CN112505492A - 电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性的研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性的研究方法，包括：步骤一、制备试验样品，样品中注入一个圆形气泡；步骤二、安装试验样品，将试验样品夹持在上下两电极之间；步骤三、在局部放电测量设备上检测试验样品，获得不同交流电压加压下的试验数据；步骤四、在显微镜下观测样品的老化程度；步骤五：用Raman光谱仪分析获得老化部分的化学成分。本研究方法集中于发现在硅胶中空气间隙的老化发展进程，并通过Raman光谱仪分析获得样品老化部分的化学成分，进而对电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性提供了一种新的研究思路。
Description
技术领域
本发明属于电力工业技术领域，涉及电力系统中的局部放电研究，特别涉及一种电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性的研究方法。
背景技术
在全球特高压趋势下，随着电压等级的提高，对绝缘材料的质量的要求越来越高。尤其在高压电力电缆领域以及高压输电线路的范围对固体绝缘材料的要求有着更高的标准。如果绝缘材料无法满足特高压对绝缘材料的要求，将会造成供电系统的严重故障。这种故障会对特高压下的电力系统造成极大的危害，对供电可靠性和安全性造成极大的不利。因此这就涉及到了本文所提到的固体绝缘材料中的杂质问题。微型间隙包括发生在绝缘介质中的因为生产的瑕疵所造成的微型空气小泡，以及污染物。并且，这些瑕疵可能在工厂的设备测试中不会被监测到，但是他们的影响是非常明显的当他们在强大的电场当中。很低的在空气间隙中的介质因数将导致在比固体介质中的要高的场强。这个现象将导致局部放电的发生。有两种条件将导致局部放电发生在电场中的小泡,第一种就是施加的电压高于起始电压，第二种就是在气泡中有自由电子存在。自由电荷包含着巨大的能量将冲击空气间隙的表面。因为化学变化和热老化对于气体间隙的表面的原因以及局部放电在集中冲击，凹凸的痕迹将初始存在于空气间隙和固体介质的表面。在下一阶段，领带电树枝有可能在长期的电场下以及局部放电的冲击下产生。最后这样的现象导致样品的击穿。因此在空气间隙的老化过程的发展对电力设备的绝缘介质有着非常严重的影响。而目前对这方面的研究很少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性的研究方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性的研究方法，其特征在于；包括如下步骤：
步骤一、制备试验样品：原材料采用液态的硅胶和硬化物，按照10:1的比例，制备过程如下：
1)搅拌硅胶和硬化物，使两种成分混合均匀，形成混合液，且排出混合液中的气泡；
2)将搅拌均匀的混合液进行抽真空处理；
3)将混合液倒入盘体内，置于烘烤设备中，进行半硬化处理：
4)向半硬化处理的样品中注入一个圆形气泡，气泡直径为1mm；
5)对注入气泡后的样品在烘烤设备中进行全硬化处理；
6)按照后序老化试验的规格对全硬化后的样品进行裁切，形成与试验电极匹配的试验样品，每个试验样品的后端为厚度是2mm±150μm；
步骤二、安装试验样品：
将试验样品夹持在上下两电极之间，下电极采用蘑菇状电极并接地，采用五个下电极，每个电极对应一试验样品，五个下电极均插装到下电极支撑板上；
步骤三、在局部放电测量设备上检测试验样品，获得不同交流电压加压下的试验数据；
步骤四、在显微镜下观测样品的老化程度；
步骤五：用Raman光谱仪分析获得老化部分的化学成分。
进一步的：步骤一中抽真空处理的时间为50分钟；半硬化处理的温度为60°，时间为10分钟。
进一步的：步骤三中局部放电测量设备采用MTRONIX MPD 600系统，包括高电压设备、高电压过滤器，耦合装置、局部放电检测器，USB控制器，USB控制器用于连接电脑。
本发明具有的优点和积极效果：
本研究方法集中于发现在硅胶中空气间隙的老化发展状况，观察老化过程当中局部放电数据变化，分析老化过程对局部放电过程的影响，以及通过局部放电数据对老化程度提供判断依据，并通过Raman光谱仪分析获得样品老化部分的化学成分，进而确定老化过程。通过这些实验方法，以此对电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性提供了一种新的研究思路，这种实验方法，对固体绝缘介质的老化过程提供了一种行之有效的判断依据，并可广泛应用于电力工程领域，以提前预防微小的老化过程导致对电力设施的破坏，从而减少电力企业以及制造商的经济损失。
附图说明
图1是本发明试验样品安装示意图；
图2是本发明对试验样品进行局部放电试验示意图；
图3是在交流电场下被切割的气泡的表面的不同老化程度的显微镜图片；
图4为被切割样品的各种位置的Raman光谱图；
图5是在在16kV交流电压加压后实验数据图；
图6是在14kV交流电压加压后实验数据图；
图7是在13kV交流电压加压后实验数据图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性的研究方法，请参见图1-7，,包括如下步骤：
步骤一、制备试验样品：原材料采用液态的硅胶和硬化物，按照10:1的比例，制备过程如下：
1)搅拌硅胶和硬化物，使两种成分混合均匀，形成混合液，且排出混合液中的气泡；
