技术领域本发明涉及固体绝缘材料性能测试技术领域，尤其是涉及一种空间电荷测量用高压电极装置。
背景技术：
电声脉冲法空间电荷测量技术已成为国内外研究固体绝缘材料空间电荷特性最通用的测量技术之一。该测量技术主要用于直流电场条件下固体绝缘材料内部空间电荷和电场强度分布特性的测量，研究空间电荷的注入、迁移、积聚和消散等动态演变过程，结合相关的物理模型，可以分析固体绝缘材料内部电荷的起源机制、迁移规律，以及空间电荷对绝缘材料电导、老化、击穿等性能的影响。近年来，高压直流电缆技术随着特高压直流输电工程而快速发展，而空间电荷效应已成为其主要的限制因素。电声脉冲法空间电荷测量技术经过不断发展与完善，已经成为研究实际运行工况下直流电缆绝缘材料的重要测试手段。电声脉冲法空间电荷测量系统分为平板型和电缆型，前者主要针对片状薄膜试样，后者针对电力电缆本体试样。在多物理场耦合的平板型空间电荷测量系统中，高压电极装置同时耦合了直流电场、脉冲电场、温度场和机械应力场，以测试模拟运行工况下绝缘材料内部的空间电荷特性。高压电极装置具有小型化的发展趋势，这要求紧凑电极内部结构，并通过合理的绝缘配合，利用绝缘树脂将高压元器件进行灌封和固化。固化后绝缘树脂将起到隔离电压的作用，同时运行在不同的温度场和机械应力场下，承受长期的电—热—力联合老化。长期运行之后，绝缘树脂材料进入快速劣化阶段，通常表现为内部击穿等现象。此外，实际高压电极装置制作过程中，绝缘树脂不可避免存在微小气泡等缺陷，将使绝缘性能大幅下降，在较低的直流电压下出现局部放电现象，甚至提前发生击穿。相关技术中的高压电极装置通常采用单层绝缘结构，即利用绝缘树脂进行灌封，对于电—热—力联合老化和绝缘缺陷问题而导致的击穿事故无能为力，只能重新制作，其缺点是成本高、效率低、工作量大、加工制作周期长，不易查清事故原因。此外，纳秒级高压脉冲信号对电路拓扑结构极其敏感，新制作的高压电极装置校准和调试工作尤为重要。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种空间电荷测量用高压电极装置，所述空间电荷测量用高压电极装置可以在保持装置小型化的同时快捷地更换绝缘并且提高耐压性能，在绝缘更换过程中，原装置中主要元器件可重复利用，有效节约了成本。根据本发明的空间电荷测量用高压电极装置，包括：接地金属屏蔽罩，所述接地金属屏蔽罩的上端封闭且下端敞开，所述接地金属屏蔽罩内设有隔板，且所述隔板在所述接地金属屏蔽罩内限定出位于上部的空气绝缘层和位于下部的树脂绝缘层，且所述树脂绝缘层内填充有绝缘树脂；高压金属电极，所述高压金属电极的至少一部分设在所述树脂绝缘层内；高压直流绝缘套管，所述高压直流绝缘套管呈沿上下方向延伸的管状，所述高压直流绝缘套管从上往下依次穿过所述接地金属屏蔽罩的顶壁以及所述隔板伸入到所述树脂绝缘层内；高压直流导电杆，所述高压直流导电杆设在所述高压直流绝缘套管内并沿上下方向延伸至与所述高压金属电极连接；高压脉冲绝缘套管，所述高压脉冲绝缘套管呈中空管状，且所述高压脉冲绝缘套管穿过所述接地金属屏蔽罩外壁伸入到所述空气绝缘层内；高压脉冲导电杆，所述高压脉冲导电杆设在所述高压脉冲绝缘套管内；内部电路，所述内部电路分别与所述高压脉冲导电杆和所述高压金属电极相连。根据本发明的空间电荷测量用高压电极装置，通过利用隔板在接地金属屏蔽罩内限定出空气绝缘层和可填充绝缘树脂的树脂绝缘层，由此，可以在保持原有高压电极装置尺寸不变的前提下，实现高压电极装置内绝缘树脂的快捷更换，提高耐压性能，且在更换的过程中，大部分元器件可重复利用，从而有效地降低制作成本。在本发明的一些实施例中，所述接地金属屏蔽罩的下方设有与所述接地金属屏蔽罩间隔开用于承接试样的接地金属板。在本发明的一些实施例中，所述高压金属电极的下端向下伸出所述接地金属屏蔽罩的下端面，且所述高压金属电极的下端设有与所述高压金属电极的下端面贴合的半导电层。