CN208314119U - 一种基于金属微粒运动特性研究的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于金属微粒运动特性研究的实验装置，一种基于金属微粒运动特性研究的实验装置，包括密封气室、电极模块；电极模块安装在密封气室内部，所述电极模块由上极板和下极板组成，上极板通过保护电阻和高压电源连接，下极板连接密封气室外壳，该外壳接地。所述密封气室的正面和侧面分别安装石英视窗，分别对准电极模块的正面和侧面；高速摄像机正对安装在密封气室侧面的石英视窗；密封气室外部放置折射棱镜，正对安装在密封气室正面的石英视窗。本实用新型不受气体环境影响，可在任何气体环境下工作，避免两个方向图像采集信号同步问题。

Description

一种基于金属微粒运动特性研究的实验装置

技术领域

本实用新型涉及高压输电线路和绝缘技术领域，特别是涉及一种基于金属微粒运动特性研究的实验装置。

背景技术

GIS/GIL设备自20世纪六七十年代开始应用并已广泛运行于世界各地，并在特高压输电及离岸大规模风电输送领域具有巨大应用前景。然而，GIS/GIL在输送、装配、运行中会产生一些金属碎屑或微粒，据可靠运行的统计表明，电气设备内部的大部分故障是由于电气设备中的金属微粒造成的，自由导电微粒的存在会导致SF₆绝缘强度下降最高超过80％。金属微粒在绝缘腔内自由运动，由此而引起的电场畸变会带来一系列的绝缘问题：一、电场强度的最大值和最小值均在固定微粒处，金属微粒附近的场强畸变容易导致微粒周围的气体发生分解；二、自由金属微粒在电场环境的作用下中可能会发生滚动或跳动，其运动出现在很大程度是随机的，增加了检测与预防的难度；三、附着金属微粒的绝缘子沿面闪络对GIS/GIL绝缘强度的劣化比气隙击穿的情况更严重。

在同轴运行的GIS/GIL中，许多位置都具有不均匀电场，例如：高压导体末端及其接头处、三相换位处、绝缘子支撑和接头附近等，这些位置处的电场不均匀，会严重影响金属微粒运动。为加快GIS/GIL的应用进程，必须优化提高GIS/GIL的绝缘性能，本实用新型采用平板电极来模拟这些位置的不均匀电场，设计一种研究金属微粒运动特性的实验装置，尽最大可能的降低金属微粒的危害，保证GIS/GIL的安全可靠运行。

发明内容

针对现有技术中存在的缺点，本实用新型提出一种基于金属微粒运动特性研究的实验装置。

本实用新型是通过以下方式实现发明目的的：

一种基于金属微粒运动特性研究的实验装置，包括密封气室、电极模块；

电极模块安装在密封气室内部，所述电极模块由上极板和下极板组成，上极板通过保护电阻和高压电源连接，下极板连接密封气室外壳，该外壳接地。

所述密封气室的正面和侧面分别安装石英视窗，分别对准电极模块的正面和侧面；高速摄像机正对安装在密封气室侧面的石英视窗；密封气室外部放置折射棱镜，正对安装在密封气室正面的石英视窗。

所述密封气室上方安装有调距旋钮，且调距旋钮位于上极板与保护电阻的连接线路中，调节上极板在密封气室内的高度，从而调节上极板和下极板间距。

所述电极模块的上极板和下极板之间放置金属微粒，金属微粒表面涂覆具有色差的导电漆。

所述密封气室上端有连接外部的气体设备的气阀。

所述折射棱镜采用直角棱镜，将正视所成的像偏转90°，与侧视图图像一起通过高速摄像机捕获。

所述密封气室上安装有检测密封气室中气体压力的气压计。

本实用新型的有益效果：本实用新型的实验装置与现有技术相比较有以下优势：

(1)实验装置不受气体环境影响，可在任何气体环境下工作；

(2)实验装置可应用于多种电压形态，交流电压、直流电压、冲击电压等；

(3)实验装置的电极模块可用平行平板电极，呈夹角平板电极等；

(4)实验装置采用一台高速摄像机进行金属微粒运动三维测量，不仅减少了使用高速摄像机的数量，节约了成本，并且能够避免两个方向图像采集信号同步问题，因此本套装置既减少了同步图像采集触发设备的投入，同时亦避免了对应带来的测量误差；

(5)实验装置将金属微粒分两部分表面涂覆色差较大导电漆(红蓝)，可以较好反应金属微粒在水平面及垂直面转动情况，保证图像处理时可以识别金属微粒转动特性。

本实验装置及方法可关注金属微粒方向及位置，因此采用研究金属微粒运动特性的实验装置及方法可以较好地实现该功能，且图像处理时间较快，对图像处理设备性能要求较低。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式提供的基于金属微粒运动特性研究的实验装置的结构示意图，(a)为实验装置，(b)为电极放大图，(c)为图像采集过程示意图，(d)为采集的模糊图像；

