一種基于pea法的交流疊加直流電壓下介質(zhì)空間電荷測量電極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間電荷測量電極，具體涉及一種基于PEA法的交流疊加直流電壓下介質(zhì)空間電荷測量電極，屬于高電壓與絕緣領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，負(fù)荷中心對電力需求的日益增加，帶動(dòng)了我國高壓和特高壓電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展。高壓直流輸電以其功率調(diào)節(jié)的快速靈活、不增加系統(tǒng)的短路容量、可協(xié)助系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、損耗低和占地少等優(yōu)點(diǎn)，在遠(yuǎn)距離大容量輸電、異步聯(lián)網(wǎng)、海底電纜輸電等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。但直流設(shè)備也經(jīng)受著比傳統(tǒng)交流設(shè)備更加嚴(yán)苛的考驗(yàn)，如:換流變壓器由于運(yùn)行工況的特殊性，其閥側(cè)繞組的激勵(lì)電壓除承受交流電壓、雷電沖擊和操作過電壓外，還承受直流、交流疊加直流和極性反轉(zhuǎn)等電壓作用。在直流電壓的作用下介質(zhì)中不可避免的會(huì)產(chǎn)生空間電荷，研究表明，油紙絕緣內(nèi)部的空間電荷會(huì)對其內(nèi)部電場分布產(chǎn)生極大的影響，從而影響材料的絕緣性能。在換流變壓器運(yùn)行過程中，油紙絕緣材料中容易形成空間電荷，空間電荷的積聚、運(yùn)動(dòng)和消散過程會(huì)直接影響電介質(zhì)內(nèi)部的電場分布，引起電場的畸變，進(jìn)而影響材料的電導(dǎo)、擊穿和老化等電氣性能。因此，對介質(zhì)中空間電荷的分布及運(yùn)輸過程進(jìn)行分析是十分必要的。
[0003]PEA法是目前在空間電荷測量時(shí)應(yīng)用比較普遍的方法，PEA法測量空間電荷時(shí)首先在試樣上施加一個(gè)直流電場，使試樣中產(chǎn)生空間電荷，而后對試樣施加一個(gè)寬度極窄的脈沖電壓，當(dāng)脈沖電場作用在空間電荷上時(shí)，會(huì)使電荷產(chǎn)生輕微的擾動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)波，通過傳感器將振動(dòng)波捕獲并對信號進(jìn)行處理還原，從而得到試樣內(nèi)的空間電荷分布。但現(xiàn)有的PEA法測量裝置是在直流電壓下測量介質(zhì)中空間電荷的分布，無法對對交流疊加直流電壓下的空間電荷分布進(jìn)行測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0005]鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于PEA法的交流疊加直流電壓下介質(zhì)空間電荷測量電極，以至少解決現(xiàn)有的PEA法測量裝置是在直流電壓下測量介質(zhì)中空間電荷的分布，無法對對交流疊加直流電壓下的空間電荷分布進(jìn)行測量的問題。
[0006]方案:本發(fā)明的一種基于PEA法的交流疊加直流電壓下介質(zhì)空間電荷測量電極，能夠有效對介質(zhì)進(jìn)行交流疊加直流電壓下的空間電荷分布測量。
[0007]—種基于PEA法的交流疊加直流電壓下介質(zhì)空間電荷測量電極，它包括上電極、下電極、電極緊固件、交流疊加直流電源、納秒脈沖電源、試樣及信號放大器；
[0008]上電極、試樣及下電極由上到下順序布置，試樣位于上電極和下電極的中心位置處，上電極與下電極之間無接觸，電極緊固件將上電極、下電極以及試樣的相對位置固定，并使上電極和下電極均與試樣緊密接觸，信號放大器安裝于下電極上；
