料试样5的一面接触;第二电极8，用于与被测绝缘材料试样5的另一面接触;第一高温恒温槽15，用于向第一电极4传导正常运行温度;第二高温恒温槽16，用于向第一电极4传导短时温升温度;低温恒温槽17，用于向第二电极8传导温度;高压直流电源6，用于向上电极2传输高压直流电；脉冲发生器7，用于向上电极2传送高压脉冲信号;压电传感器9，用于检测被测绝缘材料试样受短时温升、高压直流电场和高压脉冲作用后产生的声信号，并将声信号转换为电信号输出；放大器12，用于对压电传感器输出的电信号进行放大；示波器13，用于对放大器放大的电信号进行实时采集和记录;计算机14，用于对放大器放大的电信号进行处理，输出被测绝缘材料试样空间电荷瞬态变化特性信息。
[0046]图1中，高压直流电源6通过电阻R2的限流保护后施加到上电极2，脉冲发生器7通过电容C后施加到上电极2，电容C用于隔断直流高压进入到脉冲发生器回路，同时脉冲发生器7通过电阻Rl接地，防止高频脉冲信号的反射。利用环氧树脂3将上电极2、电容C和电阻Rl封装形成上电极单元I。
[0047]此外，为了防止压力波通过压电传感器9后由于声阻抗不匹配对输出波形的影响，选用与压电传感器9声阻抗相同的不具有压电效应的材料做吸收层10。压电传感器9、第二电极8及吸收层10均紧密接触，并利用铜盒11进行屏蔽。
[0048]第一电极4的结构可以参见图2。如图2所不，第一电极4包括:第一液体导入管201、第一液体导入管202、液体容纳腔203、铝电极205、第一硅油204、第二液体导入管206、第二液体导出管207和第二硅油208。第一液体导入管201和第一液体导出管202与第一高温恒温槽15连通;第二液体导入管206和第二液体导出管207与第二高温恒温槽16连通。铝电极205与上电极2通过接触连接。第一高温恒温槽15中的硅油204通过第一液体导入管201流动到液体容纳腔203并通过第二液体导出管202回收到第一高温恒温槽15中，同样第二高温恒温槽16也通过液体导入管和导出管进行温度传导。
[0049]第二电极的结构可以参见图3。如图3所示，第二电极包括:第三液体导入管301、第三液体容纳腔303、第三液体导出管302和第三硅油304。第三液体导入管301和第三液体导出管302与低温恒温槽17连接，将低温恒温槽循环栗打开时，第三硅油304通过第三液体导入管301导入第三液体容纳腔303，并通过液体导出管302回收到低温恒温槽17中，向被测绝缘材料试样传导温度。
[0050]采用图4所示的测量流程图进行短时温升条件下绝缘材料中空间电荷特性的测量。
[0051]图5为被测绝缘材料试样温度随时间变化曲线。其中Tl为直流电缆正常运行时远离线芯端绝缘层外温度，温度较低，即本实施例中第二电极8的温度;T2为直流电缆正常运行时紧挨线芯端绝缘层温度，温度较高，即本实施例中第一电极4的温度;T3为第一电极4的短时温升温度;T4为室温。利用低温恒温槽17，使第二电极8的温度从室温T4下降到Tl，时间为tl，并稳定在Tl;利用第一高温恒温槽15给第一电极4传导温度，使其温度从室温T4逐渐上升到T2，时间为t3;利用第二高温恒温槽16，在不打开外循环栗的条件下加热槽中硅油使其温度从室温T4上升到T3，时间为t2。待所有槽中温度稳定之后，t3时刻打开第二高温恒温槽16的外循环栗并关闭第一高温恒温槽15的外循环栗，使第一电极4的温度逐渐上升到T3，时间为t4。短时温升条件下绝缘材料中空间电荷的测量是在t3至t4时间段、温度从T2上升到T3过程中实现的。
【主权项】
1.一种短时温升下绝缘材料中空间电荷特性测量系统，其特征在于，包括: 第一电极，用于与被测绝缘材料试样的一面接触； 第二电极，用于与被测绝缘材料试样的另一面接触； 第一高温恒温槽，用于向第一电极传导正常运行温度； 第二高温恒温槽，用于向第一电极传导短时温升温度； 低温恒温槽，用于向第二电极传导温度； 高压直流电源，用于向第一电极传输高压直流电； 脉冲发生器，用于向第一电极传送高压脉冲信号； 压电传感器，用于检测被测绝缘材料试样受短时温升、高压直流电场和高压脉冲作用后产生的声信号，并将声信号转换为电信号输出； 放大器，用于对压电传感器输出的电信号进行放大； 示波器，用于对放大器放大的电信号进行实时采集和记录； 计算机，用于对放大器放大的电信号进行处理，输出被测绝缘材料试样空间电荷瞬态变化特性信息。