CN114034998B - 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 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种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，该方法包括：以交联前为液体组分的聚合物原料制备固体绝缘试样，将针电极预埋入未交联的液体试样内部，交联后得到圆柱形固体绝缘试样；将固体绝缘试样固定于四轴运动滑台的载物台上，对固体绝缘试样执行平移操作和旋转操作，使得针尖处的电树枝始终处于光学显微镜的焦点上；在聚合物电树枝老化与局部放电测试过程中，按照分级进阶通道切换策略，通过旋转转盘对多个通道进行切换并观测，得到针尖360°旋转后三维电树枝形态图像数据。由此，可以解决聚合物绝缘材料内部电树枝演化过程三维形态在线实时观测问题。

Description

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

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种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。

背景技术

电缆附件用于连接电缆本体，为了保证电缆附件内部绝缘的电场分布均匀，其结构一般设计较为复杂。然而，在电缆敷设和电缆附件制造过程中容易产生缺陷或引入杂质，使得局部电场集中，所以电缆附件绝缘是电缆系统的薄弱环节。目前，国内电缆附件的设计制造水平在国际上与领先国家尚有距离，而进口的固体绝缘电缆附件良莠不齐，导致现有的电缆附件给电力系统安全运行带来了极大的隐患。电缆接头故障是引发电网故障的重要因素之一，报道过的电力系统风机脱网事故中，电缆接头击穿是引发事故的主要原因。

电树枝是聚合物绝缘材料中常见的一种劣化缺陷，因为外型上与自然界的树木形态相似而得名。20世纪50年代首次在聚合物绝缘介质中被发现。电树枝老化是引起聚合物绝缘材料破坏的重要因素之一。随着电压等级的不断提高，高压电缆及其附件绝缘内部平均承受电场也在不断提高，而在局部电场集中处绝缘材料极易面临严重的电场畸变。电力电缆运行时间长、检修不便，因此电缆绝缘中的电树枝老化是影响电缆运行可靠性、限制电压等级的重要因素。

电树枝老化是一种多过程综合作用的复杂现象。在聚合物绝缘材料制备或电缆挤塑成型的过程中不可避免的混入杂质，形成气泡、微孔和毛刺。在外施电场的作用下，这些缺陷形成局部的电场集中。当缺陷处电场超过局部放电的起始电场，局部放电率先在缺陷处引发。在材料内部局部放电的作用下，临近气隙或气泡位置的绝缘物质发生分解、破坏，并沿电场方向逐渐向绝缘层深处发展，在有机绝缘材料中放电发展通道会呈树枝状。由于多个物理过程的综合作用，受研究手段和研究技术的限制，上述聚合物材料中电树枝的起始和生长过程还不甚明确，电树枝破坏通道形貌、微观形貌也并不明确，现有研究中主要针对电树枝的二维形态，而三维电树枝形态研究受限于测试技术而极少有相关报道，导致了对电树枝形成机理虽然提出了各种学说，但目前尚无定论。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的一个目的在于提出一种聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法，该方法解决了聚合物绝缘材料内部电树枝演化过程三维形态在线实时观测问题。

本申请的另一个目的在于设计一种聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量装置。

为达到上述目的，本申请一方面实施例提出了一种聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法，包括：

以交联前为液体组分的聚合物原料制备固体绝缘材料，将针电极预埋入未交联的液体试样内部，交联后得到圆柱形固体绝缘试样；

将所述固体绝缘试样固定于四轴运动滑台的载物台上，使得对所述固体绝缘试样和所述针电极执行平移操作和旋转操作，使得针尖处的电树枝始终处于光学显微镜的焦点上；以及

在聚合物电树枝老化与局部放电测试过程中，按照分级进阶通道切换策略，通过旋转转盘对多个通道进行切换并观测，得到针尖360°旋转后三维电树枝形态图像数据。

另外，根据本申请上述实施例的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述将针电极预埋入未交联的液体试样内部，包括：调整所述针电极与所述固体绝缘试样的中轴线保持水平平行，使得所述针电极与所述固体绝缘试样的中轴线重合。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述使得对所述固体绝缘试样和所述针电极执行平移操作和旋转操作，包括：

