变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统及方法，测试系统中，电树枝试样电极系统设置在红外光谱测试系统的测试腔体内；电树枝试样电极系统的试样安装座用于夹住待测试样的两端并能为施加拉/压应力，接地电极与待测试样上针电极尖端相对的侧面相接触；加热器与待测试样接触；复杂波形电压产生系统与针电极连接，接地电极与泄漏电流测试系统连接，泄漏电流测试系统与计算机连接，电致发光和数字成像系统用于对待测试样进行明场和暗场观测并与计算机连接，光谱测试系统用于对待测试样进行光谱成像并与计算机连接，局部放电测试系统的输出端与计算机连接。本发明专利技术能够实时观测电树枝引发和生长过程中的多参数原位表征。的多参数原位表征。的多参数原位表征。

Multi parameter in-situ characterization test system and method for frequency conversion insulation electro thermal coupling electrical tree aging

【技术实现步骤摘要】
变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统及方法


[0001]本专利技术属于固体绝缘材料绝缘测试
，具体涉及变频绝缘电热力耦合电树枝老化多 参量原位表征测试系统及方法。

技术介绍

[0002]随着可整合新能源电力的智能电网的普及，包括大容量电力电子装备在内的多类电力设备都承受变频高电压作用。变频绝缘系统中固体绝缘介质往往要承受高温高压高频的耦合作用，极易发生绝缘老化和失效。由于采用浇注工艺，固体绝缘介质中不可避免地存在气隙、界面失配、杂质、导体尖角等绝缘缺陷，在上述特殊工况下极易引发电树枝，极大威胁电力设备的安全稳定运行。
[0003]在固体绝缘材料电树枝老化研究中，国内外研究学者集中于交流电压、直流电压、变频正 弦、直流叠加低频谐波等电压形式的作用，着重于以下几方面研究：(1)电树枝引发和生长形 貌特征；(2)电树枝引发和生长过程中的局部放电特征；(3)电树枝引发和生长过程中的电致发 光特性。已有研究集中较低电压频率下，放电较弱，电树枝通道放电特性未受关注。在变频电 压波形下，电树枝往往伴随着通道内较强的局部放电和发光，然而现有装置和方法仅能够分别 获取电树枝形貌、局部放电或电致发光特性等单一参数，无法同时获取。更不能同时在线表征 电树枝不同生长阶段的结构和物理化学性能变化。由于固体绝缘电树枝生长的随机性，若采用 不同电树枝样品，分别获得的单一结构或性能参数之间难以相互关联，无法深入研究电树枝老 化机制。另外采用离线测试后又继续对原试样进行电树生长的实验方法是偏离实际工况的，因 为电树枝引发和生长过程中的疲劳效应及损伤累积效应是有时间特征的。一旦撤去电压，进行 参数的离线测试，疲劳效应和损伤累积效应将会减退，再次进行电树枝生长实验时和实际情况 下连续加压时电树枝生长是不一样的，不利于准确获取电树枝老化过程中多种原位参数。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种变频绝缘电热力耦合电树枝老化多 参量原位表征测试系统及方法，该系统适用于复杂变频电压作用下多物理场耦合的固体绝缘材 料电树枝引发和生长特征的高效测试，能够实时观测电树枝引发和生长过程中的多参数原位表 征。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统，包括复杂波形电压产生系统、 电树枝试样电极系统、泄漏电流测试系统、电致发光和数字成像系统、光谱测试系统、局部放 电测试系统、红外光谱测试系统和计算机；
[0007]电树枝试样电极系统设置在红外光谱测试系统的测试腔体内；
[0008]电树枝试样电极系统包括试样安装座、接地电极和加热器，试样安装座用于夹住
待测试样 的两端并能为待测试样施加拉应力或压应力，接地电极设置在试样安装座的一侧，接地电极与 待测试样上针电极尖端相对的侧面相接触；加热器与待测试样接触，用于为待测试样施加不均 匀热应力；
[0009]复杂波形电压产生系统能够与针电极连接，接地电极还与泄漏电流测试系统连接，泄漏电 流测试系统与计算机连接，电致发光和数字成像系统用于对待测试样进行明场和暗场观测并与 计算机连接，光谱测试系统用于对待测试样进行光谱成像并与计算机连接，局部放电测试系统 的输入端和输出端分别与泄漏电流测试系统的接地端和计算机连接。
[0010]优选的，所述试样安装座包括试样夹持件和固定座，试样夹持件能够夹住待测试样的端部， 试样夹持件和固定座之间通过旋钮连接，旋钮的一端贯穿固定座并与试样夹持件螺纹连接，试 样夹持件上设有用于检测对待测试样上的施加拉应力或压应力大小的应力传感器。
[0011]优选的，待测试样上间隔、平行设有多个针电极，复杂波形电压产生系统与所有针电极并 联连接，电树枝试样电极系统还包括步进控制台，试样安装座和接地电极均设置在步进控制台 上，待测试样上在每个针电极针尖对应的位置设置一个加热器。
[0012]优选的，所述加热器采用弧形加热带，在待测试样厚度方向上，弧形加热带位于针电极针 尖部位的上侧或下侧，弧形加热带开口一侧朝向针电极的针尖部位，针电极的针尖位于弧形加 热带的内凹侧；
[0013]弧形加热带上设有热电偶，弧形加热带和热电偶均与加热控制器连接。
[0014]优选的，弧形加热带关于针电极对称布置。
[0015]优选的，复杂波形电压产生系统采用复杂波形电源，复杂波形电源的输出端与待测试样上 的针电极连接；光谱测试系统采用光纤光谱仪；红外光谱测试系统采用红外光谱测试仪器；接 地电极采用铜片电极，铜片电极的一侧表面与待测试样表面相接触，铜片电极的一侧固定连接 有铜杆。
