[发明专利]直流电压下固体绝缘中电树枝特性实时显微观测试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及电树枝特性的显微观测试验系统，具体涉及在外加直流电压下对固体绝缘中的电树枝引发及生长特性进行实时显微观测的试验系统。

背景技术

由于具有结构紧凑、安装方便、易于维护、环境友好等优点，固体绝缘电力设备在交、直流输、配电网络中获得了广泛应用，在许多场合取代了油纸及气体绝缘结构。

研究发现，对高压/超高压固体绝缘，电树枝化是导致绝缘失效的主要原因。针对固体绝缘材料在交流电压下电树枝特性的研究开展较广，主要涉及温度、电压幅值、升压速率、频率、残余机械应力等对电树枝引发概率、生长速度、结构形态等的影响，各种电树枝通道的痕量分析，以及电树枝劣化状态与局部放电量的对应关系等。直流电压下固体绝缘的老化特性与交流下显著不同。直流电树枝引发困难，生长速度慢，实时观测难以实现，这可能是导致该领域研究报道不多的原因。

近年来，对固体绝缘材料，如低密度聚乙烯(LDPE)、交联聚乙烯(XLPE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅橡胶(SR)等中直流电树枝的研究内容也开始见诸报导，包括直流树、直流接地树、直流电压极性反转树、直流叠加冲击树以及直流预压冲击树等，主要针对电树枝的引发特性展开，而对生长特性的研究成果还很少，除少数几篇涉及树枝形态以外，目前仅有一篇给出了针对直流电树枝生长速率、通道特性的初步研究结果，而这个实验还是在间断施加的直流电压下进行的。

在进行固体绝缘中的电树枝引发及生长特性研究时，通常采用块状试样，在其中引入针-板电极系统，构成一个典型的极不均匀电场结构。试样的典型结构如图1所示。针电极的尖端曲率半径、针-板电极之间的距离都是可调参数，可以根据实验需要采用不同的值。

在试样制备完成后，将试样放置于测试容器内利用卡具进行固定，针电极上施加高压，板电极接地；测试容器的四壁由聚四氟乙烯制成，不仅绝缘良好，并且耐受高温；容器内注入硅油，将试样完全浸在硅油中，防止试样表面在外加电压下发生沿面闪络，同时增加试样的透明度，便于对内部的电极尖端和电树枝进行观察和拍照；容器底部由一片加厚的钢化玻璃制成，除了保证容器的坚固性，还可以使得透射光源产生的光线从容器底部透过照亮试样区域，满足对试样的观测需求；对试样的观察和拍照记录由位于容器上部的CCD镜头和体式数字显微镜来完成，显微镜的放大倍数可调，可直接在显微镜下对试样进行观察，也可通过专用数据线将计算机与数字显微镜连接，通过显微镜配套软件在计算机上进行试样图像的实时显示，或者在设定的时间间隔下利用软件自动进行图像的采集并将其保存在计算机上指定位置，方便随时调用。电树枝试验的显微观察及拍照系统如图2所示。

在交流电压下进行试验时，该系统可以实现对试样的实时观察和连续记录；但是在直流电压下，电泳效应极为显著，硅油分子沿电场方向运动并与容器壁碰撞，导致液面剧烈晃动，无法对试样进行实时观察或清晰拍照；为了解决这个问题，直流电树枝试验中都是采用周期性间断施加电压的方式，在直流电压的施加时间达到预设值后，将电压下降为零，等到硅油液面平静后再对试样进行观察和拍照；这种间断式施加电压的方式与电力设备在运行时承受直流电压的方式不相同，从而导致得到的电树枝试验结果合理性存疑；为了能够在持续施加直流电压的同时对试样中的电树枝进行实时观察和拍照记录，需要建立新的试验及观测系统。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种直流电压下固体绝缘中电树枝特性实时显微观测试验系统，能够对测试试样进行更加有效的位置固定、在显微镜观察视窗内有效控制硅油的来回晃动，从而在外加直流电压下，能够对试样中电树枝引发及生长特性进行实时显微观察和定时拍照记录。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：