其中：1、密封气室，2、电极模块，3、石英视窗，4、高速摄像机，5、折射棱镜，6、金属微粒，7、气阀，8、调距旋钮，9、保护电阻，10、高压电源；

图2为本实用新型具体实施方式提供的金属微粒运动特性研究的实验方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案做详细说明。

本实施方式提供一种如图1(a)～(d)所示的基于金属微粒运动特性研究的实验装置，包括密封气室1、电极模块2；电极模块2安装在密封气室1内部，所述电极模块2由上极板2-1和下极板2-2组成，上极板2-1通过保护电阻9和高压电源10连接，下极板2-2连接密封气室1外壳，该外壳接地。所述上极板2-1和下极板2-2平行或呈夹角设置。

所述密封气室1的正面和侧面分别安装石英视窗3，分别对准电极模块2的正面和侧面的中心处；高速摄像机4正对安装在密封气室1侧面的石英视窗3；密封气室1外部放置折射棱镜5，正对安装在密封气室1正面的石英视窗3，在高速摄像机4可以拍摄的范围内。

高压电源10的电压可以通过调节控制。所述高压电源10可以为多种电压形态，交流电压、直流电压、冲击单击等。

所述密封气室1上方安装有调距旋钮8，且调距旋钮8位于上极板2-1与保护电阻9的连接线路中，调节上极板2-1在密封气室1内的高度，从而调节上极板2-1和下极板2-2间距。

所述电极模块2的上极板2-1和下极板2-2之间放置金属微粒6，金属微粒6表面涂覆具有色差的导电漆，上红下蓝。

所述密封气室1上端有连接外部的气体设备的气阀7，可以根据需要充放气体。所述密封气室1上安装有检测密封气室1中气体压力的气压计。当密封气室1中气体压力超过设定值时气阀7自动断开。

所述折射棱镜5采用直角棱镜，将正视所成的像偏转90°，与侧视图图像一起通过高速摄像机4捕获。高速摄像机4搭配直角棱镜作为折射棱镜5，实现从密封气室1的正面及侧面对金属微粒6的运动过程图像高速采集。高速摄像机4采用广角镜头，可以捕获大范围图像。

一种采用所述的装置的基于金属微粒运动特性研究的实验方法，流程如图2所示，包括：

检查实验装置的各部分设备是否完好，尤其是密封气室1的气密性；

在电极模块2的上极板2-1和下极板2-2之间放置金属微粒6；

将密封气室(1)充气体至所需压强后，关闭气阀7，停止充气体；

启动高速摄像机4，通过调距旋钮8调节密封气室(1)中电极模块(2)两个极板的间距，接通高压电源(10)，慢慢增加电压至金属微粒(6)运动为止；

观察金属微粒(6)是否能够弹跳到电极模块(2)的上极板(2-1)，如果不能，则通过调距旋钮(8)调节上极板(2-1)和下极板(2-2)之间的间距，至金属微粒(6)能弹跳到上极板(2-1)为止；

当金属微粒(6)运动至上极板(2-1)的最右边时，关闭高速摄像机4，并断开高压电源10，实验结束。

由于所述高速摄像机4的两部分图像焦点位置不同，因此呈在一张图像时可能会出现其中一部分未对焦导致金属微粒图像模糊，本装置将焦点对正正视图图像，因此侧视图会出现虚焦，金属微粒图像模糊。对高速摄像机4拍摄的图像图1的d图，采集的模糊图像进行处理，其中d图中的左半部分②为采集正视图经直角棱镜折射后的图像，右半部分①为屏幕视野内的侧视图图像。利用超分辨率重建方法对模糊图像①和②进行处理，可获得分辨率更高的图像。

Claims (8)

1.一种基于金属微粒运动特性研究的实验装置，其特征在于，包括密封气室（1）、电极模块（2）；

电极模块（2）安装在密封气室（1）内部，所述电极模块（2）由上极板（2-1）和下极板（2-2）组成，上极板（2-1）通过保护电阻（9）和高压电源（10）连接，下极板（2-2）连接密封气室（1）外壳，该外壳接地。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封气室（1）的正面和侧面分别安装石英视窗（3），分别对准电极模块（2）的正面和侧面；高速摄像机（4）正对安装在密封气室（1）侧面的石英视窗（3）；密封气室（1）外部放置折射棱镜（5），正对安装在密封气室（1）正面的石英视窗（3）。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封气室（1）上方安装有调距旋钮（8），且调距旋钮（8）位于上极板（2-1）与保护电阻（9）的连接线路中，调节上极板（2-1）在密封气室（1）内的高度，从而调节上极板（2-1）和下极板（2-2）间距。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极模块（2）的上极板（2-1）和下极板（2-2）之间放置金属微粒（6），金属微粒（6）表面涂覆具有色差的导电漆。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封气室（1）上端有连接外部的气体设备的气阀（7）。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述折射棱镜（5）采用直角棱镜，将正视所成的像偏转90°，与侧视图图像一起通过高速摄像机（4）捕获。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封气室（1）上安装有检测密封气室（1）中气体压力的气压计。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上极板（2-1）和下极板（2-2）平行或呈夹角设置。