[0009]上電極，用于為試樣上表面提供高電位，下電極用于為試樣下表面提供地電位，上電極與下電極相配合使試樣中產(chǎn)生空間電荷，上電極將測量空間電荷時(shí)所需高壓脈沖引入試樣上；下電極對PEA法所得到的空間電荷特征信息進(jìn)行捕捉；
[0010]交流疊加直流電源和納秒脈沖電源均與上電極電連接，信號放大器與下電極電連接；
[0011]交流疊加直流電源，用于產(chǎn)生交流疊加直流電壓，使試樣中產(chǎn)生空間電荷；納秒脈沖電源，用于PEA法測量空間電荷時(shí)對試樣注入高壓脈沖；信號放大器，用于對PEA法測量到的空間電荷特征信號進(jìn)行放大。
[0012]對方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì):所述上電極包括金屬外殼、中心電極柱、開孔以及套管；金屬外殼頂部具有開孔，開孔處設(shè)置聚四氟乙烯制成的套管，中心電極柱設(shè)置在金屬外殼內(nèi)部，交流疊加直流電源的第一高壓引線通過套管引入上電極內(nèi)部，納秒脈沖電源的第二高壓引線亦通過套管引入上電極內(nèi)部。
[0013]更具體地，金屬外殼內(nèi)部空隙由環(huán)氧樹脂填充并固化。
[0014]其有益效果是將高電位引入上電極內(nèi)，避免高壓線與電極金屬外殼之間擊穿或沿面閃絡(luò)。
[0015]對方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì):所述交流疊加直流電源包括高壓交流電源、高壓直流電源、高壓硅堆、兩個(gè)限流電阻、隔直電容以及兩根第一高壓引線；所述納秒脈沖電源包括第二高壓引線、耦合電容、匹配電阻及高壓納秒脈沖發(fā)生器；
[0016]其中，高壓交流電源通過一根第一高壓引線引入上電極內(nèi)部與一個(gè)第一限流電阻的上端連接，該第一限流電阻的下端與隔直電容的上端連接，隔直電容的下端與中心電極柱連接；
[0017]其中，高壓直流電源通過另一個(gè)第一高壓引線引入上電極內(nèi)部與高壓硅堆的上端連接，高壓硅堆的下端另一個(gè)限流電阻的上端連接，該限流電阻的下端與中心電極柱連接;
[0018]其中，高壓納秒脈沖發(fā)生器高壓端通過第二高壓引線與耦合電容的上端連接，耦合電容的上端同時(shí)與耦合電容的左端連接，耦合電容的右端與金屬外殼連接，耦合電容的下端與中心電極柱連接。
[0019]其有益效果是產(chǎn)生將交流疊加直流電壓，并將交流疊加直流電壓以及脈沖電壓連接至中心電極柱，通過與試樣緊密接處的中心電極柱將測試所需電壓施加在試樣上。
[0020]對方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì):所述下電極包括下電極板、下電極護(hù)套、壓電傳感器、吸波材料、絕緣套、金屬外殼、SMA同軸插座以及支架；
[0021]其中，下電極板上表面中心位置具有第一凹槽，第一凹槽直徑比上電極金屬外殼直徑大；下電極板下表面中心位置具有第二凹槽，在第二凹槽中由內(nèi)向外依次裝有壓電傳感器、吸波材料、絕緣套以及SMA同軸插座；SMA同軸插座與信號放大器輸入端連接，信號放大器由支架固定在金屬外殼內(nèi)表面上；金屬外殼與下電極板下表面連接形成密閉空間，金屬外殼接地，壓電傳感器、吸波材料、絕緣套以及SMA同軸插座以及信號放大器位于密閉空間內(nèi)；
[0022]更具體地，所述下電極板為鋁合金制圓形平板；
[0023]更具體地，所述第一凹槽直徑比上電極金屬外殼直徑大4mm、深度為2mm ；
[0024]更具體地，所述第二凹槽深度為10mm、直徑為30mm ；
[0025]更具體地，所述下電極板在第一凹槽外具有通孔，通孔用于安裝電極緊固件；
[0026]更具體地，所述金屬外殼側(cè)面裝有BNC座，BNC座內(nèi)端與信號放大器輸出端連接。
