本發(fā)明屬于大型電力設備絕緣破壞機理研究方法，涉及一種實驗裝置，特別涉及換流變壓器變壓器油及油紙絕緣特性研究的電極系統(tǒng)。

背景技術：

輸電網絡建設對輸電設備制造技術提出了更高的要求。從絕緣結構上看,普通電力變壓器的主絕緣結構設計基于薄紙板小油隙理論,紙板的作用主要是分隔油隙,基本上不具備單獨承受電壓的能力,紙筒厚度薄且總量小。但在換流變壓器中由于直流電場的存在,主絕緣中需要更多的紙板來承擔大部分的直流電壓,閥側繞組要被多層紙板及角環(huán)包繞,主絕緣中紙筒的厚度和用量遠高于普通變壓器,而且換流變壓器的絕緣結構更加緊密、復雜。

在換流變壓器中,變壓器油起到絕緣與冷卻的雙重作用,為改善變壓器的溫升性能,大容量變壓器大多采用了強迫油循環(huán)的冷卻方式。隨著容量的提升,變壓器的溫升也越發(fā)明顯。在傳統(tǒng)的絕緣結構中,通常采用提高油流速度的方式來控制變壓器的溫升。但是油流速度的提升,給換流變壓器油紙絕緣體系帶來了新的問題——油流帶電。

由于直流電壓下油流帶電量遠大于交流，因此與普通交流電力變壓器相比,換流變壓器的油流帶電問題將更加嚴重。所以為確保直流輸電的可靠,必須及時開展換流變壓器油流帶電問題的理論分析與試驗研究,以預防換流變壓器在設計、生產、使用、操作及維護中因油流帶電問題導致的事故或危害。

在變壓器系統(tǒng)中，由于固體絕緣紙板與變壓器油的相對摩擦運動，以及直流電壓下的電荷注入和遷移等，使得在油紙絕緣的接觸面和內部出現電荷分離現象，由于變壓器油的流動使分離的電荷彼此遠離產生電荷遷移、并且可能在絕緣結構中發(fā)生電荷積聚，當累積到一定程度后固體絕緣表面電荷通過放電釋放，這個過程會造成沿面閃絡，嚴重的時候會導致擊穿，對絕緣性能行成破壞性影響。因此，油流帶電問題是研究換流變壓器絕緣性能過程中一個非常重要的問題。油流帶電特性的研究直接關系到換流變壓器能否正常運行^[3]。

目前，國內外對油流電荷的測量研究主要局限于油中電荷量的測量，無法測量絕緣紙及油紙-油界面處的電荷量變化。而較為傳統(tǒng)的測量固體電介質內部電荷分布的方法，如電聲脈沖法(pea法)、探針法等，對液體介質中電荷分布的研究較少，而對油流時的電荷分布尚無人研究。鑒于變壓器油流動時油紙-油或油紙-油-油紙等結構中可能出現大量的電荷不均勻分布而影響系統(tǒng)的絕緣性能，發(fā)明一種能夠測量變壓器油流動時絕緣系統(tǒng)中電荷測量pea法電極裝置十分必要。

技術實現要素：

針對上述現有油流帶電及絕緣介質中空間電荷測量電極系統(tǒng)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種更加高效更加全面的測量實驗裝置。

本發(fā)明的目的是通過下述技術方案來實現的。

一種利用電荷測量pea法對變壓器油流動時絕緣系統(tǒng)測量的裝置，包括一個帶有翼緣的圓柱狀上殼體和一個與其相連接的長方體狀的下殼體，在上殼體和下殼體之間墊有墊片；

所述上殼體中心設有pea測量上電極，所述下殼體中心設有與所述pea測量上電極相對應的pea測量下電極，在pea測量上電極和pea測量下電極之間間隔有由墊片中心孔構成的測量區(qū)油流通道；

所述下殼體中設有與所述測量區(qū)油流通道相連通的流油通道，流油通道與下殼體上所設的進油孔和出油孔相貫通，由外部油流控制系統(tǒng)連通所述進油孔和出油孔構成變壓器油流動測量通道。

