一种GIS固体绝缘多试样三因子老化试验装置及试验方法与流程

本发明属于电力设备老化试验技术领域，具体涉及一种gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置及试验方法。

背景技术：

气体绝缘组合电器(gis)的固体绝缘是保证其可靠性的重要部件，通常由聚合物基的复合绝缘材料制备而成。在设备运行过程中，gis固体绝缘会受到电、热、力等因素的影响而发生性能劣化，对整个gis甚至是电力系统的可靠性造成影响。尤其是近年来电压等级不断提高，对gis固体绝缘的可靠性提出了更高的要求。因此，对gis固体绝缘的状态评价和寿命评估非常重要。

然而，一般情况下聚合物基的复合材料的寿命比较长，不利于进行寿命评估，所以需要在实验室中搭建人工加速老化装置进行加速老化试验，再利用相应的寿命模型进行寿命评估。根据gis固体绝缘工作环境设计老化装置和相应的老化试验方法，是常用且有效的寿命评估手段。然而现有的老化装置通常不够灵活，只能模拟一种或同时模拟几种老化因子，无法进行老化因子的组合和拆解。如中国专利cn201510600286.1，只能针对gis盆式绝缘子的环氧树脂材料，适用范围太小。而且，现有的多因子老化试验装置通常存在老化样本容量小的问题，导致最终得到的结果不够准确，且无法同时进行横向对比试验。因此，设计开发可灵活组合调控老化因子，且可同时进行多试样老化试验的老化试验装置具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置及试验方法，用以解决现有的多因子老化试验装置无法进行老化因子的组合和拆解以及样本容量小结果准确度低的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置，包括：试验箱和试样支架，所述试样支架设置在试验箱内，所述试验箱用于提供试验环境，所述试样支架用于加载试样，其特征在于，还包括：温控模块、振动模块、加压模块和测试模块；

所述温控模块用于加热试样并监测温度；

所述振动模块用于提供不同振动强度并监测振动；

所述加压模块用于提供电压并监测电压；

所述测试模块用于监测试样老化状态。

进一步的，所述试验箱内充有绝缘油，所述试验箱上设置有出油口；

所述试样支架的数量为一或多组，每组试样支架包括电极支架和底座，所述电极支架安装在底座上，所述电极支架上设置有多个电极；

所述温控模块包括加热器，热电偶和温控器，所述加热器和电热偶设置在试验箱内，所述温控器设置在试验箱外，并通过导线与加热器和电热偶连接；

所述振动模块包括激振器、振动传感器和振动加速度监测装置，所述激振器设置在试验箱下方，所述振动传感器设置在试验箱底部并通过导线连接振动加速度监测装置；

所述加压模块设置在试验箱外部包括相互连接的电源、电压分压器、电压传感器和电压监测器，所述电压分压器和电压传感器分别通过导线与电极相连；

所述测试模块包括局部放电测试系统和介质损耗及电容测试系统，两个测试系统通过导线与电极相连。

进一步的，所述电极支架上设置有12个电极。

一种gis固体绝缘多试样三因子老化试验方法，利用任一所述的gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置进行试验时，按照如下步骤执行：

步骤1：将待老化试样安装在试样支架上，使试样和电极均浸没在绝缘油中且电极和试样表面无气泡；

步骤2：选择温控模块、振动模块和加压模块中任一个模块、任两个模块或全部模块作为老化试验需要的模块；

步骤3：设定若干个执行周期，在每个执行周期内按照步骤3.1至步骤3.2进行老化试验，若选择的模块中包含加压模块(5)，则在电压监测器检测到击穿电压时，停止老化试验；若选择的模块中不包含加压模块(5)，则在所有执行周期结束后，停止老化试验；

步骤3.1：根据所选择的老化试验需要的模块进行老化试验，其中，若选择温控模块，则根据老化需求获得需求温度，通过温控器打开加热管对绝缘油进行加热，至热电偶监测到绝缘油的温度达到需求温度；

若选择振动模块，则根据老化需求设置激振器(8)强度，利用振动传感器和加速度监测装置监测振动加速度，并根据检测到的振动加速度调整激振器强度；

若选择加压模块，则根据老化需求选择电源的频率和电压，通过电压分压器设置施加在不同试样上的电压，利用电压传感器获得电压并利用电压监测器监测电压；

步骤3.2：关闭步骤3.1选择的老化试验需要的模块并使绝缘油温度降至室温，同时打开测试模块进行试样状态监测，获得局放信号、试样介质损耗及电容。

本发明与现有技术相比具有以下技术特点：

(1)本发明的试验装置灵活多变。所述三因子可单独施加，也可以任意组合施加，进行单因子，双因子及三因子老化试验。同时，本装置操作简单，使用方便灵活，能够满足多种单因子或多因子老化试验方案的要求，可更加准确地研究gis固体绝缘材料的老化规律。