[0027]對方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì):所述的電極緊固件包括壓板、絕緣螺柱以及絕緣螺母；壓板壓在上電極的上表面上，壓板與下電極板通過絕緣螺柱以及絕緣螺母連接在一起；
[0028]更具體地，壓板為環(huán)氧樹脂玻璃絲板，壓板上具有通孔，通孔的直徑能夠使絕緣螺柱穿過但絕緣螺母無法穿過。
[0029]本發(fā)明將交流疊加直流電路搭建于上電極內(nèi)，通過聚四氟乙烯套管將高電壓引入電極內(nèi)；使用環(huán)氧樹脂對電極內(nèi)部進(jìn)行填充、澆筑，起到固定器件、避免局部放電以及防止擊穿的作用；從而達(dá)到將交流疊加直流電壓施加在試樣上的目的。
[0030]本發(fā)明帶來的有益效果是，在使用PEA法測量空間電荷分布時(shí)，可成功的將交流疊加直流電壓施加在試樣兩端，從而實(shí)現(xiàn)對材料進(jìn)行交流疊加直流電壓下空間電荷分布特性的測量。本發(fā)明可用于對材料的交流疊加直流電壓下絕緣特性進(jìn)行定量分析，從而指導(dǎo)改進(jìn)材料的交流疊加直流電壓下絕緣特性，進(jìn)一步提升裝備制造業(yè)的水平。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明所述的一種基于PEA法的交流疊加直流電壓下介質(zhì)空間電荷測量電極的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明所述的一種基于PEA法的交流疊加直流電壓下介質(zhì)空間電荷測量電極的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明所述的下電極的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖中:1上電極；2下電極；3電極緊固件；4交流疊加直流電源；5納秒脈沖電源；6試樣；7信號放大器；1_1中心電極柱；1-2環(huán)氧樹脂；1-3金屬外殼；1-4開孔；1-5套管；2_1支架；2-2下電極板；2-3下電極護(hù)套；2-4壓電傳感器；2-5吸波材料；2_6絕緣套；2_7金屬外殼；2-8SMA同軸插座；2-9第一凹槽；2-10第二凹槽；2_11BNC座；2_12密閉空間；3_1壓板；3-2絕緣螺柱；3-3絕緣螺母；4-1高壓交流電源；4-2高壓直流電源；4_3高壓硅堆；4_4限流電阻；4-5隔直電容；4-6第一高壓引線；5-1第二高壓引線；5-2耦合電容；5_3匹配電阻；5-4高壓納秒脈沖發(fā)生器。
【具體實(shí)施方式】
[0035]在下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。
[0036]在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0037]參見圖1及圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種基于PEA法的交流疊加直流電壓下介質(zhì)空間電荷測量電極，它包括上電極1，下電極2，電極緊固件3，交流疊加直流電源4，納秒脈沖電源5，試樣6及信號放大器7 ;
[0038]如圖1所示，所述的一種基于PEA法的交流疊加直流電壓下介質(zhì)空間電荷測量電極中由上到下順序依次為上電極1、試樣6及下電極2，上電極1與下電極2之間由電極緊固件3夾緊；
[0039]如圖1及圖2所示，所述的電極緊固件3包括壓板3-1、絕緣螺柱3_2以及絕緣螺母3-3，夾緊電極時(shí)，將上電極1、試樣6及下電極2由上到下順序依次放好，將壓板3-1至于上電極1上面，絕緣螺柱3-2分別穿過壓板3-1上的通孔3-4和下電極板2-2的通孔2_13，并通過擰緊兩端的絕緣螺母3-3使上電極1、試樣6及下電極2夾緊；
[0040]所述的壓板3-1為環(huán)氧樹脂玻璃絲板，壓板3-1上具有通孔3-4，通孔3_4的直徑能夠使絕緣螺柱3-2穿過但絕緣螺母3-3無法穿