CN216117357U - 硅橡胶绝缘子老化程度标定系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种硅橡胶绝缘子老化程度标定系统，包括：光学显微镜标定系统，包括硅橡胶表面粗糙程度检测用光学显微镜以及基于硅橡胶表面粗糙程度的第一老化程度标定与归类单元；局部放电标定系统，包括：工频交流电源、可调节升压变压器、限流电阻、板板电极局部放电装置、局部放电电压测量系统以及基于局部放电电压的第二老化程度标定与归类单元；标定结果融合输出单元，与所述第一老化程度标定与归类单元以及第二老化程度标定与归类单元连接。该标定系统可靠性以及有效性高，标定准确。

Description

硅橡胶绝缘子老化程度标定系统

技术领域

本实用新型涉及硅橡胶老化程度检测与标定领域，尤其涉及一种硅橡胶绝缘子老化程度标定系统。

背景技术

硅橡胶材料用途较为广泛，因其独特的憎水性、憎水迁移性、无零值以及重量轻等有点，被大量地应用在电力绝缘中，硅橡胶绝缘子的老化，会影响绝缘材料的绝缘性能，给电网的安全稳定运行带来巨大的隐患。

例如，CN109521037A主要采用的是扫描电镜观察绝缘子微观形貌。该方案可以将一些老化特征与材料微观参数之间建立联系，但其与电网运维人员所关注的硅橡胶性能指标关系没有进一步地说明。

CN112345435A同样无法说明硅橡胶的性能指标关系，而且湿热老化加速实验需要成套的仪器，实验过程繁琐，特征参数过多。

CN111007340A超声检测法需要耦合剂，需要选用与声阻抗匹配的探头，需要紧密地接触样品表面进行检测，限制了该方法的应用范围，并且信号易受周围环境干扰，回波波形波动较大。

CN111610249A质谱仪定性能力不足分辨力较低，存在同位素和其他m/z近似的离子干扰，分析速度慢，质量上限低。

CN109521037A实验仪器价格昂贵，实验过程繁琐，需要大量时间，所需数据较多，标定准确性差。

因此，有必要研究一种硅橡胶绝缘子老化程度标定系统来解决上述的一个或多个技术问题。

实用新型内容

为解决上述至少一个技术问题，根据本实用新型一方面，提供了一种硅橡胶绝缘子老化程度标定系统，其特征在于包括：

光学显微镜标定系统，包括硅橡胶表面粗糙程度检测用光学显微镜以及基于硅橡胶表面粗糙程度的第一老化程度标定与归类单元；

局部放电标定系统，包括：工频交流电源、可调节升压变压器、限流电阻、板板电极局部放电装置、局部放电电压测量系统以及基于局部放电电压的第二老化程度标定与归类单元；

标定结果融合输出单元，与所述第一老化程度标定与归类单元以及第二老化程度标定与归类单元连接。

根据本实用新型又一方面，所述第二老化程度标定与归类单元为计算机。

根据本实用新型又一方面，所述板板电极局部放电装置包括两个圆柱形电极。

根据本实用新型又一方面，每个所述圆柱形电极设置有支撑板。

根据本实用新型又一方面，每个所述支撑板连接有两个支柱。

根据本实用新型又一方面，所述局部放电电压测量系统包括高频电流互感器，该高频电流互感器耦合于局部放电标定系统设置的地线。

本实用新型可以获得以下一个或多个技术效果：

利用光学显微镜和局部放电检测的配合，最大限度的提高硅橡胶绝缘子老化程度判定的准确性，不需要大量的仪器设备，节省实验材料与时间。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为根据本实用新型的一种优选实施例的局部放电标定系统的示意图。

图2为根据本实用新型的一种优选实施例的第一老化程度标定与归类单元确定的样品老化程度标定分类结果。

图3为根据本实用新型的一种优选实施例的高频电流互感器的等效电路。

图4为根据本实用新型的一种优选实施例的第二老化程度标定与归类单元确定的样品老化程度标定分类结果。

具体实施方式

下面结合附图，通过优选实施例来描述本实用新型的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本实用新型，而不应理解为对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本实用新型的保护范围之内。