在本发明的一些实施例中，所述内部电路包括电阻和电容，所述电容的一端分别与所述电阻和所述高压脉冲导电杆相连，且所述电容的另一端与所述高压金属电极相连，所述电阻的另一端连接所述接地金属屏蔽罩。进一步地，所述电阻设在所述空气绝缘层内，且所述电容封装于所述树脂绝缘层内。在本发明的一些实施例中，所述高压脉冲绝缘套管呈中空的圆柱形状。在本发明的一些实施例中，所述高压脉冲绝缘套管设在所述接地金属屏蔽罩的周壁上并位于所述隔板的上方。在本发明的一些实施例中，所述高压直流绝缘套管为圆柱中空结构，所述高压直流绝缘套管从所述接地金属屏蔽罩的顶壁中心垂直插入并穿过所述空气绝缘层和所述隔板后，在所述树脂绝缘层与所述高压金属电极的顶端相连。在本发明的一些实施例中，所述空气绝缘层和所述树脂绝缘层的内周面均呈沿上下方向延伸的柱面形状，且所述空气绝缘层内周面的径向尺寸小于所述树脂绝缘层内周面径向尺寸，所述空气绝缘层的内周面和所述树脂绝缘层的内周面之间连接有台阶面，所述台阶面呈朝下的环形，所述隔板抵在所述台阶面上。在本发明的一些实施例中，所述接地金属屏蔽罩包括接地金属圆环和顶盖，所述接地金属圆环呈沿上下方向延伸的中空直筒状，所述顶盖封闭所述接地金属圆环的上端。在本发明的一些实施例中，所述顶盖的上表面有两个关于中心孔对称且未贯穿的半球凹槽。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明图1是根据本发明实施例的空间电荷测量用高压电极装置的示意图。附图标记：空间电荷测量用高压电极装置100，接地金属屏蔽罩1，接地金属圆环11，隔板13，接地金属板14，顶盖12，半球凹槽121，高压金属电极2，高压直流绝缘套管31，高压直流导电杆32，高压脉冲绝缘套管41，高压脉冲导电杆42，电容51，电阻52，半导电层6，绝缘树脂7，试样8。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。下面参考图1描述根据本发明实施例的空间电荷测量用高压电极装置100。如图1所示，根据本发明实施例的空间电荷测量用高压电极装置100，包括：接地金属屏蔽罩1、高压金属电极2、高压直流绝缘套管31、高压直流导电杆32、高压脉冲绝缘套管41、高压脉冲导电杆42和内部电路。具体地，接地金属屏蔽罩1的上端封闭且下端敞开，接地金属屏蔽罩1内设有隔板13，且隔板13在接地金属屏蔽罩1内限定出位于上部的空气绝缘层和位于下部的树脂绝缘层，且树脂绝缘层内填充有绝缘树脂7。这样，通过填充绝缘树脂7，可将树脂绝缘层内的元件(例如图1中所示的高压金属电极2、高压直流绝缘套管31以及电容51等)固定密封于绝缘树脂7中，并使其相互绝缘。此外，位于接地金属屏蔽罩1上部的空气绝缘层，可以绝缘位于其内的元件(例如图1中所示的高压脉冲绝缘套管41、高压脉冲导电杆42和电阻52)，且当需更换绝缘树脂7时，可提供更换绝缘树脂7的操作空间，同时在更换的过程中，空气绝缘层内的大部分元器件可重复利用，从而有效地节约成本。高压金属电极2的至少一部分设在树脂绝缘层内，由此，可通过树脂绝缘层将高压金属电极2固定在金属屏蔽罩内。高压直流绝缘套管31呈沿上下方向延伸的管状，高压直流绝缘套管31从上往下依次穿过接地金属屏蔽罩1的顶壁以及隔板13伸入到树脂绝缘层内；高压直流导电杆32设在高压直流绝缘套管31内并沿上下方向延伸至与高压金属电极2连接。这样，高压直流导电杆32可以将直流高压引入到高压金属电极2上，同时，高压直流绝缘套管31可以将高压直流导电杆32中的直流高压与接地金属屏蔽罩1绝缘。高压脉冲绝缘套管41呈中空管状，且高压脉冲绝缘套管41穿过接地金属屏蔽罩1外壁伸入到空气绝缘层内；高压脉冲导电杆42设在高压脉冲绝缘套管41内；内部电路分别与高压脉冲导电杆42和高压金属电极2相连。这样，高压脉冲导电杆42可以将高压脉冲引入到高压金属电极2上，同时，高压脉冲绝缘套管41可以将高压脉冲导电杆42中通过的高压脉冲与接地金属屏蔽罩1绝缘。