直流電壓下固體絕緣中電樹(shù)枝特性實(shí)時(shí)顯微觀測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電樹(shù)枝特性的顯微觀測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)，具體涉及在外加直流電壓下對(duì)固體絕緣中的電樹(shù)枝引發(fā)及生長(zhǎng)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)顯微觀測(cè)的試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、易于維護(hù)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，固體絕緣電力設(shè)備在交、直流輸、配電網(wǎng)絡(luò)中獲得了廣泛應(yīng)用，在許多場(chǎng)合取代了油紙及氣體絕緣結(jié)構(gòu)。
[0003]研宄發(fā)現(xiàn)，對(duì)高壓/超高壓固體絕緣，電樹(shù)枝化是導(dǎo)致絕緣失效的主要原因。針對(duì)固體絕緣材料在交流電壓下電樹(shù)枝特性的研宄開(kāi)展較廣，主要涉及溫度、電壓幅值、升壓速率、頻率、殘余機(jī)械應(yīng)力等對(duì)電樹(shù)枝引發(fā)概率、生長(zhǎng)速度、結(jié)構(gòu)形態(tài)等的影響，各種電樹(shù)枝通道的痕量分析，以及電樹(shù)枝劣化狀態(tài)與局部放電量的對(duì)應(yīng)關(guān)系等。直流電壓下固體絕緣的老化特性與交流下顯著不同。直流電樹(shù)枝引發(fā)困難，生長(zhǎng)速度慢，實(shí)時(shí)觀測(cè)難以實(shí)現(xiàn)，這可能是導(dǎo)致該領(lǐng)域研宄報(bào)道不多的原因。
[0004]近年來(lái)，對(duì)固體絕緣材料，如低密度聚乙烯(LDPE)、交聯(lián)聚乙烯(XLPE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅橡膠(SR)等中直流電樹(shù)枝的研宄內(nèi)容也開(kāi)始見(jiàn)諸報(bào)導(dǎo)，包括直流樹(shù)、直流接地樹(shù)、直流電壓極性反轉(zhuǎn)樹(shù)、直流疊加沖擊樹(shù)以及直流預(yù)壓沖擊樹(shù)等，主要針對(duì)電樹(shù)枝的引發(fā)特性展開(kāi)，而對(duì)生長(zhǎng)特性的研宄成果還很少，除少數(shù)幾篇涉及樹(shù)枝形態(tài)以外，目前僅有一篇給出了針對(duì)直流電樹(shù)枝生長(zhǎng)速率、通道特性的初步研宄結(jié)果，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)還是在間斷施加的直流電壓下進(jìn)行的。
[0005]在進(jìn)行固體絕緣中的電樹(shù)枝引發(fā)及生長(zhǎng)特性研宄時(shí)，通常采用塊狀試樣，在其中引入針-板電極系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)典型的極不均勻電場(chǎng)結(jié)構(gòu)。試樣的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。針電極的尖端曲率半徑、針-板電極之間的距離都是可調(diào)參數(shù)，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要采用不同的值。
[0006]在試樣制備完成后，將試樣放置于測(cè)試容器內(nèi)利用卡具進(jìn)行固定，針電極上施加高壓，板電極接地；測(cè)試容器的四壁由聚四氟乙烯制成，不僅絕緣良好，并且耐受高溫；容器內(nèi)注入硅油，將試樣完全浸在硅油中，防止試樣表面在外加電壓下發(fā)生沿面閃絡(luò)，同時(shí)增加試樣的透明度，便于對(duì)內(nèi)部的電極尖端和電樹(shù)枝進(jìn)行觀察和拍照；容器底部由一片加厚的鋼化玻璃制成，除了保證容器的堅(jiān)固性，還可以使得透射光源產(chǎn)生的光線從容器底部透過(guò)照亮試樣區(qū)域，滿(mǎn)足對(duì)試樣的觀測(cè)需求；對(duì)試樣的觀察和拍照記錄由位于容器上部的CCD鏡頭和體式數(shù)字顯微鏡來(lái)完成，顯微鏡的放大倍數(shù)可調(diào)，可直接在顯微鏡下對(duì)試樣進(jìn)行觀察，也可通過(guò)專(zhuān)用數(shù)據(jù)線將計(jì)算機(jī)與數(shù)字顯微鏡連接，通過(guò)顯微鏡配套軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試樣圖像的實(shí)時(shí)顯示，或者在設(shè)定的時(shí)間間隔下利用軟件自動(dòng)進(jìn)行圖像的采集并將其保存在計(jì)算機(jī)上指定位置，方便隨時(shí)調(diào)用。電樹(shù)枝試驗(yàn)的顯微觀察及拍照系統(tǒng)如圖2所示。