[0016]优选的，泄漏电流测试系统包括电流表和保护电阻，电流表和保护电阻串联，保护电阻的 一端与接地电极连接，保护电阻的另一端接地，电流表设置于保护电阻的接地端；
[0017]局部放电测试系统的输入端接入保护电阻的接地线路上，计算机和电流表的接地端连接。
[0018]优选的，电致发光和数字成像系统包括光学聚焦成像系统以及CCD相机，光学聚焦成像 系统包括光源、聚焦透镜和分光器，光源位于待测试样的下方，聚焦透镜位于待测试样的上方， 聚焦透镜用于将针电极针尖附件的透射光进行聚焦，分光器设置于聚焦透镜上方的焦点处， CCD相机设置于分光器的一路出射光线上，光谱测试系统设置于分光器的另一路出射光线上；
[0019]红外光谱测试系统的测试腔体上开设有供光源出射光穿过的窗口。
[0020]优选的，本专利技术变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统还包括暗室，电 树枝试样电极系统、电致发光和数字成像系统、光谱测试系统和红外光谱测试系统均设置在暗 室内。
[0021]本专利技术还提供了一种变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试方法，该方法采 用本专利技术如上所述的变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统
进行，包括如下 过程：
[0022]将待测试样安装在试样安装座上，通过试样安装座为待测试样施加预设的拉应力或压应 力；
[0023]调整电致发光和数字成像系统和光谱测试系统，使针电极的针尖及前方区域能够通过电致 发光和数字成像系统和光谱测试系统清晰成像；
[0024]利用加热器对待测试样进行加热，加热到预设温度后，通过复杂波形电压产生系统对针电 极施加目标变频电压；之后，通过电致发光和数字成像系统按照设定周期间隔拍照记录电树枝 通道发光分布情况和电树枝形貌特征，光谱测试系统、局部放电测试系统、泄漏电流测试系统 和红外光谱测试系统分别同时记录电树枝发展过程中的光谱特征、局部放电信号谱图、电流动 态变化曲线和红外光谱特征，提取电致发光位置空间分布云图、电致发光特征峰位强度变化、 局部放电强度和次数变化、回路电流最大值和电树枝区域特征官能团的演变。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
[0026]本专利技术通过设置电树枝试样电极系统、泄漏电流测试系统、电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统，其特征在于，包括复杂波形电压产生系统、电树枝试样电极系统、泄漏电流测试系统、电致发光和数字成像系统、光谱测试系统、局部放电测试系统(8)、红外光谱测试系统和计算机(12)；电树枝试样电极系统设置在红外光谱测试系统的测试腔体内；电树枝试样电极系统包括试样安装座、接地电极和加热器，试样安装座用于夹住待测试样(4)的两端并能为待测试样(4)施加拉应力或压应力，接地电极设置在试样安装座的一侧，接地电极与待测试样(4)上针电极(2)尖端相对的侧面相接触；加热器与待测试样(4)接触，用于为待测试样(4)施加不均匀热应力；复杂波形电压产生系统能够与针电极(2)连接，接地电极还与泄漏电流测试系统连接，泄漏电流测试系统与计算机(12)连接，电致发光和数字成像系统用于对待测试样(4)进行明场和暗场观测并与计算机(12)连接，光谱测试系统用于对待测试样(4)进行光谱成像并与计算机(12)连接，局部放电测试系统(8)的输入端和输出端分别与泄漏电流测试系统的接地端和计算机(12)连接。2.根据权利要求1所述的变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统，其特征在于，所述试样安装座包括试样夹持件(20)和固定座(21)，试样夹持件(20)能够夹住待测试样(4)的端部，试样夹持件(20)和固定座(21)之间通过旋钮(22)连接，旋钮(22)的一端贯穿固定座(21)并与试样夹持件(20)螺纹连接，试样夹持件(20)上设有用于检测对待测试样(4)上的施加拉应力或压应力大小的应力传感器。3.根据权利要求1所述的变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统，其特征在于，待测试样(4)上间隔、平行设有多个针电极(2)，复杂波形电压产生系统与所有针电极(2)并联连接，电树枝试样电极系统还包括步进控制台(15)，试样安装座和接地电极均设置在步进控制台(15)上，待测试样(4)上在每个针电极(2)针尖对应的位置设置一个加热器。4.根据权利要求1或3所述的变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统，其特征在于，所述加热器采用弧形加热带(24)，在待测试样(4)厚度方向上，弧形加热带(24)位于针电极(2)针尖部位的上侧或下侧，弧形加热带(24)开口一侧朝向针电极(2)的针尖部位，针电极(2)的针尖位于弧形加热带(24)的内凹侧；弧形加热带(24)上设有热电偶，弧形加热带(24)和热电偶均与加热控制器(25)连接。5.根据权利要求4所述的变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统，其特征在于，弧形加热带(24)关于针电极(2)对称布置。6.根据权利要求1所述的变频绝缘电热力耦合电树枝老化多参量原位表征测试系统，其特征在于，复杂波形电压产生系统采用复杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张闯，王诗航，李建英，李盛涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：