根据本发明实施例的空间电荷测量用高压电极装置100，通过利用隔板13在接地金属屏蔽罩1内限定出空气绝缘层和可填充绝缘树脂7的树脂绝缘层，由此，可以在保持原有高压电极装置100尺寸不变的前提下，实现高压电极装置100内绝缘树脂7的快捷更换，提高耐压性能，且在更换的过程中，大部分元器件可重复利用，从而有效地降低制作成本。在本发明的一个实施例中，接地金属屏蔽罩1的下方设有与接地金属屏蔽罩1间隔开用于承接试样8的接地金属板14。如图1所示，接地金属板14位于整个高压电极装置100的底部，可作为高压电极装置100地电极，提高测试的安全性，此外，接地金属板14还可以作为接地金属屏蔽罩1的固定部件。优选地，当在接地金属板14上放置试样8时，接地金属板14和试样8之间滴有硅油，以消除气隙对声波传播的影响。在本发明的一个实施例中，如图1所示，高压金属电极2的下端向下伸出接地金属屏蔽罩1的下端面，且高压金属电极2的下端设有与高压金属电极2的下端面贴合的半导电层6。由此，通过设置半导电层6可以减小声波在试样8上表面的反射，并且还可以模拟电力电缆内绝缘中半导电层6结构。在本发明的一个实施例中，如图1所示，内部电路包括电阻52和电容51，电容51的一端(例如图1中所示的上端)分别与电阻52和高压脉冲导电杆42相连，且电容51的另一端(例如图1中所示的下端)与高压金属电极2相连，电阻52的另一端连接接地金属屏蔽罩1。由此，高压脉冲可通过内部电路的电容51引入到高压金属电极2上，同时，电阻52可以对高压脉冲进行阻抗匹配，从而减小高压脉冲的反射分量。优选地，如图1所示，电阻52设在空气绝缘层内，且电容51封装于树脂绝缘层内，以隔离直流高电压、引入脉冲电压。这样，在更换绝缘树脂7的过程中，位于空气绝缘层内的电阻52等大部分元器件可重复利用，从而有效地节约成本。同时，利用隔板13实现双层绝缘结构，在更换时，仅需要更换位于树脂绝缘层内的电容51即可，从而减少了更换成本和加工时间。此外，高压电极装置100内部电路的拓扑结构变化小，缩短了调试周期并且保证了高压电极装置100更换前后测试性能的一致性。在本发明的一个实施例中，如图1所示，高压脉冲绝缘套管41呈中空的圆柱形状。由此可以提高高压脉冲绝缘套管41的绝缘性能。在本发明的一个实施例中，如图1所示，高压脉冲绝缘套管41设在接地金属屏蔽罩1的周壁上并位于隔板13的上方。这样，在更换绝缘树脂7时，高压脉冲绝缘套管41和高压脉冲导电杆42可重复利用，由此可以降低更换成本和加工时间，使高压电极装置100的结构更加合理。在本发明的一个实施例中，如图1所示，高压直流绝缘套管31为圆柱中空结构，高压直流绝缘套管31从接地金属屏蔽罩1的顶壁中心垂直插入并穿过空气绝缘层和隔板13后，在树脂绝缘层与高压金属电极2的顶端相连，由此可以有效地将高压直流导电杆32中的直流高压与接地金属屏蔽罩1绝缘。在本发明的一个实施例中，如图1所示，空气绝缘层和树脂绝缘层的内周面均呈沿上下方向延伸的柱面形状，且空气绝缘层内周面的径向尺寸小于树脂绝缘层内周面径向尺寸，空气绝缘层的内周面和树脂绝缘层的内周面之间连接有台阶面，台阶面呈朝下的环形，隔板13抵在台阶面上。优选地，隔板13与接地金属屏蔽罩1的内周壁之间的缝隙均经过防漏处理，由此，可以有效地将树脂绝缘层和空气绝缘层隔离。在本发明的一个实施例中，如图1所示，接地金属屏蔽罩1包括接地金属圆环11和顶盖12，接地金属圆环11呈沿上下方向延伸的中空直筒状，顶盖12封闭接地金属圆环11的上端。由此，接地金属屏蔽罩1可以有效地屏障外界环境的干扰信号。优选地，接地金属圆环11的内壁可喷涂不沾涂层，从而有利于高压电极装置100内的绝缘树脂7的脱模与更换。在本发明的一个实施例中，如图1所示，顶盖12的上表面有两个关于中心孔对称且未贯穿的半球凹槽121。