換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種油紙絕緣表面電荷測量裝置。該油紙絕緣表面電荷測量裝置，包括支撐機構(gòu)、電荷注入機構(gòu)及表面電位測量機構(gòu)。支撐機構(gòu)為工程絕緣包括用于放置待測油紙絕緣的平臺及設(shè)于平臺上方的支架，并設(shè)置可以活動的載樣臺。輸出電源一端經(jīng)導(dǎo)線接針電極，另一端經(jīng)導(dǎo)線接地。針電極固定于支架上，且與待測油紙絕緣保持預(yù)設(shè)距離。地電極置于油紙絕緣下側(cè)，并經(jīng)導(dǎo)線接地。表面電位計一端連接檢測探頭，另一端連接數(shù)據(jù)采集器。檢測探頭固定于支架上，且與待測油紙絕緣保持預(yù)設(shè)距離。通過使用油紙絕緣表面電荷測量裝置，可以快速移動試樣，方便、快速地檢測多種電壓條件下絕緣油紙表面電壓和表面電荷變化特性，對電荷輸運特性有更深層次的了解。
【專利說明】
換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電荷測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]換流變壓器內(nèi)部主絕緣一般為油紙復(fù)合絕緣，雖然絕緣結(jié)構(gòu)采取保守的設(shè)計，但在實際運行中閥側(cè)主絕緣仍經(jīng)常出現(xiàn)絕緣故障。這是由于工況的特殊性，換流變壓器作為交、直流輸電系統(tǒng)聯(lián)接兩端換流站和逆變站的核心設(shè)備，其閥側(cè)繞組的激勵電壓類型與普通電力變壓器有很大差別:除承受交流電壓、雷電沖擊和操作過電壓外，還承受直流、直流疊加交流和極性反轉(zhuǎn)等電壓作用。在這些電壓作用下，變壓器內(nèi)部的電場分布與普通電力變壓器存在著很大的差別。這就使得換流變壓器無論是在設(shè)計還是在制造方面都要比普通電力變壓器復(fù)雜。
[0003]換流變壓器閥側(cè)主絕緣不是簡單的工藝性問題，有必要對其絕緣特性和機理進行深入研究。需要設(shè)計開發(fā)對油紙絕緣進行電荷測定的裝置，在多場條件下準(zhǔn)確測量換流變壓器油紙絕緣電荷分布，對提高直流輸電設(shè)備運行可靠性，可為電荷在油紙絕緣輸運特性分析、解決油紙絕緣擊穿提供重要的理論依據(jù)，保證整個直流輸電網(wǎng)絡(luò)安全運行具有重要的學(xué)術(shù)價值和工程意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]基于此，有必要提供一種換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置。
[0005]—種油紙絕緣表面電荷測量裝置，包括支撐機構(gòu)、電荷注入機構(gòu)及表面電位測量機構(gòu)。
[0006]所述支撐機構(gòu)為工程絕緣包括用于放置待測油紙絕緣的平臺及設(shè)于平臺上方的支架。
[0007]所述電荷注入機構(gòu)包括輸出電源、針電極、地電極和導(dǎo)線。所述輸出電源一端經(jīng)導(dǎo)線接針電極，另一端經(jīng)導(dǎo)線接地。所述針電極固定于所述支架上，且與待測油紙絕緣保持預(yù)設(shè)距離。所述地電極置于油紙絕緣下側(cè)，并經(jīng)導(dǎo)線接地。
[0008]所述表面電位測量機構(gòu)包括表面電位計、檢測探頭、數(shù)據(jù)采集器及導(dǎo)線。所述表面電位計一端連接檢測探頭，另一端連接數(shù)據(jù)采集器。所述檢測探頭固定于所述支架上，且與待測油紙絕緣保持預(yù)設(shè)距離。
[0009]在其中一個實施例中，所述輸出電源能夠輸出多種類型電壓，包括直流電壓、極性反轉(zhuǎn)電壓、脈沖電壓和直流與脈沖復(fù)合電壓。
[0010]在其中一個實施例中，所述支撐機構(gòu)還設(shè)有用于放置油紙絕緣的載樣臺；所述載樣臺可活動設(shè)置在所述平臺上。
[0011]在其中一個實施例中，所述載樣臺通過導(dǎo)線與地電極相連接。
[0012]在其中一個實施例中，所述地電極為銅質(zhì)薄片。
[0013]在其中一個實施例中，所述輸出電源的電壓值為-5?5kV。
[0014]在其中一個實施例中，所述針電極與所述油紙絕緣樣品的距離為3mm。
