[發明專利]一種高壓直流電纜附件電樹枝特性的測試裝置及方法

在審

• 申請號: 201710295978.9
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN106970307A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 韓濤;杜伯學;蘇金剛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉子文

技術領域

本發明涉及高壓直流電纜絕緣在過電壓條件下的電樹枝特性的研究領域，具體的說，是一種高壓直流電纜附件電樹枝特性的測試裝置及其測量方法。

背景技術

高壓直流電纜輸電是解決大容量、遠距離、低損耗輸電問題的重要途徑之一，直流電纜內不存在交變的電場，但由于不同絕緣材料電導率的差異導致絕緣內部空間電荷積聚情況復雜且電場畸變嚴重，極易引發絕緣老化。電纜絕緣的老化是逐步累積發展的，目前工藝水平下，電樹枝生長是導致絕緣老化甚至擊穿的主要原因。電樹枝是絕緣材料中由于局部放電引起的微米級放電通道，多由絕緣材料內的氣隙、雜質、不規則形狀等引起，可能引發完全或不完全擊穿，嚴重影響電纜輸電系統的安全運行。

在交流電樹枝研究中，國內外學者提出了多個模型，而直流電壓下不存在交變電場，導致大部分模型并不適用。國內外針對直流電樹枝的研究主要集中在以下幾方面：(1)直流電場下絕緣已有缺陷的電樹枝化過程與機理；(2)不同電壓級別下電樹枝的引發機理及形態特征；(3)直流電壓短路接地條件下電樹枝化及其引發機理；(4)極性反轉條件下的電樹枝現象。而實際運行的直流電纜中除直流電壓外還存在下列沖擊電壓：(1)由架空線引入的雷電沖擊電壓，(2)由于線路故障、切投等產生的操作沖擊電壓；其中部分沖擊電壓幅值可達數倍于線路直流電壓且極性可能與直流電壓相同或相反。沖擊電壓與線路直流電壓疊加產生直流-沖擊復合場，共同作用于直流電纜附件絕緣，使線路電壓急劇變化并導致電場畸變加劇。而目前國內外鮮有對直流-沖擊復合場下電樹枝的研究，其起始、生長機理尚不明確，嚴重制約了直流電纜附件技術的發展。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種高壓直流電纜附件電樹枝特性的測試裝置及方法，利用直流電壓與過電壓的耦合，使兩種電壓共同施加于被測試樣，產生直流-沖擊復合場，檢測此電場下直流電纜絕緣的電樹枝特性，較之已有測試方案，更接近工程實際，可有效反映直流電纜過電壓情況，為直流電纜附件絕緣設計及運行提供實驗和理論依據。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種高壓直流電纜附件電樹枝特性的測試裝置，包括直流-沖擊復合電壓發生器、測試單元、信號監測單元和電樹枝特征分析單元，所述直流-沖擊復合電壓發生器用于產生直流-沖擊復合電壓，由直流電源、脈沖電源、耦合電容和保護電阻組成，所述直流電源的直流電壓調節范圍和所述脈沖電源的沖擊電壓調節范圍均為0至100KV，所述沖擊電壓的上升沿及下降沿均為1至1000μs可調，所述耦合電容用于將直流電壓和沖擊電壓疊加后同時作用于被測試樣；

所述測試單元用于實現被測試樣的加壓及電樹枝的誘發，由針電極、被測試樣和接地電極組成；所述信號監測單元用于實現電樹枝生長過程中的形態及局部放電高頻電流信號的記錄；由計算機、采集裝置、光學顯微鏡和高頻電流互感器組成。

一種高壓直流電纜附件電樹枝特性的測試裝置的測試方法，包括以下步驟：

(1)將針電極預置于絕緣試樣內，將絕緣試樣置于測試單元中的接地電極上并連接電源線及接地線；

(2)將高頻電流互感器套接于電源線上，打開光學顯微鏡并調節焦距至可清晰觀測到針電極尖端，將高頻電流互感器與光學顯微鏡通過采集裝置連接至計算機；

(3)調節直流電源至設定值，直流電壓穩定后打開脈沖電源施加沖擊電壓；

(4)觀測電樹枝的生成與否并記錄高頻電流信號值與電樹枝形態。

步驟(1)中針電極距離接地電極的距離為2-4mm。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

本發明可實現對實際工況下電樹枝特征的測試，更加接近工程實際，與單純施加直流電壓或單純施加沖擊電壓有明顯不同；可以準確揭示直流-沖擊復合場下的高壓直流電纜絕緣電樹枝生長機理，為高壓直流電纜運行及絕緣設計提供可靠實驗依據及測試方法。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構示意圖。

圖2是通過本發明裝置產生的典型直流-沖擊復合電壓示意圖。

附圖標記：1-直流-沖擊復合電壓發生器，2-信號監測單元，3-測試單元，4-直流電源，5-脈沖電源，6-保護電阻，7-保護電阻，8-耦合電容，9-計算機，10-采集裝置，11-高頻電流互感器，12-光學顯微鏡，13-針電極，14-被測試樣，15-接地電極

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的描述：