CN110361637A - 一种研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台及方法，结合电缆终端运行过程中出现的四种典型缺陷制作相应的模拟电极，包括尖端放电、沿面放电、气隙放电及悬浮放电，搭建实验***，采用1kV步长的阶梯升压法升高试验电压，示波器记录每种缺陷电极从2kV至12kV电压下的声发射波形，同时采集卡对放电声发射信号进行实时采集并上传至上位机，对放电声发射信号进行处理，得到相应的声发射参数及放电参数，然后绘制二维或三维参数关联图谱。本发明有效的模拟了电缆终端不同缺陷放电状态，并可实时测量放电声发射信号、放电参数及放电类型识别，为探究基于声发射技术检测电缆终端局部放电并识别放电类型的理论基础提供实验方法。

Description

一种研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台及方法
技术领域
本发明涉及绝缘材料状态检测技术领域，具体为一种研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台及方法。
背景技术
电缆终端是电缆线路的重要组成部分，集绝缘、电场应力控制、屏蔽及防水等功能于一体，内部结构复杂，因而运行故障多发。电缆终端制造过程中，由于各种原因导体毛刺问题无法彻底杜绝，存在毛刺的终端运行时会导致尖端放电；电缆终端内应力管错位及层间气隙将导致沿面放电；绝缘层中的微小气泡或刀痕使得电缆终端在运行过程中出现气隙放电；导电及半导电杂质附着在主绝缘表面会导致悬浮放电。
传统的电缆终端放电检测方法具有抗干扰能力差、不同放电类型区分度低的缺点，声发射法利用放电过程中产生的声发射信号对放电进行检测及类型识别，因其具有非侵入。抗干扰能力强等特点被广泛研究，但目前未有相关成熟的分析方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种电缆终端不同类型缺陷局部放电声发射检测的实验平台及方法，可以探究不同类型放电声发射信号的差异，并基于声信号差异实现放电类型识别：
一种研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台，包括调压器、变压器、限流电阻器、分压电容器和试样装置；调压器的输入端连接到交流电源，输出端连接到变压器的低压输入端；变压器的高压输出端通过限流电阻器连接到分压电容器的一侧；分压电容器的另一侧通过高压线连接到放电试样装置的均压球；所述放电试样装置包括固定在绝缘支架上的乙丙橡胶样品，乙丙橡胶样品上表面固定有高电极，下表面固定有地电极；均压球固定于高电极顶端；声发射传感器固定于地电极上；所述声发射传感器依次通过放大滤波器和采集卡将采集到的声发射信号上传至计算机。
进一步的，根据权利要求所述的研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台，其特征在于，所述高电极为尖端电极、沿面电极、气隙电极或悬浮电极，所述乙丙橡胶样品对应的为尖端试样、沿面试样、气隙试样或悬浮试样。
更进一步的，所述尖端电极为曲率半径为5μm，锥尖角30°的不锈钢电极，所述气隙电极用环氧树脂固封，所述气隙试样内部含直径1mm的气隙，所述悬浮试样上放置有导电微粒。
更进一步的，所述均压球通过铜螺母与高电极固定，所述声发射传感器通过固定磁座与地电极固定。
更进一步的，还包括连接到分压电容器输出端的电压显示器和存储示波器，存储示波器还连接到放大滤波器的输出端。
更进一步的，所述声发射传感器通过SAM接口转BNC接口铜芯线与放大滤波器连接。
更进一步的，所述调压器、变压器、分压电容器和放电试样装置的接地线连接并单点接地。
一种研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验方法，包括以下步骤：
S1、搭建所述试验平台，安装待尖端电极和尖端试样的尖端放电试样装置；
S2、以1kV步长的阶梯升压法升高试验电压，记录2kV-12kV试验电压下的放电声发射信号；
S3、依次更换沿面、气隙、悬浮放电试样装置，并分别重复S2；
S4、分析各类型放电声发射信号，对比声发射波形差异，计算各声发射信号特征参数；
S5、绘制声发射信号特征参数关联图谱，利用图谱区分放电类型。
本发明的有益效果是：本发明具有低局部噪声特点，在进行实验时，很方便地更换放电模型，测量仪器与高压仪器分隔开，安全性能好，全自动存储放电声发射信号；测得的声发射事件群以散点图的形式绘制在参数关联图谱上，不同类型放电分布在不同区域，可利用该特性快速、准确地分辨放电类型。
附图说明
图1为电缆终端不同类型缺陷局部放电声发射检测的实验平台图。
图2为放电试样装置结构示意图。
图3四种高电极结构示意图。
图4四种式样结构示意图。
图5为四种类型放电声发射特征参数3D关联图谱。
图中：1-交流电源；2-调压器；3-变压器；4-限流电阻器；5-分压电容器；6-电压显示器；7-放电试样装置；8-声发射传感器；9-放大滤波器；10储存示波器；11-采集卡；12-计算机；13-均压球；14-铜螺母；15-高电极；16；乙丙橡胶样品；17-地电极；18-绝缘支架；19-固定磁座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，本发明的研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台，包括调压器2、变压器3、限流电阻器4、分压电容器5和试样装置7；调压器2的输入端连接到交流电源1，输出端连接到变压器3的低压输入端；变压器3的高压输出端通过限流电阻器4连接到分压电容器5的一侧；分压电容器5的另一侧通过高压线连接到放电试样装置7的均压球13。
如图2所示，所述放电试样装置7包括固定在绝缘支架18上的乙丙橡胶样品16，乙丙橡胶样品16上表面固定有高电极15，下表面固定有地电极17；均压球13固定于高电极15顶端；声发射传感器8固定于地电极17上；所述均压球13通过铜螺母14与高电极15固定，所述声发射传感器8通过固定磁座与地电极17固定。
所述声发射传感器8依次通过放大滤波器9和采集卡11将采集到的声发射信号上传至计算机12。且声发射传感器8通过SAM接口转BNC接口铜芯线与放大滤波器9连接。还包括连接到分压电容器5输出端的电压显示器6和存储示波器10，存储示波器10还连接到放大滤波器9的输出端。
如图3所示，高电极15可拆卸更换为尖端电极15a、沿面电极15b、气隙电极15c或悬浮电极15d。如图4所示，所述乙丙橡胶样品16对应的可拆卸更换为尖端试样16a、沿面试样16b、气隙试样16c或悬浮试样16d。能够满足不同类型缺陷局部放电声发射的检测。本实施例中，地电极采用直径90mm、厚度8mm的铜电极。尖端电极采用曲率半径为5μm，锥尖角30°的不锈钢电极；沿面、悬浮电极采用直径30mm，厚度8mm的圆板电极；悬浮电极与橡胶试品中放入导电微粒；气隙电极采用环氧树脂固封，橡胶试品中含直径1mm的气隙。
基于上述实验平台，本发明研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验方法，包括以下步骤：
S1、搭建所述试验平台，安装待尖端电极和尖端试样的尖端放电试样装置；
S2、以1kV步长的阶梯升压法升高试验电压，记录2kV-12kV试验电压下的放电声发射信号；
S3、依次更换沿面、气隙、悬浮放电试样装置，并分别重复S2；
S4、分析各类型放电声发射信号，对比声发射波形差异，计算各声发射信号特征参数，包括上升时间、持续时间、振幅及能量；
S5、绘制声发射信号特征参数关联图谱，利用图谱区分放电类型。
图5为四种类型放电声发射特征参数3D关联图谱，声发射信号特征参数包括上升时间、持续时间、振幅及能量等，所述参数关联图谱通过两或三个声发射特征参数绘制成二维或三维关联图谱。参数关联图谱中每个散点表示一次声发射事件，同一电压下不同类型放电的声发射事件群在图谱中以散点簇分布，四种放电类型的声发射散点簇分布在不同区域，可以区分不同放电类型。

