CN106093611B - 换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油纸绝缘表面电荷测量装置。该油纸绝缘表面电荷测量装置，包括支撑机构、电荷注入机构及表面电位测量机构。支撑机构为工程绝缘包括用于放置待测油纸绝缘的平台及设于平台上方的支架，并设置可以活动的载样台。输出电源一端经导线接针电极，另一端经导线接地。针电极固定于支架上，且与待测油纸绝缘保持预设距离。地电极置于油纸绝缘下侧，并经导线接地。表面电位计一端连接检测探头，另一端连接数据采集器。检测探头固定于支架上，且与待测油纸绝缘保持预设距离。通过使用油纸绝缘表面电荷测量装置，可以快速移动试样，方便、快速地检测多种电压条件下绝缘油纸表面电压和表面电荷变化特性，对电荷输运特性有更深层次的了解。
Description
技术领域
本发明涉及电荷测量技术领域，尤其涉及一种换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置。
背景技术
换流变压器内部主绝缘一般为油纸复合绝缘，虽然绝缘结构采取保守的设计，但在实际运行中阀侧主绝缘仍经常出现绝缘故障。这是由于工况的特殊性，换流变压器作为交、直流输电***联接两端换流站和逆变站的核心设备，其阀侧绕组的激励电压类型与普通电力变压器有很大差别：除承受交流电压、雷电冲击和操作过电压外，还承受直流、直流叠加交流和极性反转等电压作用。在这些电压作用下，变压器内部的电场分布与普通电力变压器存在着很大的差别。这就使得换流变压器无论是在设计还是在制造方面都要比普通电力变压器复杂。
换流变压器阀侧主绝缘不是简单的工艺性问题，有必要对其绝缘特性和机理进行深入研究。需要设计开发对油纸绝缘进行电荷测定的装置，在多场条件下准确测量换流变压器油纸绝缘电荷分布，对提高直流输电设备运行可靠性，可为电荷在油纸绝缘输运特性分析、解决油纸绝缘击穿提供重要的理论依据，保证整个直流输电网络安全运行具有重要的学术价值和工程意义。
发明内容
基于此，有必要提供一种换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置。
一种油纸绝缘表面电荷测量装置，包括支撑机构、电荷注入机构及表面电位测量机构。
所述支撑机构为工程绝缘包括用于放置待测油纸绝缘的平台及设于平台上方的支架。
所述电荷注入机构包括输出电源、针电极、地电极和导线。所述输出电源一端经导线接针电极，另一端经导线接地。所述针电极固定于所述支架上，且与待测油纸绝缘保持预设距离。所述地电极置于油纸绝缘下侧，并经导线接地。
所述表面电位测量机构包括表面电位计、检测探头、数据采集器及导线。所述表面电位计一端连接检测探头，另一端连接数据采集器。所述检测探头固定于所述支架上，且与待测油纸绝缘保持预设距离。
在其中一个实施例中，所述输出电源能够输出多种类型电压，包括直流电压、极性反转电压、脉冲电压和直流与脉冲复合电压。
在其中一个实施例中，所述支撑机构还设有用于放置油纸绝缘的载样台；所述载样台可活动设置在所述平台上。
在其中一个实施例中，所述载样台通过导线与地电极相连接。
在其中一个实施例中，所述地电极为铜质薄片。
在其中一个实施例中，所述输出电源的电压值为-5～5kV。
在其中一个实施例中，所述针电极与所述油纸绝缘样品的距离为3mm。
在其中一个实施例中，所述检测探头与所述油纸绝缘样品的距离为3.5mm。
通过使用上述换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置，可以方便、快速地检测多种电压条件下油纸绝缘表面电压和表面电荷变化特性，对电荷输运特性有更深层次的了解。
附图说明
图1为油纸绝缘表面电荷测量装置的结构示意图；
图2为利用油纸绝缘表面电荷测量装置测量油纸绝缘表面电荷的方法示意图；
图3a是负-正-负直流电压条件下具有不同层数纸张的油纸绝缘的电荷特性；
图3b是正-负-正直流电压条件下具有不同层数纸张的油纸绝缘的电荷特性；
图4a是单独施加正脉冲电压下不同脉冲电压幅值下油纸绝缘的电荷特性；
图4b是单独施加负脉冲电压下不同脉冲电压幅值下油纸绝缘的电荷特性；
图5a是施加直流和正脉冲复合电压下不同脉冲电压幅值下油纸绝缘的电荷注入特性；
图5b是施加直流和负脉冲复合电压下不同脉冲电压幅值下油纸绝缘的电荷注入特性。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请结合附图1，一实施例的换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置10，包括支撑机构100、电荷注入机构200及表面电位测量机构300。
支撑机构100包括平台110及设于平台110上方的支架(图未示)。平台110及支架均由工程绝缘材料制作。在本实施例中，支撑机构100还可设置可活动的载样台120，用于放置油纸绝缘20并移动位置。载样台120位于平台110上，并与地电极通过导线相连接。
电荷注入机构200包含输出电源210、针电极220、地电极230和导线(图中未标示)。
输出电源210一端经导线接针电极220，另一端经导线接地。针电极220固定于一个支架上，且与待测油纸绝缘20保持预设距离。
电荷注入机构200的输出电源210能够输出多种类型电压，包括直流电压、极性反转电压、脉冲电压或直流与脉冲复合电压等。
表面电位测量机构300包括表位电位计310、检测探头320、数据采集器330及导线。表面电位计310一端连接检测探头320，另一端连接数据采集器330。检测探头320固定于另一个支架上，且与待测油纸绝缘20保持预设距离。
请结合附图2，使用换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置10测量油纸绝缘表面电荷的方法步骤如下：
步骤S1，将待测油纸绝缘20置于平台110上，并位于针电极220的下方，与针电极220保持预设距离；
步骤S2，调节电荷注入机构200中输出电源210的输出电压类型，进行电晕充电；
步骤S3，充电结束后迅速将输出电源210输出电压调为零；
步骤S4，将充电后的油纸绝缘20移至所述平台110另一侧的检测探头320下面，与检测探头320保持预设距离，利用表面电位计310测定充电后的油纸绝缘20随时间变化的表面电压值，数据采集器330采集数据并进行数据处理。
在上述实施例中，输出电源210的输出电压类型根据需要调为直流电压、极性反转电压、脉冲电压或直流与脉冲复合电压，输出电压的幅度值为-5～5kV。
在上述实施例测量过程中，针电极220的针尖距离待测油纸绝缘20的高度为3mm。
在上述实施例测量过程中，检测探头320距离待测油纸绝缘20的高度为3.5mm。
在上述实施例测量过程中，针电极220的针尖和检测探头320所对准油纸绝缘20的位置相同，具体为油纸绝缘20的中部，以保证测试结果的准确性和有效性。
下面结合具体的实施例进一步理解该换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置及油纸绝缘表面电荷的测量方法。
1、材料及设备
电位计的型号是Trek347-3hce。电位计的作用是用来测量试样表面的电位，从而可以算出表面电荷。它的测量精度是±3V，分辨率是3mm。
开尔文检测探头的型号是6000b-5c。
2、试验过程
分别将油纸绝缘表面电荷测量装置中电荷注入机构输出电源的输出电压类型调节为直流电压、极性反转电压、脉冲电压或直流与脉冲复合电压。按照上述测量方法进行测定。其中，需要注意的是，针电极的针尖距离待测油纸绝缘的高度为3mm；检测探头距离待测油纸绝缘的高度为3.5mm并且针电极针尖和所述检测探头所对准油纸绝缘的位置相同。
(1)直流电压电晕充电和表面电荷的检测
将油纸绝缘表面电荷测量装置的输出电源的输出电压类型调为直流电压，按照附图2中的测量方法，在油纸绝缘层数不同的情况下，测定油纸绝缘表面电压，进一步换算为表面电荷密度的变化情况，并对油纸绝缘表面电荷积累和消散的情况进行横向对比分析。
如图3a和图3b所示，图中显示的是不同直流电压条件下具有不同层数纸张的油纸绝缘的电荷特性。从图3a和图3b对比分析可知，随着纸张层数的增加，表面电荷密度的绝对值将减少，并且单层绝缘纸下的表面电荷密度比其他情况下的表面电荷密度大很多。因此，它反映出单层纸需要的绝缘强度要比其它情况下的都要强，而四层纸的与三层纸的表面电荷密度差不多。
(2)脉冲电压电晕充电和表面电荷的检测