[0007]在交流電壓下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的實(shí)時(shí)觀察和連續(xù)記錄；但是在直流電壓下，電泳效應(yīng)極為顯著，硅油分子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)并與容器壁碰撞，導(dǎo)致液面劇烈晃動(dòng)，無(wú)法對(duì)試樣進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察或清晰拍照；為了解決這個(gè)問(wèn)題，直流電樹(shù)枝試驗(yàn)中都是采用周期性間斷施加電壓的方式，在直流電壓的施加時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值后，將電壓下降為零，等到硅油液面平靜后再對(duì)試樣進(jìn)行觀察和拍照；這種間斷式施加電壓的方式與電力設(shè)備在運(yùn)行時(shí)承受直流電壓的方式不相同，從而導(dǎo)致得到的電樹(shù)枝試驗(yàn)結(jié)果合理性存疑；為了能夠在持續(xù)施加直流電壓的同時(shí)對(duì)試樣中的電樹(shù)枝進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和拍照記錄，需要建立新的試驗(yàn)及觀測(cè)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種直流電壓下固體絕緣中電樹(shù)枝特性實(shí)時(shí)顯微觀測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠?qū)y(cè)試試樣進(jìn)行更加有效的位置固定、在顯微鏡觀察視窗內(nèi)有效控制娃油的來(lái)回晃動(dòng)，從而在外加直流電壓下，能夠?qū)υ嚇又须姌?shù)枝引發(fā)及生長(zhǎng)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)顯微觀察和定時(shí)拍照記錄。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]直流電壓下固體絕緣中電樹(shù)枝特性實(shí)時(shí)顯微觀測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括敞口容器4，敞口容器4的底部為玻璃底座5，側(cè)壁由聚四氟乙烯材料制成；敞口容器4中放置支撐座6，支撐座6上放置試樣13，試樣13的針電極從左側(cè)插入高壓銅柱10的中空部分，高壓引線11 一端從右側(cè)插入高壓銅柱10的中空部分與試樣13的針電極進(jìn)行電氣連接，高壓引線11另一端沿敞口容器4的右側(cè)壁上升至開(kāi)孔處穿出，與外部的高壓電源連接；試樣13的左側(cè)平板電極與低壓銅桿9緊密接觸，低壓銅桿9穿入空心的低壓銅柱8內(nèi)并從左側(cè)穿出低壓銅柱8，彈簧7套在低壓銅桿9的左半段上并被限制在低壓銅柱8內(nèi)，低壓引線12從左側(cè)開(kāi)孔處進(jìn)入敞口容器4并被焊接在低壓銅桿9左端面上的中空?qǐng)A柱形小孔內(nèi)；敞口容器4上覆蓋容器蓋1，容器蓋I的中部開(kāi)孔a處放置顯微觀察柱2，容器蓋I上另開(kāi)設(shè)有孔b為直接觀察窗3，所述顯微觀察柱2的下端位于試樣13正上方。
[0011]所述支撐座6的中間為矩形鏤空區(qū)域，左側(cè)壁中間位置具有一個(gè)貫通的低壓圓孔，低壓圓孔左側(cè)敞口容器4上開(kāi)有低壓凹槽；支撐座6右側(cè)壁中部左側(cè)開(kāi)有半圓形試樣凹槽，右側(cè)壁中部右側(cè)開(kāi)有矩形高壓凹槽，半圓形試樣凹槽與矩形高壓凹槽通過(guò)中間穿透支撐座右側(cè)壁的高壓圓孔連通；所述半圓形試樣凹槽中放置試樣13，高壓圓孔內(nèi)放置高壓銅柱10，高壓引線11通過(guò)矩形高壓凹槽進(jìn)行位置固定，低壓圓孔內(nèi)放置低壓銅柱8，低壓凹槽內(nèi)固定低壓引線12。
[0012]所述容器蓋I的下表面接近外沿處開(kāi)設(shè)有一圈凹槽。
[0013]所述顯微觀察柱2的上沿為寬邊設(shè)計(jì)、之下為中空?qǐng)A柱體，內(nèi)徑及長(zhǎng)度可調(diào)。
[0014]所述高壓銅柱10為內(nèi)徑不同的中空?qǐng)A柱。
[0015]所述低壓銅桿9的右側(cè)端面為與試樣13的左側(cè)面形狀相適配的半球形，低壓銅桿9左右兩段的直徑不同，以方便套入彈簧7并將彈簧7限制在低壓銅桿9左半段上。