Claims (8)

1.一种研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台，其特征在于，包括调压器(2)、变压器(3)、限流电阻器(4)、分压电容器(5)和试样装置(7)；调压器(2)的输入端连接到交流电源(1)，输出端连接到变压器(3)的低压输入端；变压器(3)的高压输出端通过限流电阻器(4)连接到分压电容器(5)的一侧；分压电容器(5)的另一侧通过高压线连接到放电试样装置(7)的均压球(13)；所述放电试样装置(7)包括固定在绝缘支架(18)上的乙丙橡胶样品(16)，乙丙橡胶样品(16)上表面固定有高电极(15)，下表面固定有地电极(17)；均压球(13)固定于高电极(15)顶端；声发射传感器(8)固定于地电极(17)上；所述声发射传感器(8)依次通过放大滤波器(9)和采集卡(11)将采集到的声发射信号上传至计算机(12)。
2.根据权利要求1所述的研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台，其特征在于，所述高电极(15)为尖端电极(15a)、沿面电极(15b)、气隙电极(15c)或悬浮电极(15d)，所述乙丙橡胶样品(16)对应的为尖端试样(16a)、沿面试样(16b)、气隙试样(16c)或悬浮试样(16d)。
3.根据权利要求2所述的研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台，其特征在于，所述尖端电极(15a)为曲率半径为5μm，锥尖角30°的不锈钢电极，所述气隙电极(15c)用环氧树脂固封，所述气隙试样(16c)内部含直径1mm的气隙，所述悬浮试样(16d)上放置有导电微粒。
4.根据权利要求1所述的研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台，其特征在于，所述均压球(13)通过铜螺母(14)与高电极(15)固定，所述声发射传感器(8)通过固定磁座与地电极(17)固定。
5.根据权利要求1所述的研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台，其特征在于，还包括连接到分压电容器(5)输出端的电压显示器(6)和存储示波器(10)，存储示波器(10)还连接到放大滤波器(9)的输出端。
6.根据权利要求1所述的研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台，其特征在于，所述声发射传感器(8)通过SAM接口转BNC接口铜芯线与放大滤波器(9)连接。
7.根据权利要求1所述的研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验平台，其特征在于，所述调压器(2)、变压器(3)、分压电容器(5)和放电试样装置(7)的接地线连接并单点接地。
8.一种研究电缆终端放电声发射特性的模拟实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、搭建所述试验平台，安装待尖端电极和尖端试样的尖端放电试样装置；
S2、以1kV步长的阶梯升压法升高试验电压，记录2kV-12kV试验电压下的放电声发射信号；
S3、依次更换沿面、气隙、悬浮放电试样装置，并分别重复S2；
S4、分析各类型放电声发射信号，对比声发射波形差异，计算各声发射信号特征参数，包括上升时间、持续时间、振幅及能量；
S5、绘制声发射信号特征参数关联图谱，利用图谱区分放电类型。
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