若所述针电极的中轴线与所述固体绝缘试样的中轴线未重合，所述针电极与所述固体绝缘试样的中轴线平行或不平行，利用所述四轴运动滑台沿着x轴移动第一距离，沿着y轴移动第二距离，沿着z轴移动第三距离，以将所述针尖第一次置于所述光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；利用所述四轴运动滑台的旋转轴将所述固体绝缘试样旋转固定第一角度后，利用所述四轴运动滑台沿着x轴移动第四距离，沿着y轴移动第五距离，以将所述针尖第二次置于所述光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；累计旋转360°后得到所述三维电树枝形态图像数据；

若所述针电极的中轴线与所述固体绝缘试样的中轴线重合，则利用所述四轴运动滑台沿着z轴移动第六距离以将针尖置于所述光学显微镜的焦点上，利用所述四轴运动滑台的旋转轴将所述固体绝缘试样旋转360°后，得到所述三维电树枝形态图像数据。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述第一距离和所述第二距离由针电极中心坐标得到，其中，所述针电极中心坐标(x₀，y₀，z₀)的计算公式为：

x₀＝l₀cosθ₀，

y₀＝l₀sinθ₀，

z₀＝z_f，

其中，θ₀为所述固体绝缘试样中轴线与所述针电极中心的夹角，l₀为所述固体绝缘试样中轴线与所述针电极中心位置的距离，z_f为显微镜焦点在z轴上的坐标。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述第一角度、所述第四距离和所述第五距离由旋转第一角度前后针电极的中心坐标得到，所述旋转第一角度后针电极中心坐标(x₁，y₁)的计算公式为：

x₁＝l₀cos(θ₀+n₁)，

y₁＝l₀sin(θ₀+n₁)，

其中，n₁为所述第一角度，l₀为所述固体绝缘试样中轴线与所述针电极中心位置的距离，所述第四距离Δx和所述第五距离Δy的计算公式为：

Δx＝|x₀-x₁|，

Δy＝|y₀-y₁|。

进一步地，在本申请的一个实施例中，在所述的分级进阶通道切换策略中，所述聚合物电树枝老化与局部放电测试过程包括起树前、起树时、电树枝生长期、电树枝滞长期和电树枝快速生长期。

为达到上述目的，本申请另一方面实施例设计了一种聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量装置，包括：

制备模块，用于以交联前为液体组分的聚合物原料制备固体绝缘材料，将针电极预埋入未交联的液体试样内部，交联后得到圆柱形固体绝缘试样；

调节模块，用于将所述固体绝缘试样固定于四轴运动滑台的载物台上，使得对所述固体绝缘试样和所述针电极执行平移操作和旋转操作，使得针尖处的电树枝始终处于光学显微镜的焦点上；以及

测量模块，用于在聚合物电树枝老化与局部放电测试过程中，按照分级进阶通道切换策略，通过旋转转盘对多个通道进行切换并观测，得到针尖360°旋转后三维电树枝形态图像数据。

另外，根据本申请上述实施例的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述将针电极预埋入未交联液体试样内部，包括：调整所述针电极与所述液体固体绝缘的中轴线保持水平平行，使得所述针电极与所述固体绝缘试样的中轴线重合。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述使得对所述固体绝缘试样和所述针电极执行平移操作和旋转操作，包括：

若所述针电极的中轴线与所述固体绝缘试样的中轴线未重合，所述针电极与所述固体绝缘试样的中轴线平行或不平行，利用所述四轴运动滑台沿着x轴移动第一距离，沿着y轴移动第二距离，沿着z轴移动第三距离，以将所述针尖第一次置于所述光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；利用所述四轴运动滑台的旋转轴将所述固体绝缘试样旋转固定第一角度后，利用所述四轴运动滑台沿着x轴移动第四距离，沿着y轴移动第五距离，以将所述针尖第二次置于所述光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；累计旋转360°后得到所述三维电树枝形态图像数据；

若所述针电极的中轴线与所述固体绝缘试样的中轴线重合，则利用所述四轴运动滑台沿着z轴移动第六距离以将针尖置于所述光学显微镜的焦点上，利用所述四轴运动滑台的旋转轴将所述固体绝缘试样旋转360°后，得到所述三维电树枝形态图像数据。