2)将搅拌均匀的混合液进行抽真空处理，抽真空的时间为50分钟左右。
3)将混合液倒入盘体内，盘体可采用塑料盘，置于烘烤设备中，进行半硬化处理。半硬化处理的温度为60°左右，时间为10分钟左右。
4)向半硬化处理的样品中注入一个圆形气泡，气泡直径为1mm，注入位置应该在样品厚度的中部位置。
5)对注入气泡后的样品在烘烤设备中进行全硬化处理；
6)按照后序老化试验的规格对全硬化后的样品进行裁切，形成与试验电极匹配的试验样品，每个试验样品的后端为厚度是2mm±150μm；
步骤二、安装试验样品，参见图1：
将试验样品100夹持在上下两电极之间，下电极采用蘑菇状电极并接地，采用五个下电极2，每个电极对应一试验样品，五个下电极均插装到下电极支撑板上，上电极1共用；
步骤三、在局部放电测量设备上检测试验样品，获得不同交流电压加压下的试验数据；
局部放电测量设备采用MTRONIX MPD 600系统，TRONIX MPD 600系统一个适用于实验室高电压设备局部放电在线测量的设备，包括高电压设备、高电压过滤器3，耦合装置4、局部放电检测器5，USB控制器6，USB控制器用于连接电脑7。这个系统捕捉任何在0赫兹到32赫兹的局部放电信号伴随着9千赫兹到3兆赫兹的带宽。在这个实验中，系统噪声在任何时候都是0.5pC-1pC。
图5-图7显示了在试验过程中，会对样品进行持续的加压，为了测量局部放电在老化过程中的变化情况，本专利所介绍的MTRONIX MPD 600系统将被用来持续采集局部放电信号以及局部放电图形，直至样品被老化击穿。通过分析实验数据，发现随着时间的推移，不同的局部放电形状会出现。
步骤四、在显微镜下观测样品的老化程度；图3中3个图片显示了不同老化程度的显微镜照片。从三个图片中可以看出，凹凸部分出现在硅胶和气泡的交界处。凹凸部分会在领带树枝之前出现。
步骤五：用Raman光谱仪分析获得老化部分的化学成分。
图4的三个样品的实验结果显示了分别描述被老化的部分、接近老化的部分和远离老化的部分的七条光谱。尤其是，1、2、3光谱描述了在图片4(a)里的老化区域，这些区域显示了硅胶的痕迹和一些荧光，但是，没有石墨碳的证据。4、5光谱(靠近老化区域的地方)6，7光谱(远离老化区域的地方)也没有显示出石墨碳的证据。图片4(a)中所显示的是比较类似于绝缘样品本身的化学性质的曲线。光谱2、6显示了在图片4(b)里的老化区域，这些显示在1310cm-1和1590cm-1的范围有G和D的石墨碳带(图中箭头指出的部分)。但是光谱1(老化部分)仅仅显示了相似于光谱3、4和光谱5、7(靠近老化区域的地方)的硅胶的痕迹。在图片4(c)中，光谱2显示了显示出一大部分荧光的老化区域，光谱1、3显示了相似于4、5光谱(靠近老化区域的地方)6、7光谱(远离老化区域的地方)的硅胶的痕迹。
碳在被切气泡的老化区域的存在显示了气泡的老化过程，这些过程包括聚乙烯的含硅胶和氧的结构。这些聚乙烯的链包含了碳。碳的存在可以被发现在以前的论文里的PE样品。
另外，在这些光谱中，关于硅胶的典型的峰可以在200和900cm-1并且这些描述老化区域和接近于老化区域的光谱的峰可以叠加到不同程度的荧光。像这样的荧光可以很平常的在Raman光谱仪中遇到。尤其是在这些被腐化的样品。出现在这些光谱中的荧光显示出老化可以出现在气泡和硅胶的交界处。而且，它显示出离这些老化区域比较近的区域会被老化过程影响。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变换和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (3)
1.一种电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性的研究方法，其特征在于；包括如下步骤：
步骤一、制备试验样品：原材料采用液态的硅胶和硬化物，按照10:1的比例，制备过程如下：
1)搅拌硅胶和硬化物，使两种成分混合均匀，形成混合液，且排出混合液中的气泡；
2)将搅拌均匀的混合液进行抽真空处理；
3)将混合液倒入盘体内，置于烘烤设备中，进行半硬化处理：
4)向半硬化处理的样品中注入一个圆形气泡，气泡直径为1mm；
5)对注入气泡后的样品在烘烤设备中进行全硬化处理；
6)按照后序老化试验的规格对全硬化后的样品进行裁切，形成与试验电极匹配的试验样品，每个试验样品的后端为厚度是2mm±150μm；
步骤二、安装试验样品：
将试验样品夹持在上下两电极之间，下电极采用蘑菇状电极并接地，采用五个下电极，每个电极对应一试验样品，五个下电极均插装到下电极支撑板上；
步骤三、在局部放电测量设备上检测试验样品，获得不同交流电压加压下的试验数据；
步骤四、在显微镜下观测样品的老化程度；
步骤五：用Raman光谱仪分析获得老化部分的化学成分。
2.根据权利要求1所述的电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性的研究方法，其特征在于：步骤一中抽真空处理的时间为50分钟；半硬化处理的温度为60°，时间为10分钟。
3.根据权利要求1所述的电力系统中局部放电对固体绝缘介质破坏性的研究方法，其特征在于：步骤三中局部放电测量设备采用MTRONIX MPD 600系统，包括高电压设备、高电压过滤器，耦合装置、局部放电检测器，USB控制器，USB控制器用于连接电脑。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210316 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |