CN108226732B - 一种绝缘材料结构耐压检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绝缘材料结构耐压检测装置及方法，所述装置包括调压器、可调升压变压器、声音传感器、电流传感器、第一取样电阻、第二取样电阻、标准电容、数据采集卡及计算机终端；所述标准电容及第一取样电阻之间连接于数据采集卡的采集端；所述第二取样电阻的非接地端连接于数据采集卡的采集端；所述电流传感器设置在第二取样电阻的接地端，所述电流传感器连接于数据采集卡的采集端；所述声音传感器设置在绝缘材料上，所述声音传感器连接于数据采集卡的采集端；所述数据采集卡的输出端连接于计算机终端。通过声音传感器获知放电大小和位置，通过电流传感器检测局部放电的电量大小，获得不同电压等级下样品的绝缘材料的性能。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘材料检测技术领域，特别涉及一种绝缘材料结构耐压检测装置及方法。
背景技术
绝缘材料是在允许电压下不导电的材料，但不是绝对不导电的材料，在一定外加电场强度作用下，也会发生导电、极化、损耗、击穿等过程，而长期使用还会发生老化。绝缘材料是电气设备最重要的元件。绝缘性能的好坏直接影响电气设备是否能正常工作。因此，电气设备生产商往往需要对绝缘材料进行压电试验，以检测绝缘性能。有的采用介质损耗角检测等手段，但方法单一，无法全面检测出绝缘材料的结构性能，在试验过程中无法阶段性检测其性能。
发明内容
为此，需要提供一种绝缘材料结构耐压检测装置及方法，解决现有无法全面检测出绝缘材料的性能，及现试验过程中无法阶段性检测其性能的问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种绝缘材料结构耐压检测装置，包括调压器、可调升压变压器、声音传感器、电流传感器、第一取样电阻、第二取样电阻、标准电容、数据采集卡及计算机终端；
所述调压器的输入端连接外接电源，所述调压器的输出端连接于可调节升压变压器的一侧，所述可调节升压变压器的另一侧的一端连接于样品中的导体部分，并通过标准电容及第一取样电阻接地，所述可调升压变压器另一侧的另一端连接于样品的绝缘部分，并通过第二取样电阻接地；
所述标准电容及第一取样电阻之间连接于数据采集卡的采集端；
所述第二取样电阻的非接地端连接于数据采集卡的采集端；
所述电流传感器设置在第二取样电阻的接地端，所述电流传感器连接于数据采集卡的采集端；
所述声音传感器设置在绝缘材料上，所述声音传感器连接于数据采集卡的采集端；
所述数据采集卡的输出端连接于计算机终端。
进一步优化，还包括输出控制器，所述输出控制器的输入端连接于计算机终端，所述输出控制器的输出端连接于调压器的控制端。
进一步优化，所述标准电容及第一取样电阻之间通过第一微信号调节器及第一放大器连接于数据采集卡的采集端；
所述第二取样电阻的非接地端通过第二微信号调节器及第二放大器连接于数据采集卡的采集端；
所述电流传感器通过第三微信号调节器及第三放大器连接于数据采集卡的采集端；
所述声音传感器通过第四微信号调节器及第四放大器连接于数据采集卡的采集端。
进一步优化，还包括样品固定器，所述样品固定器用于固定样品。
发明人还提供了另一个技术方案：一种绝缘材料结构耐压检测方法，包括以下步骤：
电压提供步骤：通过可调节升压变压器给样品提供电压；
声信号采集步骤：通过声音传感器检测样品的绝缘材料采集局部放电声信号；
声信号判断步骤：若有局部放电声信号，则执行放电特征提取步骤；
放电特征提取步骤：通过电流传感器进行局部放电特征提取；
分类识别步骤：对提取的放电特征进行分类和识别，获得其耐电压等级和特征指纹。
进一步优化，所述声信号判断步骤还包括：
若无局部放电声信号，则执行升压步骤：
通过输出控制器控制调压器进行对可调节升压变压提供的电压进行升压，后继续声信号采集步骤。
进一步优化，所述分类识别步骤之后还包括：
电压判断步骤：判断可调节升压变压器提供的电压是否达到最高电压等级，若是，则结束耐压检测，若否，则执行升压步骤，直至可调节升压变压器提供的电压达到最高电压等级；
升压步骤：通过输出控制器控制调压器进行对可调节升压变压提供的电压进行升压，然后执行声信号采集步骤。
进一步优化，所述声信号判断步骤还包括：
若有局部放电声信号，则进行电镜特征提取步骤；
电镜特征提取步骤包括：对样品的绝缘材料进行喷镀导电表层，然后通过扫描电镜获得样品的绝缘材料经过耐压后的分子结构微观形貌、能谱和成分变化分析记录，并分子结构断裂刚度与应力-应度性能。
进一步优化，所述“对样品的绝缘材料进行喷镀导电表层”具体包括：
采用TiO2或者Al2O3材料通过离子溅射喷涂工艺对样品的绝缘材料进行喷镀导电表层。
进一步优化，所述电表层的厚度为45-85埃米之间。
区别于现有技术，上述技术方案，通过调压器可以调节可调升压变压器的输出电压，并施加在样品上，而样品的绝缘材料在高压的作用下，其内部气隙或者杂质因所承受的耐电压等级不一样，会产生局部放电，伴随着声、光、热、电等物理现象产生，通过声音传感器检测局部放电声信号从而获知放电大小和位置，通过电流传感器可以定量检测局部放电的电量大小，通过两个第一取样电阻和第二取样电阻和标准电容分别获得标准回路电流和样品回路电流幅值及其相位等，通过计算机终端计算出样品电容值和介质损耗正切值，并通过调压器调节可调升压变压器提供不同电压等级的电压，对样品施加不同电压，获得不同电压等级下样品的绝缘材料的性能。
附图说明
图1为具体实施方式所述绝缘材料结构耐压检测装置的一种结构示意图；
图2为具体实施方式所述定子线棒的一种结构示意图；
图3为具体实施方式所述绝缘材料结构耐压检测方法的一种流程示意图；
图4为具体实施方式所述定子线棒的另一种结构示意图。
附图标记说明：
1、线棒导体，
2、主绝缘部分，
3、低阻漆，
4、气泡，
5、杂质，
6、间隙，
7、电接触点，
8、定子铁芯，
9、电表层。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1，本实施例所述绝缘材料结构耐压检测装置，包括调压器、可调升压变压器、声音传感器、电流传感器、第一取样电阻R1、第二取样电阻R2、标注电容CN、数据采集卡及计算机终端；
所述调压器的输入端连接外接电源，所述调压器的输出端连接于可调节升压变压器的一侧，所述可调节升压变压器的另一侧的一端连接于样品中的导体部分，并通过标注电容CN及第一取样电阻R1接地，所述可调升压变压器另一侧的另一端连接于样品的绝缘部分，并通过第二取样电阻R2接地；
所述标注电容CN及第一取样电阻R1之间连接于数据采集卡的采集端；
所述第二取样电阻R2的非接地端连接于数据采集卡的采集端；
所述电流传感器设置在第二取样电阻R2的接地端，所述电流传感器连接于数据采集卡的采集端；
所述声音传感器设置在绝缘材料上，所述声音传感器连接于数据采集卡的采集端；
所述数据采集卡的输出端连接于计算机终端。
将样品放置到该装置中进行对样品的绝缘材料的性能进行检测，通过将样品的绝缘材料的一侧连接于可调升压变压器次级的一端，样品的绝缘材料的另一侧连接于可调升压变压器次级的另一端，将声音传感器设置在样品的绝缘材料上，通过调压器进行对可调升压变压器的输出电压进行调节，通过可调升压变压器给绝缘材料提供一个高压，而样品的绝缘材料在高压的作用下，其内部气泡或者杂质因所承受的耐电压等级不一样，会产生局部放电，伴随着声、光、热、电等物理现象产生，通过声音传感器检测局部放电声信号从而获知放电大小和位置，通过电流传感器可以定量检测局部放电的电量大小，通过数据采集卡采集标注电容CN和第一取样电阻R1之间及第二取样电阻R2的非接地端的电流的幅值和相位等，通过计算机终端计算出样品电容值和介质损耗正切值，并通过调压器调节可调升压变压器提供不同电压等级的电压，对样品施加不同电压，获得不同电压等级下样品的绝缘材料的性能。几路信号通过数据采集卡输送至计算机终端中，通过计算机终端经过跟踪、计算、分析处理，可以同时检测绝缘材料内部局部缺陷、集中缺陷和介质损耗正切值，有效地提高同一次试验之间试验数据比对和分析。同时结合局部放电声特征进行分类和识别，建立起耐电压等级及特征指纹库，作为其他样品检测的标准。
请参阅图2，当样品为定子线棒时，定子线棒包括绝缘材料和线棒导体1，其绝缘材料包括主绝缘部分2和低阻漆3，主绝缘部分2包裹着线棒导体1，低阻漆3设置在主绝缘部分2的表面，将定子线棒的线棒导体1连接于可调升压变压器的次级一端，而对绝缘材料进行接地，由于电子线棒的绝缘部分连接于定子铁芯8，通过将定子铁芯8进行接地，其中，电子线棒绝缘部分的低阻漆3通过电接触点7电连接于定子铁芯8，而低阻漆3与电子铁芯之间具有间隙6，由于定子线棒的绝缘材料中存才气泡4和杂质5等，在对其施加高压后，会产生局部放电，伴随着声、光、热、电等物理现象产生，进而通过声音传感器、电流传感器等获得定子线棒的绝缘材料在不同电压等级下的性能。
在本实施例中，为了能够自动调整可调升压变压器的输出电压等级，还包括输出控制器，所述输出控制器的输入端连接于计算机终端，所述输出控制器的输出端连接于调压器的控制端。计算机终端对通过数据采集卡接收的几路信号进行跟踪、计算分析处理后，依据试验设置的电压等级及检测预判，反馈输出智能控制输出控制器控制调压器进行调节试验电压，实时反馈至输出控制器控制调压器，实现自动调整可调升压变压器的输出电压等级。
由于局部放电信号比较微弱，为了获得能够有效获得这些微弱信号，，所述标注电容CN及第一取样电阻R1之间通过第一微信号调节器SC1及第一放大器SA1连接于数据采集卡的采集端；所述第二取样电阻R2的非接地端通过第二微信号调节器SC2及第二放大器SA2连接于数据采集卡的采集端；所述电流传感器通过第三微信号调节器SC3及第三放大器SA3连接于数据采集卡的采集端；所述声音传感器通过第四微信号调节器SC4及第四放大器SA4连接于数据采集卡的采集端。通过微信号调节器和放大器对不同路信号进行信号突显输出，以便获得有效信号。
在本实施例中，为了更好固定样品，而进行对样品的绝缘材料进行检测，还包括样品固定器，所述样品固定器用于固定样品。通过样品固定器对样品进行固定，使得能够很好地对样品的绝缘材料进行监测，样品固定器可以基座及两个夹持柄，通过两个夹持柄进行夹持样品，其中样品固定器可以为绝缘的夹持结构、卡箍结构或者卡扣结构等。
请参阅图3，在另一个实施例中，一种绝缘材料结构耐压检测方法，包括以下步骤：
电压提供步骤S310：通过可调节升压变压器给样品提供电压；
声信号采集步骤S320：通过声音传感器检测样品的绝缘材料采集局部放电声信号；
声信号判断步骤S330：若有局部放电声信号，则执行放电特征提取步骤；
放电特征提取步骤S341：通过电流传感器进行局部放电特征提取；
分类识别步骤S350：对提取的放电特征进行分类和识别，获得其耐电压等级和特征指纹。
将样品放置到该装置中进行对样品的绝缘材料的性能进行检测，通过将样品的绝缘材料的一侧连接于可调升压变压器次级的一端，样品的绝缘材料的另一侧连接于可调升压变压器次级的另一端，将声音传感器设置在样品的绝缘材料上，通过调压器进行对可调升压变压器的输出电压进行调节，通过可调升压变压器给绝缘材料提供一个高压，而样品的绝缘材料在高压的作用下，其内部气隙或者杂质因所承受的耐电压等级不一样，会产生局部放电，伴随着声、光、热、电等物理现象产生，通过声音传感器检测局部放电声信号从而获知放电大小和位置，通过电流传感器可以定量检测局部放电的电量大小，通过数据采集卡采集标准电容和第一取样电阻之间及第二取样电阻的非接地端的电流的幅值和相位等，通过计算机终端计算出样品电容值和介质损耗正切值，并通过调压器调节可调升压变压器提供不同电压等级的电压，对样品施加不同电压，获得不同电压等级下样品的绝缘材料的性能。几路信号通过数据采集卡输送至计算机终端中，通过计算机终端经过跟踪、计算、分析处理，可以同时检测绝缘材料内部局部缺陷、集中缺陷和介质损耗正切值，有效地提高同一次试验之间试验数据比对和分析。同时结合局部放电声特征进行分类和识别，建立起耐电压等级及特征指纹库，作为其他样品检测的标准。
为了能够自动调整可调升压变压器的输出电压等级，所述声信号判断步骤S330还包括：若无局部放电声信号，则执行升压步骤S360：通过输出控制器控制调压器进行对可调节升压变压提供的电压进行升压，后继续声信号采集步骤。或者所述分类识别步骤S350之后还包括：电压判断步骤S370：判断可调节升压变压器提供的电压是否达到最高电压等级，若是，则结束耐压检测，若否，则执行升压步骤S360，直至可调节升压变压器提供的电压达到最高电压等级；计算机终端对通过数据采集卡接收的几路信号进行跟踪、计算分析处理后，依据试验设置的电压等级及检测预判，反馈输出智能控制输出控制器控制调压器进行调节试验电压，实时反馈至输出控制器控制调压器，实现自动调整可调升压变压器的输出电压等级。
为了进一步分析绝缘材料经耐压试验结构变化，所述声信号判断步骤还包括：若有局部放电声信号，则进行电镜特征提取步骤S342；电镜特征提取步骤S342包括：对样品的绝缘材料进行喷镀导电表层，然后通过扫描电镜获得样品的绝缘材料经过耐压后的分子结构微观形貌、能谱和成分变化分析记录，并分子结构断裂刚度与应力-应度性能。其中，采用TiO2或者Al2O3材料通过离子溅射喷涂工艺对样品的绝缘材料进行喷镀导电表层。所述电表层的厚度为45-85埃米之间，其中可以通过颜色判定厚度。由于绝缘材料在扫描电镜下无法观察，需对其表面进行导电喷镀电表层。
请参阅图2及图4，当进行对定子线棒的绝缘材料进行升电压耐压试验，计算机终端通过声音传感器采集局部放电声信号，若有局部放电声信号，则进行局部电特征提取，并对定子线棒的绝缘材料进行喷镀电表层9，将喷镀好的定子线棒的绝缘材料放置在扫描电镜下进行提取，分别进行对定子线棒的绝缘材料经耐压后的分子结构微观形貌、能谱与成份变化分析记录，和分子结构断裂刚度与应力－应变等性能分析，进一步结合局部放电声特征进行分类和识别，这样最终建立起耐电压等级及特征指纹库，若完成，则该定子线棒的绝缘材料的耐压检测结束，否则通过调压器进行升压循环耐压检测。这样也可为提取绝缘材料在不同电压等级下的局部放电机理形成、局部放电故障类型和绝缘材料寿命评估提供分析基础。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种绝缘材料结构耐压检测装置，其特征在于，包括调压器、可调节升压变压器、声音传感器、电流传感器、第一取样电阻、第二取样电阻、标准电容、数据采集卡及计算机终端；
所述调压器的输入端连接外接电源，所述调压器的输出端连接于可调节升压变压器的一侧，所述可调节升压变压器的另一侧的一端连接于样品中的导体部分，并通过标准电容及第一取样电阻接地，所述可调节升压变压器另一侧的另一端连接于样品的绝缘部分，并通过第二取样电阻接地；
所述标准电容及第一取样电阻之间连接于数据采集卡的采集端；
所述第二取样电阻的非接地端连接于数据采集卡的采集端；
所述电流传感器设置在第二取样电阻的接地端，所述电流传感器连接于数据采集卡的采集端；
所述声音传感器设置在绝缘材料上，所述声音传感器连接于数据采集卡的采集端；
所述数据采集卡的输出端连接于计算机终端。
2.根据权利要求1所述绝缘材料结构耐压检测装置，其特征在于，还包括输出控制器，所述输出控制器的输入端连接于计算机终端，所述输出控制器的输出端连接于调压器的控制端。
3.根据权利要求1所述绝缘材料结构耐压检测装置，其特征在于，所述标准电容及第一取样电阻之间通过第一微信号调节器及第一放大器连接于数据采集卡的采集端；
所述第二取样电阻的非接地端通过第二微信号调节器及第二放大器连接于数据采集卡的采集端；
所述电流传感器通过第三微信号调节器及第三放大器连接于数据采集卡的采集端；
所述声音传感器通过第四微信号调节器及第四放大器连接于数据采集卡的采集端。
4.根据权利要求1所述绝缘材料结构耐压检测装置，其特征在于，还包括样品固定器，所述样品固定器用于固定样品。
5.一种绝缘材料结构耐压检测方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-4任意一项所述的绝缘材料结构耐压检测装置，所述方法包括以下步骤：
电压提供步骤：通过可调节升压变压器给样品提供电压；
声信号采集步骤：通过声音传感器检测样品的绝缘材料采集局部放电声信号；
声信号判断步骤：若有局部放电声信号，则执行放电特征提取步骤；
放电特征提取步骤：通过电流传感器进行局部放电特征提取；
分类识别步骤：对提取的放电特征进行分类和识别，获得其耐电压等级和特征指纹。
6.根据权利要求5所述绝缘材料结构耐压检测方法，其特征在于，所述声信号判断步骤还包括：
若无局部放电声信号，则执行升压步骤：
通过输出控制器控制调压器进行对可调节升压变压器提供的电压进行升压，后继续声信号采集步骤。
7.根据权利要求5或者6所述绝缘材料结构耐压检测方法，其特征在于，所述分类识别步骤之后还包括：
电压判断步骤：判断可调节升压变压器提供的电压是否达到最高电压等级，若是，则结束耐压检测，若否，则执行升压步骤，直至可调节升压变压器提供的电压达到最高电压等级；
升压步骤：通过输出控制器控制调压器进行对可调节升压变压器提供的电压进行升压，然后执行声信号采集步骤。
8.根据权利要求5所述绝缘材料结构耐压检测方法，其特征在于，所述声信号判断步骤还包括：
若有局部放电声信号，则进行电镜特征提取步骤；
电镜特征提取步骤包括：对样品的绝缘材料进行喷镀导电表层，然后通过扫描电镜获得样品的绝缘材料经过耐压后的分子结构微观形貌、能谱和成分变化分析记录，以及分子结构断裂刚度与应力-应度性能。
9.根据权利要求8所述绝缘材料结构耐压检测方法，其特征在于，所述“对样品的绝缘材料进行喷镀导电表层”具体包括：
采用TiO2或者Al2O3材料通过离子溅射喷涂工艺对样品的绝缘材料进行喷镀导电表层。
10.根据权利要求9所述绝缘材料结构耐压检测方法，其特征在于，所述电表层的厚度为45-85埃米之间。
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