进一步地，在本申请的一个实施例中，在所述分级进阶通道切换策略中，所述聚合物电树枝老化与局部放电测试过程包括起树前、起树时、电树枝生长期、电树枝滞长期和电树枝快速生长期。

本申请实施例的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，具有以下有益效果：

1)为全面监测聚合物材料典型绝缘缺陷的物理发展过程提供研究手段；

2)为聚合物材料电树枝老化三维形态在线实时观测提供技术方案；

3)为建立聚合物材料电树枝老化-局部放电的定量对应关系提供研究手段；

4)多通道策略解决了实验室模拟聚合物绝缘加速老化的效率问题，同时利用局部放电的精确测量，可根据不同电树枝阶段及时切换到需要拍照和录像的通道，提高研究过程的自动化和智能化水平。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请一个实施例的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法流程图；

图2为根据本申请一个具体实施例的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法流程图；

图3为根据本申请一个实施例的针板绝缘缺陷试样示意图；

图4为根据本申请一个实施例的基于四轴运动滑台的聚合物试样三维电树枝运动控制模块示意图；

图5为根据本申请一个实施例的针电极位置从P₀逆时针旋转角度n₁后到达P₁位置的示意图；

图6为根据本申请一个实施例搭建的测量系统结构示意图；

图7为根据本申请一个实施例的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量装置结构示意图。

附图标记：1-可控变频电源，2-电力变压器，3-保护电阻，4-高压探头，5-示波器，6-耦合电容，7-检测阻抗，8-温度控制，9-摄像仪，10-计算机图形分析，11-数字式局部放电综合分析仪，12-多通道转盘，13-被检测样品。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参照附图描述根据本申请实施例提出的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。

首先将参照附图描述根据本申请实施例提出的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法。

图1为根据本申请一个实施例的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法流程图。图2为根据本申请一个具体实施例的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法流程图。

如图1和图2所示，该聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法包括以下步骤：

步骤S1，以交联前为液体组分的聚合物原料制备固体绝缘材料，将针电极预埋入未交联的液体试样内部，交联后得到圆柱形固体绝缘试样。

以电缆附件常用的硅橡胶绝缘材料为例。首先，使用双组分加成型高温交联液体硅橡胶作为聚合物试样。液体硅橡胶首先将双组分按规定的质量配比进行混合，经过充分搅拌、真空处理，以消除微小气泡对于后续试验的影响。在本申请中，采用针-板电极结构模拟电缆附件绝缘中的凸起、毛刺等绝缘缺陷，以模拟典型的局部电场集中工况。利用模具将硅橡胶材料热压交联并成型为圆柱形，同时为了避免针尖的机械应力对硅橡胶材料的损伤，提前在液体硅橡胶交联前将针电极和半导电硅胶修剪成合适的尺寸，并将针电极另一端插入半导电硅胶以确定针电极的空间位置，将针电极和半导电硅胶同时预埋入液体硅橡胶试样中，调整针电极与液体硅橡胶的中轴线保持水平平行，使得针电极与硅橡胶试样的中轴线重合，以此来模拟实际电缆附件中的半导电层凸起和毛刺等绝缘缺陷，结合图3所示。然后，将液体硅橡胶进行热压交联，交联后得到圆柱形固体绝缘试样。

步骤S2，将固体绝缘试样固定于四轴运动滑台的载物台上，使得对固体绝缘试样和针电极执行平移操作和旋转操作，使得针尖处的电树枝始终处于光学显微镜的焦点上。

可选地，在本申请的实施例中，将针电极预埋入未交联的液体试样内部，包括：调整针电极与固体绝缘试样的中轴线保持水平平行，使得针电极与固体绝缘试样的中轴线尽可能重合。

具体地，本申请的实施例选用的针电极和板电极的材质均为金属，包括不锈钢、黄铜、铝合金等。针电极直径为100μm～500μm，长度为1cm～5cm，针尖曲率半径为1μm～10μm，针尖距离板电极(地电极)距离为2mm～4mm。在将针电极预埋入液体硅橡胶内部时，尽可能调整针电极与液体硅橡胶中轴线保持水平平行，目标则是针电极与圆柱形硅橡胶的中轴线完全重合，以方便后续三维电树枝形态的观测。

