[发明专利]冲击电压作用下变压器油中空间电荷测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及变压器油中空间电荷测量的试验技术领域，特别涉及一种冲击电压作用下变压器油中空间电荷测量的试验系统。

背景技术

随着我国特高压电网的快速发展，电力变压器的绝缘设计与制造技术面临着新的挑战。深入研究变压器内绝缘在冲击电压作用下的击穿机理，改进和提高绝缘材料性能，是我国特高压电力设备发展的迫切需要。绝缘材料的电击穿特性是电气设备及电力行业的研究重点，电介质的绝缘性能极大地受到其内部电场的影响，其中空间电荷在改变绝缘电介质内部电场分布中起着重要的作用。传统上对绝缘电介质电场的研究主要依靠实验经验，通过分压器及传感器测量，再通过计算还原得到绝缘电介质的电场变化过程。但这种实验方法无法精确计算绝缘体内部的实际电场变化过程，特别是电极处于液体电介质(如变压器油)环境中，当电压达到一定程度后，液体中会出现空间电荷。空间电荷的产生、输运以及消散会改变变压器油中的电场分布，从而影响液体电介质的绝缘击穿性能，并且冲击电压作用下变压器油中的空间电荷对于流注的产生和发展有着重要的作用。因此，冲击电压作用下变压器油中空间电荷的测量，对空间电荷在变压器油中的作用机制以及纳米变压器油击穿机理的研究，有非常重要的理论意义和工程应用价值。

目前，对于空间电荷的测量研究方法有电声脉冲法、热刺激电流法、使用CCD的克尔电光测量方法等。但是这些方法都有一定的局限性。电声脉冲法、热刺激电流法主要针对于固体聚合物材料，而冲击电压作用下变压器油中的空间电荷分布变化迅速，空间电荷运动规律复杂，因此对聚合物空间电荷的测量方法并不适用于变压器油中空间电荷的测量。利用液体电介质在电场下的克尔电光效应，可对液体电介质内部的电场及空间电荷进行无干扰测量，已有研究机构搭建了使用CCD作为光接收装置的克尔电光测量系统。然而，该方法适用于具有较高克尔常数的液体电介质，但对于低克尔常数的变压器油，难以辨别通过CCD测量得到的电光场图的光纹。

有研究机构使用阵列光电探测器作为光接收装置对变压器油中的空间电荷进行克尔电光测量，但是该方法中光通过变压器油的光路比较短，使得变压器油中克尔效应的光相位差非常小，测量得到的光强的波峰波谷数量较少，克尔效应的检测灵敏度较低，不能够非常准确地得到变压器油中空间电荷的分布情况。

因此，现有技术方法不能很好地解决冲击电压作用下变压器油中空间电荷测量的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种冲击电压作用下变压器油中空间电荷测量的试验系统。本装置有效地解决了冲击电压作用下变压器油中空间电荷的测量问题。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的冲击电压作用下变压器油中空间电荷测量装置，由光源氦氖激光器发出的光依次经过起偏器、1/4波片、扩束镜、油箱、反光镜组I、反光镜组II、检偏器、空间滤波器，由光接收装置接收；所述油箱内设置有电极，光在油箱中穿过上下极板，上极板接高压电源部分，下极板接地；

所述反光镜组I、反光镜组II设置于油箱两侧，所述氦氖激光器发出的光经过起偏器、1/4波片、扩束镜后，从油盒中电极的上下极板之间穿过，经过反光镜组I反射再次穿过电极的上下极板，经过反光镜组II再次反射并再一次穿过电极的上下极板，经过多次反射的光信号到达检偏器。

进一步，所述光接收装置的信号输出端与多通道示波器的信号输入端相连接。

进一步，所述氦氖激光器、起偏器、1/4波片、扩束镜、油箱、反光镜组I、反光镜组II、检偏器、空间滤波器和光接收装置均设置在光学防震平台上。

进一步，所述起偏器和检偏器均为偏振片由方解石构成，消光比为10000:1，其与x轴方向夹角分别45°和45°，为平行偏振形式。

进一步，所述1/4波片与x轴夹角为0°。

进一步，所述扩束镜具有2到5倍可变焦距。

进一步，所述光路经过的两个油箱侧面由光学玻璃制成，油箱的其它两个侧面、底面以及盖子由有机玻璃制成，所述电极为平行板电极对，上下两个极板的尺寸均为长450-550mm、宽90-110mm、厚8-15mm，所述电极为金属材料制成的电极，所述电极经抛光，粗糙度为0.8-1.2μm，且四周成圆角。

进一步，所述反光镜组I和反光镜组II均由两片镜面相互垂直的宽带介质膜反光镜组成，反光镜的镜面与z轴的夹角均为45°，反光镜的反射率97％以上，反光镜镜面的俯仰角可调。