[0015]在其中一個實施例中，所述檢測探頭與所述油紙絕緣樣品的距離為3.5mm。
[0016]通過使用上述換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置，可以方便、快速地檢測多種電壓條件下油紙絕緣表面電壓和表面電荷變化特性，對電荷輸運特性有更深層次的了解。
【附圖說明】

[0017]圖1為油紙絕緣表面電荷測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為利用油紙絕緣表面電荷測量裝置測量油紙絕緣表面電荷的方法示意圖；
[0019]圖3a是負-正-負直流電壓條件下具有不同層數(shù)紙張的油紙絕緣的電荷特性；
[0020]圖3b是正-負-正直流電壓條件下具有不同層數(shù)紙張的油紙絕緣的電荷特性；
[0021]圖4a是單獨施加正脈沖電壓下不同脈沖電壓幅值下油紙絕緣的電荷特性；
[0022]圖4b是單獨施加負脈沖電壓下不同脈沖電壓幅值下油紙絕緣的電荷特性；
[0023]圖5a是施加直流和正脈沖復(fù)合電壓下不同脈沖電壓幅值下油紙絕緣的電荷注入特性；
[0024]圖5b是施加直流和負脈沖復(fù)合電壓下不同脈沖電壓幅值下油紙絕緣的電荷注入特性。
【具體實施方式】
[0025]為了便于理解本實用新型，下面將參照相關(guān)附圖對本實用新型進行更全面的描述。附圖中給出了本實用新型的較佳實施例。但是，本實用新型可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本實用新型的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0026]需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。
[0027]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本實用新型。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0028]請結(jié)合附圖1，一實施例的換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置10，包括支撐機構(gòu)100、電荷注入機構(gòu)200及表面電位測量機構(gòu)300。
[0029]支撐機構(gòu)100包括平臺110及設(shè)于平臺110上方的支架(圖未示)。平臺110及支架均由工程絕緣材料制作。在本實施例中，支撐機構(gòu)100還可設(shè)置可活動的載樣臺120，用于放置油紙絕緣20并移動位置。載樣臺120位于平臺110上，并與地電極通過導(dǎo)線相連接。
[0030]電荷注入機構(gòu)200包含輸出電源210、針電極220、地電極230和導(dǎo)線(圖中未標(biāo)示)。
[0031]輸出電源210—端經(jīng)導(dǎo)線接針電極220，另一端經(jīng)導(dǎo)線接地。針電極220固定于一個支架上，且與待測油紙絕緣20保持預(yù)設(shè)距離。[0032 ]電荷注入機構(gòu)200的輸出電源210能夠輸出多種類型電壓，包括直流電壓、極性反轉(zhuǎn)電壓、脈沖電壓或直流與脈沖復(fù)合電壓等。
[0033]表面電位測量機構(gòu)300包括表位電位計310、檢測探頭320、數(shù)據(jù)采集器330及導(dǎo)線。表面電位計310—端連接檢測探頭320，另一端連接數(shù)據(jù)采集器330。檢測探頭320固定于另一個支架上，且與待測油紙絕緣20保持預(yù)設(shè)距離。
[0034]請結(jié)合附圖2，使用換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置10測量油紙絕緣表面電荷的方法步驟如下:
[0035]步驟SI，將待測油紙絕緣20置于平臺110上，并位于針電極220的下方，與針電極220保持預(yù)設(shè)距離；
[0036]步驟S2，調(diào)節(jié)電荷注入機構(gòu)200中輸出電源210的輸出電壓類型，進行電暈充電；
[0037]步驟S3，充電結(jié)束后迅速將輸出電源210輸出電壓調(diào)為零；