结合图4所示，选用的高精度四轴运动滑台，具有四个轴。其中，x轴和y轴分别进行水平和竖直方向移动，z轴进行前进和后退方向移动。移动精度为1μm，可以实现针尖位置电树枝在三个方向的高精度移动。此外，还有一个旋转轴θ，可以进行360°旋转，旋转精度为0.1°，实现三维电树枝的高精度旋转控制。圆柱型硅橡胶试样固定在运动滑台的载物台上，因此x轴、y轴、z轴和θ轴共同实现硅橡胶试样和针电极的移动和旋转，确保在线实时观察、拍照与录像三维电树枝形态的过程中，针尖电树枝始终处于光学显微镜的焦点上。需要指出，通过四轴运动滑台技术实现针尖电树枝始终处于光学显微镜的焦点上，而非利用光学显微镜自带的对焦旋钮来手动调整，从而可以方便实现多通道下三维电树枝的自动化观测。

可选地，在本申请的实施例中，使得对硅橡胶试样和针电极执行平移操作和旋转操作，包括：

若针电极的中轴线与固体绝缘试样的中轴线未重合，针电极与固体绝缘试样的中轴线平行或不平行，利用四轴运动滑台沿着x轴移动第一距离，沿着y轴移动第二距离，沿着z轴移动第三距离，以将针尖第一次置于光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；利用四轴运动滑台的旋转轴将固体绝缘试样旋转固定第一角度后，利用四轴运动滑台沿着x轴移动第四距离，沿着y轴移动第五距离，以将针尖第二次置于光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；累计旋转360°后得到三维电树枝形态图像数据；

若针电极的中轴线与固体绝缘试样的中轴线重合，则利用四轴运动滑台沿着z轴移动第六离以将针尖置于光学显微镜的焦点上，利用四轴运动滑台的旋转轴将固体绝缘试样旋转360°后，得到三维电树枝形态图像数据。

可选地，在本申请的实施例中，第一距离、第二距离和第三距离由针电极中心坐标得到，其中，针电极中心坐标(x₀，y₀，z₀)的计算公式为：

x₀＝l₀cosθ₀，

y₀＝l₀sinθ₀，

z₀＝z_f，

其中，θ₀为固体绝缘试样中轴线与针电极中心的夹角，l₀为固体绝缘试样中轴线与针电极中心位置的距离，z_f为显微镜焦点在z轴上的坐标。

可选地，在本申请的实施例中，第一角度、第四距离和第五距离由旋转第一角度前后针电极的中心坐标得到，其中，旋转第一角度后针电极中心坐标(x₁，y₁)的计算公式为：

x₁＝l₀cos(θ₀+n₁)，

y₁＝l₀sin(θ₀+n₁)，

其中，n₁为第一角度，l₀为固体绝缘试样中轴线与针电极中心位置的距离。第四距离Δx和第五距离Δy的计算公式为：

Δx＝|x₀-x₁|，

Δy＝|y₀-y₁|。

在本申请的实施例中，第三距离与第六距离的计算原理及计算公式可以相同。

具体地，在实际硅橡胶试样制备过程中，由于针电极是人工放置并调整的缘故，难以达到μm级的控制精度，从而针电极与圆柱形硅橡胶中轴线之间存在偏差。因此，结合图5所示，需要分成两种情况进行分析。

第一种情况：针电极与圆柱形硅橡胶试样中轴线刚好重合。此时，二者的空间距离为0，四轴运动滑台仅需要使用z轴和旋转轴θ，无需使用x轴和y轴来重新定位针尖位置，此时，针尖电树枝一直处于光学显微镜的焦点上。