将油纸绝缘表面电荷测量装置输出电源的输出电压类型调为脉冲电压，并且分别输出正、负电压，按照附图2中测量方法测定油纸绝缘表面电压随时间的变化情况，并对油纸绝缘表面电荷积累和消散的情况进行横向对比分析。
如图4a和图4b所示，图中显示的是单独施加不同脉冲电压下不同脉冲电压幅值下油纸绝缘的电荷特性。从图4a和图4b对比分析可知，电压幅值的增加会引起油纸绝缘表面电位增加，这表明在较高脉冲电压下，更多的电荷会注入到油纸绝缘的表面，并且可以发现，电荷注入需要一个阈值。只有电压高于这个阈值时电荷才能注入到油纸绝缘表面。负脉冲电压下的表面电位初始值的绝对值高于在相同的试验条件下正脉冲电压的起始值，这表明正电压下油纸绝缘的表面电荷比负电压的少，由此可以推断负电荷的脱陷过程比正电荷更难。
(3)直流电压和脉冲复合电压电晕充电和表面电荷的检测
利用油纸绝缘表面电荷测量装置，将输出电压类型调为直流电压和脉冲复合电压的共同作用下，并且分别输出正、负直流电压与正、负直流脉冲的复合电压，，测定油纸绝缘表面电荷变化情况，并对油纸绝缘表面的初始电压情况进行横向对比分析。
如图5a和图5b所示，图中显示的是施加不同直流和脉冲复合电压下不同脉冲电压幅值下油纸绝缘的电荷注入特性。从图5a和图5b对比分析可知，当直流和脉冲电压的极性相同时，曲线会有一个明显的拐点。而当二者极性相反时，曲线呈单一趋势。与此同时，电荷复合过程是一个复杂的过程，在本实验中它取决于试样表面上原有的电荷数量以及极性。当直流和脉冲电压的极性相同时，电荷注入的电压阈值较高。反之阈值较低，而无直流电压时电压阈值介于二者之间。
通过对不同电压类型作用下油纸绝缘表面电荷进行测量，并对测量数据进行数学处理，分析不同电压参数、试样参数下油纸绝缘表面电荷积累、消散和耦合过程，能够弄清楚电荷在油纸绝缘的输运特性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，包括支撑机构、电荷注入机构及表面电位测量机构；
所述支撑机构为工程绝缘，包括用于放置待测油纸绝缘的平台及设于平台上方的支架；
所述电荷注入机构包括输出电源、针电极、地电极和导线；所述输出电源一端经导线接针电极，另一端经导线接地；所述针电极固定于所述支架上，且与待测油纸绝缘保持预设距离；所述地电极置于油纸绝缘下侧，并经导线接地；
所述表面电位测量机构包括表面电位计、检测探头、数据采集器及导线；所述表面电位计一端连接检测探头，另一端连接数据采集器，所述表面电位计的测量精度是±3V；所述检测探头固定于所述支架上，且与待测油纸绝缘保持预设距离。
2.如权利要求1所述的换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述输出电源能够输出多种类型电压，包括直流电压、极性反转电压、脉冲电压和直流与脉冲复合电压。
3.如权利要求1所述的换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述支撑机构还设有用于放置油纸绝缘的载样台；所述载样台可活动设置在所述平台上。
4.如权利要求3所述的换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述载样台通过导线与地电极相连接。
5.如权利要求1所述的换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述地电极为铜质薄片。
6.如权利要求1所述的换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述输出电源的电压值为-5～5kV。
7.如权利要求1～6中任一项所述的换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述针电极与所述油纸绝缘样品的距离为3mm。
8.如权利要求1～6中任一项所述的换流变压器油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述检测探头与所述油纸绝缘样品的距离为3.5mm。
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