实施例1

根据本实用新型一种优选实施方式，提供了一种硅橡胶绝缘子老化程度标定系统，其特征在于包括：

光学显微镜标定系统，包括硅橡胶表面粗糙程度检测用光学显微镜以及基于硅橡胶表面粗糙程度的第一老化程度标定与归类单元；

局部放电标定系统，包括：工频交流电源、可调节升压变压器、限流电阻、板板电极局部放电装置、局部放电电压测量系统以及基于局部放电电压的第二老化程度标定与归类单元；

标定结果融合输出单元，与所述第一老化程度标定与归类单元以及第二老化程度标定与归类单元连接。

优选地，对来自第一和第二老化程度标定与归类单元的结果分别赋予一定的分值和相应的权重，将所述结果融合后输出为最终的标定与归类结果。

根据本实用新型又一优选实施方式，所述第二老化程度标定与归类单元为计算机。

根据本实用新型又一优选实施方式，所述板板电极局部放电装置包括两个圆柱形电极。

根据本实用新型又一优选实施方式，每个所述圆柱形电极设置有支撑板。

根据本实用新型又一优选实施方式，每个所述支撑板连接有两个支柱。

根据本实用新型又一优选实施方式，所述局部放电电压测量系统包括高频电流互感器，该高频电流互感器耦合于局部放电标定系统设置的地线。

优选地，对硅橡胶绝缘子进行切片制作样本，并使用无水乙醇及去离子水擦拭样本表面，通过利用光学显微镜观察硅橡胶绝缘子表面微观形貌并进行对比分析，使硅橡胶绝缘子在老化过程中的表面变化更为直观地表现出来，并根据表面粗糙程度，定性的将硅橡胶绝缘子样本老化程度进行分类和标定。

优选地，对不同程度老化的硅橡胶绝缘子样本进行了局部放电分析，当硅橡胶老化到一定程度时其表面粗糙程度增加，同时沿面闪络电压也会降低，通过局部放电实验的方法可定量分析不同样本发生局部放电时所加电压的变化，进而判定硅橡胶绝缘子样本的老化程度，本实用新型采用板板电极局部放电装置。

根据本实用新型又一优选实施方式，所述板板电极局部放电装置主要由工频交流电源、可调节升压变压器、限流电阻、板板电极局放装置(板板电极局部放电装置)、局放测量系统(局部放电电压测量系统)以及计算机分析系统(计算机/基于局部放电电压的第二老化程度标定与归类单元)组成。

根据本实用新型又一优选实施方式，下面通过示例来进一步详细说明本实用新型的方案。

为了标定所选硅橡胶绝缘子样本的老化程度，对处理好的样本表面使用光学显微镜进行显微镜放大观察，目镜放大倍数10X，物镜放大倍数63X，共放大630X，使用该显微镜将11组样品分别进行表面微观分析。

根据观察到的绝缘子表面的微观形貌，将这11组样品的老化程度进行分类，如附图2所示。根据显微镜观察到的硅橡胶表面粗糙程度，将这11组样品进行了老化程度标定并进行了归类，一共分为5类，即：

Ⅰ类：样本1#和9#，没有出现老化或者老化程度非常低；

Ⅱ类：样本8#、2#、7#和4#，绝缘子出现可检测性老化，表面憎水性逐渐下降，出现孔洞等；

Ⅲ类：样本6#和3#，憎水性进一步下降，局部出现缺陷，孔洞面积增大，老化逐渐严重；

Ⅳ类：样本5#和10#，材料表面缺陷增多且进一步加深，绝缘性能受到影响；

Ⅴ类：样本11#，材料表面粉化严重，老化延伸到材料内部。

通过利用显微镜观察硅橡胶表面形貌并进行对比分析，使硅橡胶材料在老化过程中的表面变化更为直观地表现出来，并根据表面粗糙程度，定性的将11组绝缘子样本老化程度进行了分类和排序。

为了提高硅橡胶绝缘子老化分类的准确性，本实用新型使用表面微观形貌判定结合局部放电实验的策略，对各组不同程度老化的硅橡胶绝缘子进行了局部放电分析，当硅橡胶绝缘子老化到一定程度时其表面粗糙程度增加，同时沿面闪络电压也会降低，通过局部放电实验可定量分析不同样本发生局部放电时所加电压的变化，进而判定硅橡胶绝缘子的老化程度。

优选地，本实用新型使用的局部放电标定系统主要由工频交流电源、可调节升压变压器、限流电阻、板板电极局部放电装置、局部放电测量系统以及计算机分析系统组成，其中通过调压器控制的升压变压器可输出的最大电压为27.5kV，所采用的限流电阻为工频耐压试验使用的保护水阻，阻值大小为50MΩ。

优选地，该板板电极局部放电装置的组成包括两个圆柱形电极、两个支撑电极的支撑板以及四个支撑整个装置的支柱，支柱上有GB-10mm螺纹，通过旋拧支柱上螺母可以调节两个电极之间的距离。两个电极均为金属铜材料，倒角长度为2mm，规格直径130mm，厚度14mm。支撑板和支柱均由环氧树脂材料制成，导线与电极的连接采用M5螺柱。整套系统除了局部放电装置外，还配有高频电流传感器(HFCT)。

高频电流互感器是利用电气设备在高压下发生局部放电所产生的脉冲电流来测量的，在使用时将互感器接在装置的地线上，当设备发生放电时，放电脉冲电流会顺着接地线的方向传播，与此同时在与其垂直的方向上产生磁场，在接地处由于分布电容的存在会有耦合反应。该传感器会通过电磁耦合将电极引出线中的高频电流脉冲信号转换为对应的电压值来进行测量，该电压幅值与高频脉冲电流幅值成正比，从而局部放电的脉冲电流能够被传感器检测到，传感器的等效电路如附图3。