優(yōu)選地，所述上殼體包括一個金屬外殼，在金屬外殼內腔填充有能夠容納pea測量上電極的空心圓柱體狀絕緣體。

優(yōu)選地，所述pea測量上電極為鋁電極，其下表面邊緣有r＝2mm的倒角，且其下表面與金屬外殼下表面在一個水平面上。

優(yōu)選地，所述pea測量下電極鑲裝在下殼體中心開設的柱形孔中，沿所述柱形孔兩側的下殼體中分別設有垂直分布的內進油孔和內出油孔；所述內進油孔和內出油孔分別與下殼體兩側水平分布的油流通道相連通，流油通道與分別在下殼體上所設的進油孔和出油孔相貫通。

優(yōu)選地，所述墊片為中心設有長方形開孔的圓形薄片，開孔長度應大于內進油孔和內出油孔之間的距離，墊片中心開孔孔道構成測量區(qū)油流通道。

優(yōu)選地，所述pea測量下電極下設有緊貼其底面的傳感器pvdf，pea測量下電極和傳感器pvdf外包裹有pea下電極保護殼體，在保護殼體下端部設有出線孔；pea下電極保護殼體自下殼體的柱形孔底端延伸至其外側。

優(yōu)選地，所述下殼體上表面外周開有上螺孔，所述上殼體的翼緣周上均布有下螺孔；上螺孔與下螺孔對應，配合使殼體密封。

優(yōu)選地，所述墊片設有多層，墊片材料為聚四氟乙烯，緊貼墊片上設有油紙。

優(yōu)選地，通過改變外部油流控制系統(tǒng)能夠調整測量區(qū)油道內油流速度為0～2m/s。

優(yōu)選地，所述pea測量上電極和pea測量下電極均能夠任意更換而不影響油流通道的形成。

本發(fā)明進行變壓器油流動時絕緣系統(tǒng)中電荷測量研究時，可以滿足以下要求：

1)、體積小，便于移動，且安裝簡便；

2)、可施加直流電壓(0～30kv)，并且在油流區(qū)域內電場為均勻場，即最大電場畸變小于5％；

3)、電極之間距離在1～10mm之間可調，誤差小于10％；

4)、油紙在油道中的位置可調，且可分隔油道，進行多層油道油流特性研究。

5)、油道除進出油孔外為密封結構，油流速度為0～2m/s，誤差小于5％。

本發(fā)明所采取的改進方案是采用pea法下電極鑲嵌到帶有油道的殼體下部中，殼體上部與pea上電極相連，殼體上下分部通過墊片結合成密閉系統(tǒng)。此電極系統(tǒng)包括pea下電極、殼體兩大部分，其中殼體包括上殼體、下殼體和墊片。

本發(fā)明的電極系統(tǒng)需要外部附屬設備進行變壓器油流動時空間電荷分布測量研究，附屬設備包括油流動力系統(tǒng)，pea上電極，脈沖電壓源，放大器，示波器，高壓直流電壓源。其中pea上電極，脈沖電壓源，放大器，示波器，高壓直流電壓源為典型的pea空間電荷測量系統(tǒng)中常用的設備。根據油流動力系統(tǒng)性能的不同，本發(fā)明可實現的油流帶電研究的流速范圍為0～2m/s，平均電場范圍為0～60kv/mm。根據油道內油紙放置位置不同可研究僅單個電極緊貼油紙、上下電極都緊貼油紙、單層油紙在上下電極之間等多種油流時油紙-變壓器油中的空間電荷分布特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置結構示意圖；

圖2是本發(fā)明裝置立體結構示意圖；

圖3是本發(fā)明裝置的上殼體結構示意圖；

圖4是本發(fā)明裝置的下殼體結構示意圖；

圖5是本發(fā)明裝置的墊片結構示意圖；

圖6(a)、6(b)是本發(fā)明裝置pea下電極保護殼體結構示意圖；

圖7是本發(fā)明油流動時絕緣系統(tǒng)中電荷測量pea法電極裝置附屬所需的油流動力系統(tǒng)；

圖8是典型的pea空間電荷測量系統(tǒng)中常用的設備。

圖中：1-1：pea測量下電極；1-2：pea下電極保護殼體；2：上殼體；2-1：金屬外殼；2-2：測量上電極；2-3：絕緣體；2-4：下螺孔；3：下殼體；3-2：油流通道；3-3：上螺孔；3-4：內進油孔；3-5：內出油孔；4：墊片；5：測量區(qū)油流通道；6：進油孔；7：出油孔。