[0016]和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]低壓銅桿、彈簧、以及低壓銅柱的設(shè)計(jì)配合有助于試樣的取放以及位置固定，支撐座上的左右內(nèi)部開(kāi)孔設(shè)計(jì)有利于對(duì)高壓銅柱、低壓銅桿的位置固定，敞口容器被容器蓋所覆蓋，通過(guò)在容器蓋上開(kāi)孔處插入的顯微觀察柱可有效減弱試樣上方區(qū)域內(nèi)的硅油晃動(dòng)，容器蓋上的直接觀察窗用于顯微觀察柱的位置觀察及調(diào)整；本發(fā)明能夠?qū)Ρ粶y(cè)試樣進(jìn)行有效的位置固定，試樣取放方便，可應(yīng)用于不同形狀及尺寸的固體絕緣電樹(shù)枝測(cè)試試樣，能夠在施加直流電壓的同時(shí)對(duì)試樣針尖區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察及拍照記錄，無(wú)需斷電，從而能夠真正實(shí)現(xiàn)對(duì)固體絕緣中直流電樹(shù)枝的引發(fā)及生長(zhǎng)特性的連續(xù)實(shí)時(shí)研宄，加電壓方式與實(shí)際工程運(yùn)行狀況相吻合，真實(shí)反映了固體絕緣材料耐受長(zhǎng)期直流電壓作用的老化性能，對(duì)目前大力發(fā)展的直流電力設(shè)備的絕緣材料選型、電老化性能評(píng)估以及絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都具有重要意義，此外，對(duì)于交流、沖擊、以及疊加電壓下的固體絕緣電樹(shù)枝試驗(yàn)，本發(fā)明同樣適用。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為試樣的典型結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2為現(xiàn)有的電樹(shù)枝試驗(yàn)的顯微觀察及拍照系統(tǒng)示意圖。
[0020]圖3是敞口容器及內(nèi)部組件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3a為俯視圖，圖3b為主視圖。
[0021]圖4是容器蓋及顯微觀察柱裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖4a為俯視圖，圖4b為主視圖。
[0022]圖5是容器蓋的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖5a為俯視圖，圖5b為主視圖。
[0023]圖6是顯微觀察柱的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖6a為俯視圖，圖6b為主視圖。
[0024]圖7是敞口容器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖7a為俯視圖，圖7b為主視圖。
[0025]圖8是支撐座的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖8a為俯視圖，圖8b為主視圖。
[0026]圖9是尚壓銅柱的主視圖。
[0027]圖10是低壓銅桿的主視圖。
[0028]圖11是低壓銅桿、彈簧及低壓銅柱裝配后的主視圖。
[0029]圖12是試驗(yàn)系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖12a為俯視圖，圖12b為主視圖。
[0030]圖13是電樹(shù)枝剛引發(fā)和生長(zhǎng)到一定階段的放大照片。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0032]參照?qǐng)D3所示，本發(fā)明直流電壓下固體絕緣中電樹(shù)枝特性實(shí)時(shí)顯微觀測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)，采用了敞口容器4，敞口容器4的底部為玻璃底座5，其余部分由聚四氟乙烯材料制成；敞口容器4中放置支撐座6，支撐座6上放置試樣13，試樣13的針電極從左側(cè)插入高壓銅柱10的中空部分，高壓引線11 一端從右側(cè)插入高壓銅柱10的中空部分與試樣13的針電極進(jìn)行電氣連接，高壓引線11另一端沿敞口容器4的右側(cè)壁上升至開(kāi)孔處穿出，與外部的高壓電源連接；試樣13的左側(cè)平板電極與低壓銅桿9緊密接觸，低壓銅桿9穿入空心的低壓銅柱8內(nèi)并從左側(cè)穿出低壓銅柱8，彈簧7套在低壓銅桿9的左半段上并被限制在低壓銅柱8內(nèi)，低壓引線12從左側(cè)開(kāi)孔處進(jìn)入敞口容器4并被焊接在低壓銅桿9左端面上的中空?qǐng)A柱形小孔內(nèi)。
[0033]參照?qǐng)D4所示，本發(fā)明中敞口容器4上覆蓋容器蓋1，容器蓋I的中部開(kāi)孔處放置顯微觀察柱2，容器蓋I上另開(kāi)設(shè)直接觀察窗3。
[0034]圖5為容器蓋I的結(jié)構(gòu)示意圖，容器蓋I采用聚四氟乙烯材料制作，下表面接近外沿上有一圈凹槽，當(dāng)容器蓋I覆蓋在敞口容器4上時(shí)，該凹槽可以卡住容器壁，防止容器蓋I滑落或移位。容器蓋I上的中部開(kāi)孔a位置插入顯微觀察柱2，孔b為直接觀察窗3，供實(shí)驗(yàn)人員檢查顯微觀察柱2與試樣13的相對(duì)位置是否合適，需要時(shí)幫助進(jìn)行有效的相對(duì)位置調(diào)整。
[0035]圖6為顯微觀察柱2的結(jié)構(gòu)示意圖，顯微觀察柱2插入容器蓋I上的對(duì)應(yīng)開(kāi)孔，即圖3中的中部開(kāi)孔a處，顯微觀察柱2的下端剛好位于試樣13的正上方，削弱了試樣13上方硅油的晃動(dòng)，