[0038]步驟S4，將充電后的油紙絕緣20移至所述平臺110另一側(cè)的檢測探頭320下面，與檢測探頭320保持預(yù)設(shè)距離，利用表面電位計310測定充電后的油紙絕緣20隨時間變化的表面電壓值，數(shù)據(jù)采集器330采集數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理。
[0039]在上述實施例中，輸出電源210的輸出電壓類型根據(jù)需要調(diào)為直流電壓、極性反轉(zhuǎn)電壓、脈沖電壓或直流與脈沖復(fù)合電壓，輸出電壓的幅度值為-5?5kV。
[0040]在上述實施例測量過程中，針電極220的針尖距離待測油紙絕緣20的高度為3mm。[0041 ]在上述實施例測量過程中，檢測探頭320距離待測油紙絕緣20的高度為3.5mm。
[0042]在上述實施例測量過程中，針電極220的針尖和檢測探頭320所對準(zhǔn)油紙絕緣20的位置相同，具體為油紙絕緣20的中部，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。
[0043]下面結(jié)合具體的實施例進一步理解該換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置及油紙絕緣表面電荷的測量方法。
[0044]1、材料及設(shè)備
[0045]電位計的型號是Trek347-3hCe。電位計的作用是用來測量試樣表面的電位，從而可以算出表面電荷。它的測量精度是±3V，分辨率是3mm。
[0046]開爾文檢測探頭的型號是6000b_5c。
[0047]2、試驗過程
[0048]分別將油紙絕緣表面電荷測量裝置中電荷注入機構(gòu)輸出電源的輸出電壓類型調(diào)節(jié)為直流電壓、極性反轉(zhuǎn)電壓、脈沖電壓或直流與脈沖復(fù)合電壓。按照上述測量方法進行測定。其中，需要注意的是，針電極的針尖距離待測油紙絕緣的高度為3mm;檢測探頭距離待測油紙絕緣的高度為3.5_并且針電極針尖和所述檢測探頭所對準(zhǔn)油紙絕緣的位置相同。
[0049](I)直流電壓電暈充電和表面電荷的檢測
[0050]將油紙絕緣表面電荷測量裝置的輸出電源的輸出電壓類型調(diào)為直流電壓，按照附圖2中的測量方法，在油紙絕緣層數(shù)不同的情況下，測定油紙絕緣表面電壓，進一步換算為表面電荷密度的變化情況，并對油紙絕緣表面電荷積累和消散的情況進行橫向?qū)Ρ确治觥?br>[0051]如圖3a和圖3b所示，圖中顯示的是不同直流電壓條件下具有不同層數(shù)紙張的油紙絕緣的電荷特性。從圖3a和圖3b對比分析可知，隨著紙張層數(shù)的增加，表面電荷密度的絕對值將減少，并且單層絕緣紙下的表面電荷密度比其他情況下的表面電荷密度大很多。因此，它反映出單層紙需要的絕緣強度要比其它情況下的都要強，而四層紙的與三層紙的表面電荷密度差不多。
[0052](2)脈沖電壓電暈充電和表面電荷的檢測
[0053]將油紙絕緣表面電荷測量裝置輸出電源的輸出電壓類型調(diào)為脈沖電壓，并且分別輸出正、負電壓，按照附圖2中測量方法測定油紙絕緣表面電壓隨時間的變化情況，并對油紙絕緣表面電荷積累和消散的情況進行橫向?qū)Ρ确治觥?br>[0054]如圖4a和圖4b所示，圖中顯示的是單獨施加不同脈沖電壓下不同脈沖電壓幅值下油紙絕緣的電荷特性。從圖4a和圖4b對比分析可知，電壓幅值的增加會引起油紙絕緣表面電位增加，這表明在較高脈沖電壓下，更多的電荷會注入到油紙絕緣的表面，并且可以發(fā)現(xiàn)，電荷注入需要一個閾值。只有電壓高于這個閾值時電荷才能注入到油紙絕緣表面。負脈沖電壓下的表面電位初始值的絕對值高于在相同的試驗條件下正脈沖電壓的起始值，這表明正電壓下油紙絕緣的表面電荷比負電壓的少，由此可以推斷負電荷的脫陷過程比正電荷更難。
[0055](3)直流電壓和脈沖復(fù)合電壓電暈充電和表面電荷的檢測
[0056]利用油紙絕緣表面電荷測量裝置，將輸出電壓類型調(diào)為直流電壓和脈沖復(fù)合電壓的共同作用下，并且分別輸出正、負直流電壓與正、負直流脈沖的復(fù)合電壓，，測定油紙絕緣表面電荷變化情況，并對油紙絕緣表面的初始電壓情況進行橫向?qū)Ρ确治觥?br>[0057]如圖5a和圖5b所示，圖中顯示的是施加不同直流和脈沖復(fù)合電壓下不同脈沖電壓幅值下油紙絕緣的電荷注入特性。從圖5a和圖5b對比分析可知，當(dāng)直流和脈沖電壓的極性相同時，曲線會有一個明顯的拐點。而當(dāng)二者極性相反時，曲線呈單一趨勢。與此同時，電荷復(fù)合過程是一個復(fù)雜的過程，在本實驗中它取決于試樣表面上原有的電荷數(shù)量以及極性。當(dāng)直流和脈沖電壓的極性相同時，電荷注入的電壓閾值較高。反之閾值較低，而無直流電壓時電壓閾值介于二者之間。