具體實施方式

為了更清楚的理解本發(fā)明，下面結合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

如圖1、圖2所示，該利用電荷測量pea法對變壓器油流動時絕緣系統(tǒng)測量的裝置，包括一個帶有翼緣的圓柱狀上殼體2和一個與其相連接的長方體狀的下殼體3，在上殼體2和下殼體3之間墊有墊片4。上殼體2中心設有pea測量上電極2-2，下殼體3中心設有與pea測量上電極2-2相對應的pea測量下電極1-1，在pea測量上電極2-2和pea測量下電極1-1之間間隔有由墊片4中心孔構成的測量區(qū)油流通道5；下殼體3中設有與測量區(qū)油流通道5相連通的流油通道3-2，流油通道3-2與下殼體3上所設的進油孔6和出油孔7相貫通，由外部油流控制系統(tǒng)連通所述進油孔6和出油孔7構成變壓器油流動通道。

圖1結合圖3所示，上殼體2包括一個金屬外殼2-1，金屬外殼為柱狀殼體，在金屬外殼2-1內腔填充有能夠容納pea測量上電極2-2的空心圓柱體狀絕緣體2-3；絕緣體2-3為澆筑的環(huán)氧樹脂。其中，pea測量上電極2-2為鋁電極，其下表面邊緣有r＝2mm的倒角，且其下表面與金屬外殼下表面在一個水平面上。

圖1結合圖4所示，下殼體3中心開有夠容納pea測量下電極1-1的柱形孔3-1，沿柱形孔3-1兩側的下殼體3中分別設有垂直分布的內進油孔3-4內出油孔3-5；內進油孔3-4和內出油孔3-5分別與下殼體3兩側水平分布的油流通道3-2相連通，流油通道3-2與分別在下殼體3上所設的進油孔6和出油孔7相貫通。

pea測量下電極1-1外包裹有pea下電極保護殼體1-2，保護殼體下端部應有出線孔1-3(見圖6(a)和圖6(b))。裝配傳感器時，應先放置傳感器pvdf緊貼在pea測量下電極1-1下部，并經由聲阻抗吸收器件與傳輸線相連。pea測量下電極1-1材料為鋁，保護殼體1-2材料可為機械強度較好的金屬。pea下電極保護殼體1-2自下殼體3的柱形孔3-1底端延伸至其外側。

圖1結合圖5所示，墊片4為中心設有長方形開孔的圓形薄片，開孔長度應大于內進油孔3-4和內出油孔3-5之間的距離，墊片4中心開孔孔道構成測量區(qū)油流通道5，由進油孔6、流油通道3-2、內進油孔3-4、測量區(qū)油流通道5、內出油孔3-5、流油通道3-2和出油孔7連通形成貫通的油流通道，由外部油流控制系統(tǒng)連通所述進油孔6和出油孔7構成變壓器油流動測量通道。在該裝置中墊片4設有多層，墊片4材料為聚四氟乙烯，緊貼墊片4下設有油紙8。通過調整墊片4厚度能夠調整測量區(qū)油流通道5的截面積，調整墊片4數量及油紙緊貼墊片的位置能夠調整油層數量及油道形式；通過改變外部油流控制系統(tǒng)能夠調整測量區(qū)油道5內油流速度為0～5m/s。而且，pea測量上電極2-2和pea測量下電極1-1均能夠任意更換而不影響油流通道的形成。

在該裝置中，下殼體3上表面外周開有上螺孔3-3，上殼體2的翼緣周上均布有6個下螺孔2-4；上螺孔3-3與下螺孔2-4對應，兩部分可在邊緣由緊固螺栓或者強力膠粘合，配合使殼體密封。

裝配本裝置時，pea測量上電極為柱狀電極，直徑為20mm，高度不低于40mm，下底面應有半徑為2mm的倒角。金屬外殼材料為機械強度較好的金屬，如不銹鋼，pea測量上電極材料為鋁，內絕緣體為環(huán)氧樹脂。組裝時，應先利用磨具放置測量上電極在金屬外殼同軸正中心，其底面應與金屬外殼底面在一個平面上，然后從上至下進行環(huán)氧樹脂澆筑。澆筑完畢后，應保證下表面水平。澆筑完畢后若上表面不平整，應進行機械切削，保證上表面平整。