第二种情况：针电极与圆柱形硅橡胶试样中轴线不重合时，无论两者是否平行。此时，针电极位于x-y平面角度为θ₀的位置，圆柱形固体绝缘试样中轴线与针电极中心位置的距离为l₀。在x-y平面上，针电极中心坐标为(x₀，y₀)，则x₀和y₀的值可以按下式计算得到：

x₀＝l₀cosθ₀，

y₀＝l₀sinθ₀，

设此时四轴运动滑动旋转一个角度n₁并稳定后，针电极中心坐标为(x₁，y₁)，则x₁和y₁的值可以按下式计算得到：

x₁＝l₀cos(θ₀+n₁)，

y₁＝l₀sin(θ₀+n₁)，

则x轴向左移动Δx，y轴移动Δy，即可将针尖重新置于光学显微镜的焦点上。则Δx和Δy的值可以按下式计算得到：

Δx＝|x₀-x₁|，

Δy＝|y₀-y₁|。

步骤S3，在聚合物电树枝老化与局部放电测试过程中，按照分级进阶通道切换策略，通过旋转转盘对多个通道进行切换并观测，得到针尖360°旋转后三维电树枝形态图像数据。

进一步地，在本申请的实施例中，在分级进阶通道切换策略中，聚合物电树枝老化与局部放电测试过程包括起树前、起树时、电树枝生长期、电树枝滞长期和电树枝快速生长期。

结合图6所示，在本申请的实施例中，以四通道为例，介绍聚合物电树枝老化与局部放电测试过程四通道分级进阶切换策略。四个包含有针-板电极的圆柱形固体绝缘试样置于试验杯内，并等间距、等角度地放置在转盘上，转盘边上配有一台光学显微镜。每一个试样的针电极侧都接有高电压，地电极侧都接有局部放电检测阻抗保护电路。

起树前：所搭建的多通道联合测量系统为无局部放电系统，即在所施加的高电压范围内，除了针尖处产生局部放电信号外，其他模块不会产生局部放电。通过自行编写的线性电压升压程序控制程控电源，再由程控电源控制高电压发生器的线性升压。在此过程中，转盘采用每隔5s～20s时间间隔旋转90°，切换到下一个通道。通过高精度四轴运动滑台调整针尖位置到光学显微镜的焦点上，观测并记录各个通道针尖附近起树前的情况。

起树时：电压不断升高的过程中，各个通道起树电压存在不同，起树电压的确定由局部放电量来确定。一旦监测到某个通道的局部放电量突然升高，意味着该通道针尖附近开始起树，测量系统快速自动旋转转盘，将该通道切换到光学显微镜下。在观测、记录该通道起树过程中，外施高电压保持不变，尽可能减小同一时间其他通道硅橡胶试样的起树概率。

电树枝生长期：当各个通道完成起树过程的观测后，将高电压固定在设定值。此时，电树枝保持一定的生长速度，同时局部放电量呈现较大值且保持稳定。各个通道切换间隔较短，旋转轴步进角度选为60°或更大，对应的可以在6个及以下的角度记录三维电树枝形态，以配合更短的通道切换时间。

电树枝滞长期：随着外施高电压保持恒定，针尖处电树枝在度过早期的生长期后将进入滞长期。在此期间，电树枝基本停止生长，局部放电保持非常低的放电量和放电频率。各个通道切换的间隔延长，在此过程中记录三维电树枝的形态，旋转轴步进角度可选5°～20°之间，对应的可以在18个及以上的角度详细记录三维电树枝的形态，有利于获得更加全面、充实的三维电树枝数据。

电树枝快速生长期：当电树枝结束滞长期后，在某一个时刻电树枝会重新进入快速生长期。此时，局部放电活动再次变得非常剧烈，甚至在很短的时间，硅橡胶试样内部针-板电极就可以达到临界击穿，甚至破坏的程度。在此过程中，重点记录某一个通道的电树枝快速生长过程的图像和局部放电数据。

基于分级进阶通道切换策略，测量系统此时已经确定需要进行观测的通道，并通过旋转转盘对通道进行了切换。当高精度运动滑台将针尖电树枝重新定位并对焦好，此时光学显微镜及数字记录系统开始记录、拍照和录像。在拍摄三维电树枝形态过程中，运动滑台的旋转轴步进角度可选为5°～60°，每次旋转一个角度后，并通过x轴和y轴重新定位、对焦，再拍照，依次类推，完成针尖电树枝的360°旋转和三维形态记录。