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，第一电极包括第一液体导入管、第一液体导出管、液体容纳腔、铝电极、第一硅油、第二液体导入管、第二液体导出管和第二硅油;其中，液体容纳腔通过铝电极将其分为相连通的第一液体容纳腔和第二液体容纳腔，第一液体容纳腔内填充有第一硅油，并通过第一液体导入管和第一液体导出管与第一高温恒温槽相连通，第二液体容纳腔内填充有第二硅油，并通过第一液体导入管和第二液体导出管与第二高温恒温槽相连通。3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，第二电极包括第三液体导入管、第三液体容纳腔、第三液体导出管和第三硅油，其中，第三液体容纳腔内填充有第三硅油，并通过第三液体导入管和第三液体导出管与低温恒温槽相连通。4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，高压直流电源包括波形发生器，用于对输出的高压直流电压的幅值和极性进行调节。5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，脉冲发生器的工作频率为10Hz，能够实现Is采集一个点，实现空间电荷瞬态变化特性的测量。6.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，第一电极还包括与其相连的上电极，高压直流电源通过电阻R2的限流保护后施加到上电极，脉冲发生器通过电容C后施加到上电极，电容C用于隔断直流高压进入到脉冲发生器回路，同时脉冲发生器通过电阻Rl接地；此外，利用环氧树脂将上电极、电容C和电阻Rl封装形成上电极单元。7.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，还包括与压电传感器相连的吸收层，压电传感器、第二电极及吸收层依次紧密接触，并利用铜盒将压电传感器、第二电极、吸收层以及放大器屏蔽。8.—种短时温升下绝缘材料中空间电荷特性测量方法，该测量方法基于权利要求1至7中任一项所述的测量系统，其特征在于，包括以下步骤: 1)将被测绝缘材料试样放于第一电极和第二电极之间，使电极与被测绝缘材料试样紧密接触； 2)打开第一高温恒温槽和低温恒温槽，设定正常工作温度并加热两个恒温槽中的硅油，同时将外循环栗打开，使被测绝缘材料试样的温度逐渐上升到正常工作温度； 3)打开第二高温恒温槽，设定短时温升温度并加热恒温槽中的硅油，使其达到短时温升温度； 4)待第二高温恒温槽温度达到设定温度并稳定之后，给被测绝缘材料试样施加高压直流电场和高压脉冲，同时打开第二高温恒温槽的外循环栗、关闭第一高温恒温槽的外循环栗; 5)利用电声脉冲法测量受短时温升、高压直流电场和高压电脉冲作用后的被测绝缘材料试样中的空间电荷特性； 6)利用压电传感器对产生的声信号进行检测，并将检测的声信号转化为电信号输出； 7)利用放大器对压电传感器输出的电信号进行放大； 8)利用示波器对放大的电信号进行实时采集和显示； 9)利用计算机处理被测绝缘材料试样空间电荷测量结果信息，并输出最终空间电荷信息。
【专利摘要】一种短时温升下绝缘材料中空间电荷特性测量系统及方法，该系统是在传统PEA法测量系统基础上进行改进，增加了第一高温恒温槽、第二高温恒温槽和低温恒温槽。第一高温恒温槽用于向第一电极传导正常运行温度，第二高温恒温槽用于向第一电极传导短时温升温度，低温恒温槽用于向第二电极传导温度。测量方法是模拟直流电缆实际运行情况，利用第一高温恒温槽和低温恒温槽给被测试样传导正常运行温度，同时加热第二高温恒温槽中的硅油使其达到短时温升温度，待温度稳定后关闭第一高温恒温槽外循环泵并打开第二高温恒温槽外循环泵，给被测试样传导短时温升，利用PEA法测量短时温升下被测试样中空间电荷特性。本发明主要用于测量短时温升下绝缘材料中空间电荷特性。
【IPC分类】G01R29/24, G01R31/00
【公开号】CN105548732
【申请号】CN201510921243
【发明人】尚康良, 韩正一, 吴锴, 苏芮, 王霞
【申请人】国网智能电网研究院, 西安交通大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月11日