下殼體材料為機械強度較好的金屬，如不銹鋼。殼體中心開有柱形孔3-1，其尺寸應與pea測量下電極相配合，使pea測量下電極嵌入柱形孔中，pea測量下電極的測量電極表面應與下殼體上表面在一個水平面上。組裝pea測量下電極嵌入柱形孔中后，兩者之間的縫隙應與固體抗油抗高溫固體膠進行粘連密封。在下殼體兩側正中央分別開有柱形油流通道3-2，此通道由殼體側面垂直于上表面向中心導通至據中心柱形孔3-1距離為5mm時延上表面放心導通。為了使油流動時較為順暢便于加大流速，油道拐彎處應平滑，避免直角或銳角。油流通道兩端應開有螺紋，可與快捷插頭連接進行與外部油道相連。上表面外周開有6個上螺孔3-3，其位置與上殼體螺孔對應，并與上殼體螺孔配合使殼體密封。

墊片為圓形，材料為聚四氟乙烯。其中間開有長方形孔洞，其長度應大于下殼體上表面兩個油道孔之間的距離，寬度為15mm。其厚度應根據所需油道的橫截面積確定，根據pea法能測量試樣厚度，其厚度范圍為1～10mm。加工時，應保證其厚度均勻，表面平整。實驗時，應放置墊片在下殼體上表面中央，且長方形孔洞的方向與油道孔的方向一致。上殼體緊壓墊片在上殼體上，并通過上殼體2-4螺孔與下殼體3-3螺孔進行緊固，使墊片中間長方形孔洞與上下殼體表面形成長方形油道。絕緣紙的放置位置可根據墊片的數量或位置選擇放置在靠近下殼體表面、靠近上殼體表面、油道中央等部位。

下面以測量單層絕緣紙緊貼下電極油流動時油紙-油系統(tǒng)中空間電荷分布為例來說明電極系統(tǒng)的安裝與使用：

(1)實驗前，應先檢查pea測量下電極1的上表面是否與下殼體3的上表面在一個平面上，且兩者之間的縫隙粘連緊密。檢查油流通道3-2是否通暢，并進行清潔處理。裁剪油紙試樣成長方形，使其長度大于墊片4中方形孔的寬度，其寬度小于內進油孔3-4和內出油孔3-5之間的距離。油紙試樣裁剪完畢后進行浸油、干燥、除氣等處理；

(2)使油紙試樣緊貼下殼體3上表面放置，其方向為其長度方向垂直于內進油孔3-4和內出油孔3-5之間的軸向，并完全覆蓋pea測量下電極1-1；

(3)按照需要選擇墊片4的厚度，如5mm厚，放置于下殼體3中央，其方向為其長方形孔的長度平行于內進油孔3-4和內出油孔3-5之間的軸向，使內進油孔3-4和內出油孔3-5露在墊片4的長方形孔中，并把油紙試樣部分壓下下面；

(4)將上殼體置于墊片上，并在上下殼體的下螺孔2-4和上螺孔3-3中通過螺釘使上下殼體壓緊墊片4，從而使測量區(qū)油道形成在一定壓力下只有內進油孔3-4和內出油孔3-5可以進行油的流動；

(5)由進油孔6和出油孔7連接外部油流動力設備，如圖7所示，檢驗油道的密閉性；

(6)將pea測量上電極置于本發(fā)明裝置上殼體上，高壓直流電源與脈沖電源通過pea上電極作用于發(fā)明裝置，脈沖電源信號同時傳輸至示波器，變壓器油通過外部油流動力設備從實驗油道流過。此時便可以完成變壓器油流動時油紙絕緣空間電荷特性的測試，測試輸出信號經過放大器放大后輸出至示波器顯示，同時示波器將測試信號傳輸至計算機保存以便于后續(xù)處理，如圖8所示。

調節(jié)油流速度，既可以進行油流動時空間電荷測量。

為保證實驗結果準確可靠，每次試驗前應打開上下殼體并進行充分清洗。

以上所揭露的僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，然不能以此來限定本發(fā)明的權利范圍，本領域技術人員利用上述揭露的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，仍屬于本發(fā)明的保護范圍之內。