【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高电压与绝缘，具体涉及一种油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置及测量方法。
技术介绍
1、随着电力系统电压与容量要求的不断提高，超、特高压直流输电得到了广泛的应用发展，成为我国优化能源分配的重要手段。在特高压直流输电中，换流变压器是核心设备，但受到电压等级高、电场分布不均匀等因素，换流变压器有着较高的故障率。数据表明换流变压器故障率大约是普通电力变压器的2倍，其中因绝缘问题引发的事故约占50％。
2、油-纸绝缘是油浸式变压器重要绝缘结构之一，由于其工作环境中存在强电场及油纸界面，因此油-纸绝缘内部容易产生空间电荷积聚，从而造成局部电场畸变，加速绝缘老化，增加绝缘失效风险，严重影响变压器的运行安全。影响油-纸绝缘结构空间电荷分布的因素有很多，包括含水量、老化程度、温度、油流带电作用等。因此，针对不同因素研究绝缘纸内部空间电荷分布情况，探究各种因素对绝缘纸空间电荷分布的影响，提出针对性的变压器油纸绝缘电荷输运特性，从而来评估、预测变压器油纸老化状态，对保障电力设备的安全稳定运行具有重要意义。
3、早在1983年，日本tatsuo takada等人就提出了电声脉冲法(pea)空间电荷测量技术。其原理是基于库仑力定律，通过在绝缘试样上施加窄脉冲电压，使得绝缘试样内部空间电荷在脉冲电场作用下产生库仑力，形成压力脉冲波，再由紧贴在另一侧电极上的压电传感器接收，将压力信号转换为电信号，从而根据试验、极板的结构参数来推算试样内部空间电荷分布。相较于其他测量方法，pea法具有结构简单、测试方便、成本低等特点，
4、目前存在的绝缘纸空间电荷的装置可以满足对温度、电场的控制，但无法测量考虑油流带电作用对绝缘纸空间电荷分布的影响。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置及测量方法，本装置通过油循环系统和铝电极可调控的油箱式pea空间电荷测量系统，对考虑油流带电作用的绝缘纸空间电荷分布展开测量；油循环装置可以实现对油速、油温的宽范围调控，且本装置通过控制油温的方式来控制测试样品温度，使得其温度分布更加均匀。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，包括电源和油箱，油箱包括端盖、侧壁和底部的下极板，油箱两侧的侧壁连通油循环管道的两端，油循环管道上安装油泵和加热带；所述电源连接外部保护电路，外部保护电路的输出端连接电极连接杆，电极连接杆贯穿油箱的端盖且在贯穿处采用螺纹连接，电极连接杆延伸进入箱体内的端部安装有铝电极，油箱的下极板顶部安装有夹具，夹具内部安装有待测绝缘纸试样；所述下极板的下方安装金属屏蔽箱，位于金属屏蔽箱内部的下极板底端安装有pvdf压电传感器，pvdf压电传感器安装有pmma吸声材料，pvdf压电传感器连接放大器，放大器下游的导线贯穿至金属屏蔽箱外部再连接示波器，示波器连接电脑；
4、作为本专利技术优选的技术方案，电源包括高压直流电源和高压纳秒脉冲电源；
5、作为本专利技术优选的技术方案，外部保护电路包括保护电阻r1、隔直电容c、耦合电阻r2；所述高压直流电源经过保护电阻r1后连接到电极连接杆上，所述高压纳秒脉冲电源经过隔直电容c后连接到电极连接杆上，所述外部保护电路的脉冲侧经过耦合电阻r2接地；
6、作为本专利技术优选的技术方案，所述电极连接杆为铝材质螺纹杆，铝电极是圆盘形，铝电极的中心处设置有与电极连接杆配合的螺纹孔洞，孔洞深度为铝电极厚度的1/3；
7、作为本专利技术优选的技术方案，所述油循环管道上还安装有阀门、流量计、温度计和膨胀节；
8、作为本专利技术优选的技术方案，所述油箱的下极板安装有泄油管道，泄油管道下游连接储油箱，储油箱位于金属屏蔽箱外部，储油箱与油循环管道之间通过管道连接；
9、作为本专利技术优选的技术方案，所述端盖采用有机玻璃材质；
10、作为本专利技术优选的技术方案，所述金属屏蔽箱采用不锈钢材质，且侧壁设置有两个孔洞，分别用于引出泄油管道与所述放大器的引出线；
11、作为本专利技术优选的技术方案，测量包括以下步骤：
12、s1：将所述油箱的端盖取下，将待测试品固定在所述下极板，将所述油箱的端盖与所述油箱的侧壁采用螺丝固定连接，旋转所述电极连接杆，调整位置使其与待测样品保留足够空隙，读取所述电极连接杆上刻度，获取所述铝电极与待测试样的间距；
13、s2：根据步s1中测量间距及所需电场强度调整所述高压直流电源、高压纳秒脉冲电源的电压值，将电源调整为准备输出状态；
14、s3：将所述油循环管道经所述进油的管道装满油，打开所述加热带、温度计；
15、s4：打开油罐两侧所述阀门，控制所述油泵直至所述流量计到设定流速，待所述温度计达到预设温度后，开启调试好的所述高压直流电源；
16、s5：达到设定极化时间后，将油罐两侧所述阀门关闭，同时将所述下极板的泄油口打开，待油箱内部绝缘油流空后将所述电极连接杆向下旋转使得所述铝电极与待测绝缘纸紧密相贴；
17、s6：将所述放大器、示波器和电脑打开，开启所述高压纳秒脉冲电源并进行脉冲信号同步采集；
18、s7：将采集到的脉冲电信号进行平均处理、反卷积处理、数据恢复及标定等，得到试样空间电荷分布数据。
19、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
20、1、本专利技术的装置通过在油箱两侧的侧壁连通油循环管道，油循环管道上安装油泵和加热带；将连接有高压电源的上电极可调的伸入至油箱内部再连接铝电极，铝电极与下极板配合测试，将储油箱中的油导入油箱中，将油箱两侧的侧壁连通油循环管道，通过阀门可控的将储油箱中的油导入油箱并循环流动，对考虑油流带电作用的绝缘纸空间电荷分布进行测量；可升降铝电极与油循环装置的配合使用可以开展油流带电作用，弥补了绝缘纸空间电荷测量中暂未考虑油流带电作用这一因素的空缺，更加符合绝缘纸在油浸式变压器内的实际工状。