(2)本发明中三因子部分包括温控模块，振动模块和加压模块均可独立运行，也可以任一组合同时运行。试样支架可同时放置多组试样，试样可为相同材料以增加样本量，也可为不同材料以进行横向对比。电压分压器可设置不同组试样施加相同的电压，也可根据工程需要对不同组试样施加不同的电压。

(3)本发明的测试模块用于定期检测材料的局部放电和介质损耗，以评估材料的老化状态，可设置任一间隔时间，对试样状态参数进行测试。

附图说明

图1为gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置系统结构示意图；

图2为gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置结构图；

图3为gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置试验箱及其内部结构图；

图4为gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置样品结构主视图；

图5为gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置样品结构左视图；

图6为gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置样品结构俯视图。

图中标号代表：1-试验箱，2-试样支架，3-温控模块，4-振动模块，5-加压模块，6-测试模块，7-加热器及热电偶安装接口，8-激振器，9-电极支架，10底座，11-电极。

具体实施方式

为了便于理解本发明的目的、优点及技术方案，下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。此处所描述的具体实施方案进用于解释本发明，并不用于对本发明进行限定。在本发明的说明中，上、下、左、右、前和后等方位以及顶部和底部的描述都是针对图2进行限定的，当试验装置的放置方式发生改变时，其相应的方位以及顶部和底部的描述也将根据放置方式的改变而改变，本发明在此不做赘述。

实施例1

在本实施例中公开了一种gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置，包括：试验箱1和试样支架2，所述试样支架2设置在试验箱1内，所述试验箱1用于提供试验环境，所述试样支架2用于加载试样，还包括：温控模块3、振动模块4、加压模块5和测试模块6；

所述温控模块3用于加热试样并监测温度；

所述振动模块4用于提供不同振动强度并监测振动；

所述加压模块5用于提供电压并监测电压；

所述测试模块6用于监测试样老化状态。

具体的，所述试验箱1内充有绝缘油，所述试验箱1上设置有出油口；

具体的，所述试样支架3的数量为一或多组，每组试样支架3包括电极支架9和底座10，所述电极支架9安装在底座10上，所述电极支架9上设置有多个电极11；

所述温控模块3包括加热器，热电偶和温控器，所述加热器和电热偶设置在试验箱1内，所述温控器设置在试验箱1外，并通过加热器及热电偶安装接口7与加热器和电热偶连接；加热器为加热管，设置于试样下方，热电偶设置于试样下方的金属板底座10上，靠近试样的旁边，但是与金属板底座10不接触，使用尼龙块隔开。

所述振动模块4包括激振器8、振动传感器和振动加速度监测装置，所述激振器8设置在试验箱1下方，所述振动传感器设置在试验箱1底部并通过导线连接振动加速度监测装置；

所述加压模块5设置在试验箱1外部包括相互连接的电源、电压分压器、电压传感器和电压监测器，所述电压分压器和电压传感器分别通过导线与电极11相连；电源和电压分压器为不同组试样提供相同或不同幅值的电压。电压传感器和电压监测器用以监测试样两端电压变化，击穿试样击穿时刻，并在击穿的时刻断开高频电源。在本实施例中，电压监测器为记录电压和击穿时刻的软件。

所述测试模块6包括局部放电测试系统和介质损耗及电容测试系统，两个测试系统通过导线与电极11相连。

具体的，所述电极支架9上设置有12个电极11。每组内12个电极头的电压相同，各组施加的电压可以设置为相同，也可根据工程需要进行分压设置。

本实施例中还公开了一种gis固体绝缘多试样三因子老化试验方法，利用任一所述的gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置进行试验时，按照如下步骤执行：

步骤1：将待老化试样安装在试样支架2上，使试样和电极11均浸没在绝缘油中且电极和试样11表面无气泡；

步骤2：选择温控模块3、振动模块4和加压模块5中任一个模块、任两个模块或全部模块作为老化试验需要的模块；

步骤3：设定若干个执行周期，在每个执行周期内按照步骤3.1至步骤3.2进行老化试验，若选择的模块中包含加压模块5，则在电压监测器检测到击穿电压时，停止老化试验；若选择的模块中不包含加压模块5，则在所有执行周期结束后，停止老化试验；