根据本申请实施例提出的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法，通过结合高精度四轴运动滑台技术，提出一种基于光学显微镜的聚合物电树枝形态在线实时三维成像技术方案，突破传统聚合物电树枝演化过程二维形态观测的局限性，搭建电树枝老化和局部放电多通道联合测量模块，设计分级进阶通道切换策略，实现基于多通道局部放电数据的电树枝演化过程精确测量，为全面监测聚合物电树枝起始、生长和破坏全过程和机理分析提供了重要的技术支持。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量装置。

图7为本申请一个实施例的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量装置结构示意图。

如图7所示，该聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量装置包括：制备模块701、调节模块702和测量模块703。

制备模块701，用于以交联前为液体组分的聚合物原料制备固体绝缘材料，将针电极预埋入未交联的液体试样内部，交联后得到圆柱形固体绝缘试样。

调节模块702，用于将固体绝缘试样固定于四轴运动滑台的载物台上，使得对固体绝缘试样和针电极执行平移操作和旋转操作，使得针尖处的电树枝始终处于光学显微镜的焦点上。

测量模块703，用于在聚合物电树枝老化与局部放电测试过程中，按照分级进阶通道切换策略，通过旋转转盘对多个通道进行切换并观测，得到针尖360°旋转后三维电树枝形态图像数据。

进一步地，在本申请的一个实施例中，将针电极预埋入未交联液体试样内部，包括：调整针电极与液体固体绝缘的中轴线保持水平平行，使得针电极与固体绝缘试样的中轴线重合。

进一步地，在本申请的一个实施例中，使得对固体绝缘试样和针电极执行平移操作和旋转操作，包括：

若针电极的中轴线与固体绝缘试样的中轴线未重合，针电极与固体绝缘试样的中轴线平行或不平行，利用四轴运动滑台沿着x轴移动第一距离，沿着y轴移动第二距离，沿着z轴移动第三距离，以将针尖第一次置于光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；利用四轴运动滑台的旋转轴将固体绝缘试样旋转固定第一角度后，利用四轴运动滑台沿着x轴移动第四距离，沿着y轴移动第五距离，以将针尖第二次置于光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；累计旋转360°后得到三维电树枝形态图像数据；

若针电极的中轴线与固体绝缘试样的中轴线重合，则利用四轴运动滑台沿着z轴移动第六距离以将针尖置于光学显微镜的焦点上，利用四轴运动滑台的旋转轴将固体绝缘试样旋转360°后，得到三维电树枝形态图像数据。

进一步地，在本申请的一个实施例中，在分级进阶通道切换策略中，聚合物电树枝老化与局部放电测试过程包括起树前、起树时、电树枝生长期、电树枝滞长期和电树枝快速生长期。

需要说明的是，前述对方法实施例的解释说明也适用于该实施例的装置，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量装置，通过结合高精度四轴运动滑台技术，提出一种基于光学显微镜的聚合物电树枝形态在线实时三维成像技术方案，突破传统聚合物电树枝演化过程二维形态观测的局限性，搭建三维电树枝老化和局部放电多通道联合测量模块，设计分级进阶通道切换策略，实现基于多通道局部放电数据的电树枝演化过程精确测量，为全面监测聚合物电树枝起始、生长和破坏全过程和机理分析提供了重要的技术支持。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

以交联前为液体组分的聚合物原料制备固体绝缘材料，将针电极预埋入未交联的液体试样内部，交联后得到圆柱形固体绝缘试样；

将所述固体绝缘试样固定于四轴运动滑台的载物台上，使得对所述固体绝缘试样和所述针电极执行平移操作和旋转操作，使得针尖处的电树枝始终处于光学显微镜的焦点上；以及

在聚合物电树枝老化与局部放电测试过程中，按照分级进阶通道切换策略，通过旋转转盘对多个通道进行切换并观测，得到针尖360°旋转后三维电树枝形态图像数据；

所述使得对所述固体绝缘试样和所述针电极执行平移操作和旋转操作，包括：

若所述针电极的中轴线与所述固体绝缘试样的中轴线未重合，所述针电极与所述固体绝缘试样的中轴线平行或不平行，利用所述四轴运动滑台沿着x轴移动第一距离，沿着y轴移动第二距离，沿着z轴移动第三距离，以将所述针尖第一次置于所述光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；利用所述四轴运动滑台的旋转轴将所述固体绝缘试样旋转固定第一角度后，利用所述四轴运动滑台沿着x轴移动第四距离，沿着y轴移动第五距离，以将所述针尖第二次置于所述光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；累计旋转360°后得到所述三维电树枝形态图像数据；

