必要深入研究含气泡绝缘油的击穿机理，在研究时必须精确控制气泡尺寸、气泡数量以及气体种类等因素。然而，在工频电压作用下，含气泡绝缘油击穿的触发和发展是一个复杂的物理过程，同步采集外施电压、击穿电信号以及击穿影像是研究液体电介质击穿机理的关键手段。在工频电压下，击穿发生的时刻是随机的，目前实验设备无法实现在气泡击穿时对影像和多种信号进行同步采集，导致难以深入研究含气泡绝缘油的击穿机理。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统，用于在气泡击穿过程中同步采集影像和多种信号，以便为含气泡绝缘油的击穿机理深入研究提供研究素材。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统，包括油箱、高压电源装置、气泡注入装置和放电触发观测装置，其中：

所述油箱用于盛装绝缘油，并设置有实验电极和橡胶孔，所述实验电极包括平行设置的高压电极和地电极，所述橡胶孔用于使气泡注入装置注入气泡并提供密封功能；

所述高压电源装置包括试验变压器、一端与所述试验变压器连接的保护电阻、与所述保护电阻的另一端连接的电容分压器、一端与所述保护电阻的另一端连接的阻塞电阻和套管，所述阻塞电阻的另一端通过套管与所述高压电极电连接，所述电容分压器并联于所述试验变压器的高压与地之间；

所述气泡注入装置由注射针和注射器组成，所述注射针用于透过所述橡胶孔深入到所述油箱中部；

所述放电自触发观测装置包括高速摄像机、光源、耦合电容、检测阻抗、衰减探头和示波器，所述检测阻抗的一端通过所述耦合电容与所述高压电极电连接，所述检测阻抗的一端还通过同轴电缆连接至示波器，所述检测电阻的另一端接地，所述示波器的输出端通过同轴电缆连接至所述高速摄像机触发接口，所述电容分压器通过所述衰减探头与所述示波器连接。

可选的，所述高压电极与所述地电极均为平板电极。

可选的，所述高速摄像机与所述光源分别置于所述油箱的两侧，且所述高速摄像机和所述实验电极以及所述光源三点共线设置。

可选的，所述检测阻抗并联有瞬态抑制二极管。

可选的，所述高速摄像机通过独立电源供电。

可选的，所述油箱上设置有法兰，其中：

所述法兰的朝向所述油箱的内部的一侧设置有所述高压电极、朝向所述油箱的外侧的另一侧设置有所述套管。

可选的，所述油箱上设置有电极调节装置，其中：

所述电极调节装置用于调节所述地电极与所述高压电极之间的间距。

可选的，所述油箱的上部设置有气阀、下部设置有油阀。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统，包括油箱、高压电源装置、气泡注入装置和放电触发观测装置。油箱是击穿发生的主体装置，高压电源装置为油箱提供外施电压，气泡注入装置用于向油箱注入气泡，放电触发观测装置用于实现外施电压、击穿电信号及击穿影像的同步自触发采集。放电发生时，放电触发观测装置中的示波器存储击穿电信号、外施电压，同时输出TTL电平至高速摄像机的触发接口，高速摄像机存储击穿影像，实现了击穿电信号、外施电压和击穿影像的自动同步采集，从而能够为含气泡绝缘油的击穿机理研究提供研究素材。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统的示意图；

图2为本申请的击穿过程自触发观测系统在试验过程中同步采集的影像；

图3为本申请的击穿过程自触发观测系统在试验过程中同步采集的多种信号。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例的一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统的示意图。

如图1所示，本实施例提供的击穿过程自触发观测系统用于对含气泡绝缘油在击穿过程中进行同步影像采集，以便为含气泡绝缘油的击穿机理的深入研究提供依据。该系统包括油箱3、高压电源装置、气泡注入装置和放电触发观测装置。

油箱是击穿发生的主体装置，高压电源装置为油箱提供外施电压，气泡注入装置用于向油箱注入气泡，放电触发观测装置用于实现外施电压、击穿电信号及击穿影像的同步自触发采集。

油箱3上设置有油阀2、气阀1、实验电极4、法兰5、橡胶孔6和电极调节装置7。油箱可以选择聚甲基丙烯酸甲酯材质的透明油箱，方便观测击穿过程，聚甲基丙烯酸甲酯利用耐油腐蚀的高强度胶和绝缘螺杆粘合并固定，构成该透明油箱。

油箱箱盖31截面为梯形结构，箱盖两侧厚度分别为5mm和10mm，箱盖31上表面保持水平，箱盖31下表面呈一定角度。油箱箱底32截面为梯形结构，箱底32两侧厚度分别为5mm和10mm，箱底32下表面保持水平，箱底32上表面呈一定角度。气阀1安装在油箱内表面最高点处，油阀2安装在油箱内表面最低点处，这种设计可以保证注油时通过气阀完全排出气泡，排油时通过油阀排净绝缘油。实验电极4包括高压电极41和地电极42，均为铜材质平板电极，厚度10mm，直径100mm，电极边缘为圆弧过渡。

进一步，高压电极位置固定，地电极通过金属螺杆与固定在油道上的内螺纹金属管连接，旋转金属螺杆，地电极高度随之变化，实现两电极间距的调节，极板间距范围在3～20mm。该金属螺杆与内螺纹金属管构成电极调节装置7。