在附图3中，i(t)为设备发生局部放电时产生的脉冲电流信号，经过互感后感应到高频电流传感器中产生输出电压e(t)，R₀为线圈等效电阻，L₀为线圈的等效电感，C₀称为线圈的等效杂散电容，后面的电阻R为外接的积分电阻，积分电阻R上的电压信号u(t)即为脉冲电流信号经耦合后在传感器中测得的电压值。

根据附图3，在不忽略杂散电容的情况下，HFCT传感器的传递函数表为

其中上限截止频率为

下限截止频率为

搭建好整套模型并接线，将处理好的硅橡胶绝缘子样本切片依次放入下极板的正中间，极板间距设置为40mm，最后将局部放电装置平放于水平地面上，接通电源，调节调压器进行放电实验。由于局部放电具有随机性，为准确体现样本的整体老化表现，每次实验每组样本测量并记录三次放电数据，即将极板间电压通过升压变压器从零开始一直增大，直至信号采集界面上显示出现局部放电数据为止，即高频电流互感器中首次感应到高频脉冲电流信号，此时记录下极板间所加电压和脉冲电流波形幅值以及相位。此后继续加压，直至听到极板之间刚好出现“滋滋”的放电声音，此时同样记录下极板间所加电压和脉冲电流的幅值与相位。然后再次继续加压，直到放电声音最大即放电间隙之间将要发生闪络时，再记录下此时的放电数据，对各组样本重复实验并记录数据。

如附表1所示，为局部放电实验中不同硅橡胶绝缘子切片的局部放电电压。

附表1绝缘子切片的局部放电电压

结合绝缘子切片的总体平均局部放电电压，可以看出这11组样本中，1#与9#两支新样本的放电电压最高，但后者略低于前者。之后是样本8#，相对于新样本来说，老化样本的局部放电电压有所降低，老化样本之间，样本2#略低于8#，7#与4#紧随其后，总体来说这四组样本平均放电电压相差不大，可见它们总体的老化程度相近，运行年限相差不多。

样本6#、3#、5#的放电电压相比于前面几个描述的样本来说又有进一步降低，意味着老化程度进一步加剧，最后是10#和11#样本，这两支绝缘子的局部放电电压相比前面样本下降最多，样本11#相比10#而言电压又有一定程度的降低，因此样本11#的老化程度在前面所有样本中最为严重，其次为样本10#。

通过分析可以得出这11组样本的老化排序与前一节中按照利用光学显微镜观察到的表面微观形貌而得出的排序基本一致，依据局部放电电压，可以定量分析样本老化程度，按照绝缘子切片的三次局部放电电压的平均值，对样本间的老化程度再次进行比较，并结合微观形貌得出的分类结果，得到最终的11组样本的老化程度排序，如附图4所示。

有利地，光学显微镜结合局部放电实验对硅橡胶绝缘子老化程度标定的策略，通过硅橡胶绝缘子切片样本在光学显微镜下观察到的表面微观形貌与局部放电实验中极板间所加电压和脉冲电流的幅值与相位结合分析，精确标定了硅橡胶绝缘子的老化程度。

优选地，使用光学显微镜，根据表面粗糙程度，定性的将各组绝缘子样本老化程度进行了分类和排序。

有利地，所述局部放电标定系统搭建简单，操作方便。宽频带高频电流互感器通过电磁耦合将电极引出线中的高频电流脉冲信号转换为对应的电压值来进行测量，从而微弱的局部放电的脉冲电流能够被互感器检测。

本实用新型可以获得以下一个或多个技术效果：

利用光学显微镜和局部放电检测的配合，最大限度的提高硅橡胶绝缘子老化程度判定的准确性，不需要大量的仪器设备，节省实验材料与时间。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种硅橡胶绝缘子老化程度标定系统，其特征在于包括：

光学显微镜标定系统，包括硅橡胶表面粗糙程度检测用光学显微镜以及基于硅橡胶表面粗糙程度的第一老化程度标定与归类单元；

局部放电标定系统，包括：工频交流电源、可调节升压变压器、限流电阻、板板电极局部放电装置、局部放电电压测量系统以及基于局部放电电压的第二老化程度标定与归类单元；

标定结果融合输出单元，与所述第一老化程度标定与归类单元以及第二老化程度标定与归类单元连接。

2.根据权利要求1所述的硅橡胶绝缘子老化程度标定系统，其特征在于所述第二老化程度标定与归类单元为计算机。

3.根据权利要求1或2所述的硅橡胶绝缘子老化程度标定系统，其特征在于所述板板电极局部放电装置包括两个圆柱形电极。

4.根据权利要求3所述的硅橡胶绝缘子老化程度标定系统，其特征在于每个所述圆柱形电极设置有支撑板。

5.根据权利要求4所述的硅橡胶绝缘子老化程度标定系统，其特征在于每个所述支撑板连接有两个支柱。

6.根据权利要求3所述的硅橡胶绝缘子老化程度标定系统，其特征在于所述局部放电电压测量系统包括高频电流互感器，该高频电流互感器耦合于局部放电标定系统设置的地线。

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