步骤3.1：根据所选择的老化试验需要的模块进行老化试验，其中，若选择温控模块3，则根据老化需求获得需求温度，通过温控器打开加热管对绝缘油进行加热，至热电偶监测到绝缘油的温度达到需求温度；

若选择振动模块4，则根据老化需求设置激振器8强度，利用振动传感器和加速度监测装置监测振动加速度，并根据检测到的振动加速度调整激振器8强度；

若选择加压模块5，则根据老化需求选择电源的频率和电压，通过电压分压器设置施加在不同试样上的电压，利用电压传感器获得电压并利用电压监测器监测电压；

步骤3.2：关闭步骤3.1选择的老化试验需要的模块并使绝缘油温度降至室温，同时打开测试模块进行试样状态监测，获得局放信号、试样介质损耗及电容。所述局放信号、试样介质损耗及电容可以计算出试样的老化状态。

具体的，所述执行周期根据需要灵活设置，一般为数小时到数天。

具体的，采用上述gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置，根据上述使用方法，可根据需要进行单试样或多试样试验。可根据需求进行电老化试验，热老化试验，振动老化试验，电热双因子老化试验，电振动双因子老化试验，热振动双因子老化试验及电热振动三因子老化试验。

具体的，本方法所适用的式样的材料包括gis固体绝缘通用的绝缘材料以及其他有潜力用于gis固体绝缘的绝缘材料。

实施例2

在本实施例中提出了一种gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置，参见附图1所示，本试验装置能够对gis固体绝缘材料进行多试样，单因子或多因子加速老化试验。三种老化因子，电场、热、机械振动参数可根据老化需求自由调节组合。在实施例1的基础上还公开了如下技术特征：

由图2、3所示，固定底座为金属结构，试验箱放置于固定底座上方，振动模块安装在试验箱下部，固定底座支架上装有弹簧，保证底座在试验箱振动的时候保持稳定。试验箱内放置三组试样支架，每组包括12个电极头。温控模块的加热管和热电偶固定于试样支架底部。

由图4、5、6所示，本实施例采用的试样为矩形平板上均匀分布半球凹孔的结构。矩形平板的尺寸为150mm*120mm*5.5mm，凹孔球心间距30mm。凹孔为放置电极头的位置，测试点的材料厚度为0.5mm。测试前需在凹孔底部涂上一层银胶，增强其与电极头的接触。

本实施例所用温度模块的加热范围为20-150℃，通过温控器对试验箱内绝缘油温度进行监控，控制加热器的开关，确保绝缘油温度稳定在老化温度上。

本实施例所用振动模块所施加的加速度范围为0-5m/s²。

本实施例所用加压模块的电压范围为0-28kv，频率范围为0-2000hz。

实现gis固体绝缘材料加速老化的方法是：在进行老化前，将待老化试样安装在试样支架上，确保试样和电极均浸没在绝缘油当中，且电极头和试样表面无气泡。在进行老化试验时，若启用加压模块，根据老化需求选择高频电源的频率和电压，并调节分压器根据需要设置施加在不同试样上的电压。利用电压传感器和记录电压和击穿时刻的软件监测试样两端电压变化。若启用温控模块，根据老化需求利用温控器设置所需温度，待温控器显示绝缘油温度达到所需温度时开始进行老化试验；若启用振动模块，根据老化需求设置激振器强度，并利用振动传感器和加速度监测装置对振动加速度进行监测。在进行老化试验时，需定期利用测试模块进行试样状态监测。进行测试时若加压模块，温控模块或振动模块在开启状态则关闭，若绝缘油温度高于室温，则待其降至室温。之后利用局放测试系统对试验进行局放测试，利用介质损耗及电容测量系统测试系统测试试样介质损耗及电容，之后关闭测试模块继续老化试验。所述测试间隔时间可根据需要灵活设置，若老化试验过程中试样发生击穿，则停止老化试验进行测试，之后更换试样，继续老化试验。

采用上述gis固体绝缘多试样三因子老化试验装置，根据上述使用方法，可根据需要进行单试样或多试样试验。可根据需求进行电老化试验，热老化试验，振动老化试验，电热双因子老化试验，电振动双因子老化试验，热振动双因子老化试验及电热振动三因子老化试验。