高压电源系统，包括试验变压器8、保护电阻9、电容分压器10、阻塞电阻11以及套管12。试验变压器8出口位置串接保护电阻9，电容分压器并联高压与接地之间，电容分压器的分压端子与示波器22连接，用以测量外施电压及获取放电相位，套管为环氧树脂浇铸的高压套管，可耐受100kV交流电压，通过法兰5固定在油箱上方。

气泡注入装置，由注射针13和注射器14组成，注射针13深入至油箱中心位置。注射针13材质为304不锈钢，长度为200mm，内径为0.3mm、0.6mm、0.9mm可选，通过更换不同孔径注射针13，来控制注入气泡的尺寸，注射器14选择筒径为5mm，便于控制注射气泡的体积。油箱3与气泡注入装置通过耐油腐蚀橡胶孔6连接，其作用在于方便控制注射针针尖的位置，同时便于更换不同孔径注射针13。气泡注入完毕后，应取出气泡注入装置，避免影响试验结果。注入气体的种类由注射器14内存储的气体决定。

放电触发观测系统包括高速摄像机15、光源16、耦合电容17、检测阻抗18、瞬态抑制二极管19、UPS20、衰减探头21以及示波器22。

高速摄像机型号选择PHOTRON SA5，光源型号为AIT-200，是一种高强度无频闪LED冷光源，光源16和高速摄像机15分别放置于油道两侧，并与两电极中心位置高度一致，光源16、高速摄像机15和两电极中心三点共线，利用阴影成像法拍摄击穿影像。

高速摄像机工作在中心点触发模式，通过调节高速摄像机的焦距、光圈、曝光时间等参数，使成像清晰锐利。分压电容器10通过衰减探头连接至示波器。阻塞电阻11串接于耦合电容17与电容分压器10高压端之间，用以提高检测阻抗的检测灵敏度，检测阻抗18输出端连接至示波器22，并选择为示波器22触发通道，放电发生时，示波器22存储击穿电信号、外施电压，同时输出TTL电平至高速摄像机15的触发接口，高速摄像机15存储击穿影像，从而实现击穿电信号、外施电压和击穿影像的自动同步采集，其中采集的影像如图2所示，同步采集的信号如图3所示。

进一步，在示波器22入口位置并联瞬态抑制二极管19，在击穿发生时导通，避免示波器22输入超限，保护示波器22免受冲击损坏。

进一步，高速摄像机15采用独立电源供电，在击穿试验中，采用UPS20内置电池供电，以保证高速摄像机15免受击穿引起的冲击而损坏。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统，包括油箱、高压电源装置、气泡注入装置和放电触发观测装置。油箱是击穿发生的主体装置，高压电源装置为油箱提供外施电压，气泡注入装置用于向油箱注入气泡，放电触发观测装置用于实现外施电压、击穿电信号及击穿影像的同步自触发采集。放电发生时，放电触发观测装置中的示波器存储击穿电信号、外施电压，同时输出TTL电平至高速摄像机的触发接口，高速摄像机存储击穿影像，实现了击穿电信号、外施电压和击穿影像的自动同步采集，从而能够为含气泡绝缘油的击穿机理研究提供研究素材。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种含气泡绝缘油的击穿过程自触发观测系统，其特征在于，包括油箱、高压电源装置、气泡注入装置和放电触发观测装置，其中：

所述油箱用于盛装绝缘油，并设置有实验电极和橡胶孔，所述实验电极包括平行设置的高压电极和地电极，所述橡胶孔用于使气泡注入装置注入气泡并提供密封功能；

所述高压电源装置包括试验变压器、一端与所述试验变压器连接的保护电阻、与所述保护电阻的另一端连接的电容分压器、一端与所述保护电阻的另一端连接的阻塞电阻和套管，所述阻塞电阻的另一端通过套管与所述高压电极电连接，所述电容分压器并联于所述试验变压器的高压与地之间；

所述气泡注入装置包括注射针和注射器组成，所述注射针用于透过所述橡胶孔深入到所述油箱中部；

所述放电自触发观测装置包括高速摄像机、光源、耦合电容、检测阻抗、衰减探头和示波器，所述检测阻抗的一端通过所述耦合电容与所述高压电极电连接，所述检测阻抗的一端还通过同轴电缆连接至示波器，所述检测电阻的另一端接地，所述示波器的输出端通过同轴电缆连接至所述高速摄像机触发接口，所述电容分压器通过所述衰减探头与所述示波器连接。

2.如权利要求1所述的击穿过程自触发观测系统，其特征在于，所述高压电极与所述地电极均为平板电极。

3.如权利要求1所述的击穿过程自触发观测系统，其特征在于，所述高速摄像机与所述光源分别置于所述油箱的两侧，且所述高速摄像机和所述实验电极以及所述光源三点共线设置。

4.如权利要求1所述的击穿过程自触发观测系统，其特征在于，所述检测阻抗并联有瞬态抑制二极管。

5.如权利要求1所述的击穿过程自触发观测系统，其特征在于，所述高速摄像机通过独立电源供电。

6.如权利要求1所述的击穿过程自触发观测系统，其特征在于，所述油箱上设置有法兰，其中：

所述法兰的朝向所述油箱的内部的一侧设置有所述高压电极、朝向所述油箱的外侧的另一侧设置有所述套管。

7.如权利要求1所述的击穿过程自触发观测系统，其特征在于，所述油箱上设置有电极调节装置，其中：

所述电极调节装置用于调节所述地电极与所述高压电极之间的间距。

8.如权利要求1所述的击穿过程自触发观测系统，其特征在于，所述油箱的上部设置有气阀、下部设置有油阀。

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