由此可以通过半球凹槽121固定高压电极装置100，从而提高高压电极装置100的安全可靠性。下面将参考图1描述根据本发明一个实施例的空间电荷测量用高压电极装置100。参照图1，空间电荷测量用高压电极装置100包括接地金属圆环11、顶盖12、隔板13、接地金属板14、高压金属电极2、半导电层6、高压直流绝缘套管31、高压直流导电杆32、高压脉冲绝缘套管41、高压脉冲导电杆42和内部电路。其中，顶盖12封盖在接地金属圆环11的上端并构造成接地金属屏蔽罩1，接地金属板14作为高压电极装置100的地电极设在接地金属屏蔽罩1的下方。具体地，如图1所示，接地金属圆环11的内周壁上设有朝下的台阶面，隔板13固定在接地金属圆环11内部的台阶面上，隔板13的中心形成有供高压直流绝缘套管31穿过的中心孔，隔板13将接地金属屏蔽罩1内的空间分隔为上下两部分，其中，上部为空气绝缘层，下部可填充绝缘树脂7形成树脂绝缘层，也就是说，绝缘树脂7填充于接地金属屏蔽罩1和隔板13组成的下部空间中。高压金属电极2通过树脂绝缘层固定在接地金属屏蔽罩1内部，高压金属电极2的上端与高压直流绝缘套管31中的高压直流导电杆32相连，高压金属电极2的下表面与半导电层6接触。高压脉冲绝缘套管41为圆柱中空长形结构，并从接地金属圆环11的外周壁穿入空气绝缘层中；高压脉冲导电杆42套设在高压脉冲绝缘套管41内部并在空气绝缘层中与内部电路相连。高压直流绝缘套管31为圆柱中空长形结构，从顶盖12正中央垂直穿入，并依次穿过空气绝缘层和隔板13后与高压金属电极2顶端相连，高压直流导电杆32套设在高压直流绝缘套管31内部。内部电路包括电容51和电阻52，电容51封装于绝缘树脂7中并与高压金属电极2相连；电阻52位于空气绝缘层。电容51的上端分别与电阻52和高压脉冲导电杆42相连，且电容51的下端与高压金属电极2相连，电阻52的下端分别与高压脉冲导电杆42和电容51相连、上端与接地金属屏蔽罩1相连。浇注绝缘树脂7时，高压金属电极2朝上，隔板13固定在接地金属圆环11内壁铣刨处的台阶面上，隔板13与接地金属圆环11之间的缝隙均经过防漏处理，以将树脂绝缘层和空气绝缘层隔离。当需更换绝缘树脂7时，将顶盖12打开，并在空气绝缘层对内部电路进行解耦处理，然后将绝缘树脂7以及固定其中的高压金属电极2和高压直流绝缘套管31取出，随后即可将高压金属电极2和高压直流绝缘套管31从绝缘树脂7中取出。然后，按照原来的位置重新连接内部电路的拓扑结构，浇注新的绝缘树脂7。工作测试时，在接地金属板14的中央位置滴几滴硅油，随后将被测试样8放置在滴有硅油的接地金属板14中央。在被测试样8表面中央位置滴入硅油，然后安装高压电极装置100使其固定并使高压金属电极2与试样8表面保持紧密接触。其中，硅油是为了消除接触面的空气，以改善声波传播效果。然后，施加所需的高压脉冲和高压直流电压，二者同时叠加在试样8上，以进行空间电荷的测试。根据本发明实施例的空间电荷测量用高压电极装置100，实现了高压电极装置100绝缘树脂7的可更换功能。在更换过程中，能够重复利用大部分元器件，有效降低制作成本。同时，树脂绝缘层和空气绝缘层的双层绝缘结构，使得部分电路元器件在空气绝缘层中与绝缘树脂7隔离。因此，更换绝缘树脂7时电路拓扑结构中仅更换了电容51，缩短了调试周期并且保证更换前后高压电极装置100测试结果的一致性。由此，可快速、方便、低成本地根据需求更换绝缘树脂7，尤其适应多物理场耦合条件下的测试需求，有效地拓展了空间电荷测量技术的使用范围。此外，根据本发明实施例的空间电荷测量用高压电极装置100，不仅可以保持原高压电极装置100小型化的特点，并且由于绝缘树脂7可更换的特点，还有利于绝缘内部状态的诊断，定位故障点；由于从顶部接入直流高压，采用双层绝缘结构，由此还提高了高压电极装置100的耐压性能。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。