[0058]通過對不同電壓類型作用下油紙絕緣表面電荷進行測量，并對測量數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)處理，分析不同電壓參數(shù)、試樣參數(shù)下油紙絕緣表面電荷積累、消散和耦合過程，能夠弄清楚電荷在油紙絕緣的輸運特性。
[0059]以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認為是本說明書記載的范圍。
[0060]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置，其特征在于，包括支撐機構(gòu)、電荷注入機構(gòu)及表面電位測量機構(gòu)； 所述支撐機構(gòu)為工程絕緣，包括用于放置待測油紙絕緣的平臺及設(shè)于平臺上方的支架； 所述電荷注入機構(gòu)包括輸出電源、針電極、地電極和導(dǎo)線;所述輸出電源一端經(jīng)導(dǎo)線接針電極，另一端經(jīng)導(dǎo)線接地;所述針電極固定于所述支架上，且與待測油紙絕緣保持預(yù)設(shè)距離;所述地電極置于油紙絕緣下側(cè)，并經(jīng)導(dǎo)線接地； 所述表面電位測量機構(gòu)包括表面電位計、檢測探頭、數(shù)據(jù)采集器及導(dǎo)線;所述表面電位計一端連接檢測探頭，另一端連接數(shù)據(jù)采集器;所述檢測探頭固定于所述支架上，且與待測油紙絕緣保持預(yù)設(shè)距離。2.如權(quán)利要求1所述的換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置，其特征在于，所述輸出電源能夠輸出多種類型電壓，包括直流電壓、極性反轉(zhuǎn)電壓、脈沖電壓和直流與脈沖復(fù)合電壓。3.如權(quán)利要求1所述的換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置，其特征在于，所述支撐機構(gòu)還設(shè)有用于放置油紙絕緣的載樣臺；所述載樣臺可活動設(shè)置在所述平臺上。4.如權(quán)利要求3所述的換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置，其特征在于，所述載樣臺通過導(dǎo)線與地電極相連接。5.如權(quán)利要求1所述的換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置，其特征在于，所述地電極為銅質(zhì)薄片。6.如權(quán)利要求1所述的換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置，其特征在于，所述輸出電源的電壓值為-5?5kV。7.如權(quán)利要求1?6中任一項所述的換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置，其特征在于，所述針電極與所述油紙絕緣樣品的距離為3_。8.如權(quán)利要求1?6中任一項所述的換流變壓器油紙絕緣表面電荷測量裝置，其特征在于，所述檢測探頭與所述油紙絕緣樣品的距離為3.5_。
【文檔編號】G01R29/24GK205691675SQ201620617420
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月20日 公開號201620617420.9, CN 201620617420, CN 205691675 U, CN 205691675U, CN-U-205691675, CN201620617420, CN201620617420.9, CN205691675 U, CN205691675U
【發(fā)明人】侯帥, 傅明利, 杜伯學(xué), 李進, 田野, 卓然, 惠寶軍, 韓濤
【申請人】南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 天津大學(xué)