若所述针电极的中轴线与所述固体绝缘试样的中轴线重合，则利用所述四轴运动滑台沿着z轴移动第六距离以将针尖置于所述光学显微镜的焦点上，利用所述四轴运动滑台的旋转轴将所述固体绝缘试样旋转360°后，得到所述三维电树枝形态图像数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将针电极预埋入未交联的液体试样内部，包括：

调整所述针电极与所述固体绝缘试样的中轴线保持水平平行，使得所述针电极与所述固体绝缘试样的中轴线重合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离由针电极中心坐标得到，其中，所述针电极中心坐标(x₀，y₀，z₀)的计算公式为：

x₀＝l₀cosθ₀，

y₀＝l₀sinθ₀，

z₀＝z_f，

其中，θ₀为所述固体绝缘试样中轴线与所述针电极中心的夹角，l₀为所述固体绝缘试样中轴线与所述针电极中心位置的距离，z_f为显微镜焦点在z轴上的坐标。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一角度、所述第四距离和所述第五距离由旋转第一角度前后针电极的中心坐标得到，所述旋转第一角度后针电极中心坐标(x₁，y₁)的计算公式为：

x₁＝l₀cos(θ₀+n₁)，

y₁＝l₀sin(θ₀+n₁)，

其中，n₁为所述第一角度，l₀为所述固体绝缘试样中轴线与所述针电极中心位置的距离，所述第四距离Δx和所述第五距离Δy的计算公式为：

Δx＝|x₀-x₁|，

Δy＝|y₀-y₁|。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在所述分级进阶通道切换策略中，所述聚合物电树枝老化与局部放电测试过程包括起树前、起树时、电树枝生长期、电树枝滞长期和电树枝快速生长期。

6.一种聚合物三维电树枝和局部放电多通道联合测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

制备模块，用于以交联前为液体组分的聚合物原料制备固体绝缘材料，将针电极预埋入未交联的液体试样内部，交联后得到圆柱形固体绝缘试样；

调节模块，用于将所述固体绝缘试样固定于四轴运动滑台的载物台上，使得对所述固体绝缘试样和所述针电极执行平移操作和旋转操作，使得针尖处的电树枝始终处于光学显微镜的焦点上；以及

测量模块，用于在聚合物电树枝老化与局部放电测试过程中，按照分级进阶通道切换策略，通过旋转转盘对多个通道进行切换并观测，得到针尖360°旋转后三维电树枝形态图像数据；

所述使得对所述固体绝缘试样和所述针电极执行平移操作和旋转操作，包括：

若所述针电极的中轴线与所述固体绝缘试样的中轴线未重合，所述针电极与所述固体绝缘试样的中轴线平行或不平行，利用所述四轴运动滑台沿着x轴移动第一距离，沿着y轴移动第二距离，沿着z轴移动第三距离，以将所述针尖第一次置于所述光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；利用所述四轴运动滑台的旋转轴将所述固体绝缘试样旋转固定第一角度后，利用所述四轴运动滑台沿着x轴移动第四距离，沿着y轴移动第五距离，以将所述针尖第二次置于所述光学显微镜的焦点上测量电树枝形态数据；累计旋转360°后得到所述三维电树枝形态图像数据；

若所述针电极的中轴线与所述固体绝缘试样的中轴线重合，则利用所述四轴运动滑台沿着z轴移动第六距离以将针尖置于所述光学显微镜的焦点上，利用所述四轴运动滑台的旋转轴将所述固体绝缘试样旋转360°后，得到所述三维电树枝形态图像数据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述将针电极预埋入未交联液体试样内部，包括：

调整所述针电极与所述固体绝缘的中轴线保持水平平行，使得所述针电极与所述固体绝缘试样的中轴线重合。

8.根据权利要求6-7任一项所述的装置，其特征在于，在所述分级进阶通道切换策略中，所述聚合物电树枝老化与局部放电测试过程包括起树前、起树时、电树枝生长期、电树枝滞长期和电树枝快速生长期。

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