21、2、本专利技术加装的油循环装置可以实现对油速、油温的宽范围调控，且本装置通过控制油温的方式对待测试品加热，使得待测试样温度分布更加均匀。
22、3、本专利技术装置在测量过程中，通过调整高压直流电源、高压纳秒脉冲电源的电压值，调节施加电场；通过加装的油循环装置，对试验温度、油路流速进行精准控制，进一步的提高了在测量中对场量因素的调控精度。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，包括电源和油箱，油箱包括端盖(6)、侧壁(8)和底部的下极板(7)，其特征在于，油箱两侧的侧壁(8)连通油循环管道(16)的两端，油循环管道(16)上安装油泵(18)和加热带(20)；所述电源连接外部保护电路(3)，外部保护电路(3)的输出端连接电极连接杆(4)，电极连接杆(4)贯穿油箱的端盖(6)且在贯穿处采用螺纹连接，电极连接杆(4)延伸进入箱体内的端部安装有铝电极(5)，油箱的下极板(7)顶部安装有夹具(7-2)，夹具(7-2)内部安装有待测绝缘纸试样(7-1)；所述下极板(7)的下方安装金属屏蔽箱(10)，位于金属屏蔽箱(10)内部的下极板(7)底端安装有PVDF压电传感器(11)，PVDF压电传感器(11)上安装有PMMA吸声材料(12)，PVDF压电传感器(11)连接放大器(13)，放大器(13)下游的导线贯穿至金属屏蔽箱(10)外部再连接示波器(14)，示波器(14)连接电脑(15)。
2.根据权利要求1所述的油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，其特征在于，所述电源包括高压直流电源(1)和高压纳秒脉冲电源(
3.根据权利要求2所述的油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，其特征在于，所述外部保护电路(3)包括保护电阻R1、隔直电容C、耦合电阻R2；所述高压直流电源(1)经过保护电阻R1后连接到电极连接杆(4)上，所述高压纳秒脉冲电源(2)经过隔直电容C后连接到电极连接杆(4)上，所述外部保护电路(3)的脉冲侧经过耦合电阻R2接地。
4.根据权利要求1所述的油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，其特征在于，所述电极连接杆(4)为铝材质螺纹杆，铝电极(5)是圆盘形，铝电极(5)的中心处设置有与电极连接杆(4)配合的螺纹孔洞，孔洞深度为铝电极(5)厚度的1/3。
5.根据权利要求1所述的油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，其特征在于，所述油循环管道(16)上还安装有阀门(17)、流量计(19)、温度计(21)和膨胀节(22)。
6.根据权利要求1所述的油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，其特征在于，所述油箱的下极板(7)安装有泄油管道(9)，泄油管道(9)下游连接储油箱(23)，储油箱(23)位于金属屏蔽箱(10)外部，储油箱(23)与油循环管道(16)之间通过管道(24)连接。
7.根据权利要求1所述的油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，其特征在于，所述端盖(6)采用有机玻璃材质。
8.根据权利要求1所述的油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，其特征在于，所述金属屏蔽箱(10)采用不锈钢材质，且侧壁设置有两个孔洞，分别用于引出泄油管道(9)与所述放大器(13)的引出线。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，包括电源和油箱，油箱包括端盖(6)、侧壁(8)和底部的下极板(7)，其特征在于，油箱两侧的侧壁(8)连通油循环管道(16)的两端，油循环管道(16)上安装油泵(18)和加热带(20)；所述电源连接外部保护电路(3)，外部保护电路(3)的输出端连接电极连接杆(4)，电极连接杆(4)贯穿油箱的端盖(6)且在贯穿处采用螺纹连接，电极连接杆(4)延伸进入箱体内的端部安装有铝电极(5)，油箱的下极板(7)顶部安装有夹具(7-2)，夹具(7-2)内部安装有待测绝缘纸试样(7-1)；所述下极板(7)的下方安装金属屏蔽箱(10)，位于金属屏蔽箱(10)内部的下极板(7)底端安装有pvdf压电传感器(11)，pvdf压电传感器(11)上安装有pmma吸声材料(12)，pvdf压电传感器(11)连接放大器(13)，放大器(13)下游的导线贯穿至金属屏蔽箱(10)外部再连接示波器(14)，示波器(14)连接电脑(15)。
2.根据权利要求1所述的油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，其特征在于，所述电源包括高压直流电源(1)和高压纳秒脉冲电源(2)。
3.根据权利要求2所述的油流带电宽温度范围下空间电荷测量装置，其特征在于，所述外部保护电路(3)包括保护电阻r1、隔直电容c、耦合电阻r2；所述高压直流电源(1)经过保护电阻r1后连接到电极连接杆(4)上，所述高压纳秒脉冲电源(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：金硕，孙德兴，杨家辉，杜志叶，李根，陈世昌，何文志，黎文浩，张俊杰，杨雨晨，吴子威，李汉钊，张伟平，张曦，张巍，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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