[发明专利]一种基于温度梯度和复合电压的绝缘老化实验装置

说明书

本发明公开一种基于温度梯度和复合电压的绝缘老化实验装置，产生各种谐波叠加直流电压波形，可以有效的模拟实际工程应用中出现的各种过电压波形。该装置包括：环氧树脂试样模具、温度梯度环境下电树枝实验系统、直流叠加谐波电源装置和电树枝观测装置，所述环氧树脂试样模具用以制备针‑板电极系统的电树枝试样；所述温度梯度环境下电树枝实验系统用以制造试样内部温度梯度分布；所述电树枝观测装置主要由光学显微镜、CCD数码摄像头、电脑、冷光源构成；CCD数码摄像头与电脑相连，通过视频软件摄像头录像大师实时观测并记录试样内部电树枝引发及生长过程。

技术领域

本发明属于高压设备领域，特别涉及一种基于温度梯度和复合电压的绝缘老化实验装置。

背景技术

高压直流输电是把交流电整流后，变成直流电经直流线路送到负荷中心，然后经逆变把直流电又变成交流电供用户使用。随着电网的规模越来越大，直流输电在远距离大容量输电、电网区域互联、孤岛送电和可再生能源并网等方面具有不可替代的作用。环氧树脂是含有环氧基团的高分子聚合物的总称，由于环氧树脂具有优良的介电性能、力学性能、化学性能和良好的可加工型，配合上众多的固化剂、填料、促进剂、改性剂后，能适应和满足不同的使用性能和工艺要求。由于电缆终端本身结构、制作和连接及运行条件的复杂性，内部的电场分布比电缆本体绝缘复杂得多；同时在现场组装的过程中会出现气泡、杂质、表面划痕等缺陷，因此各种故障事故总是频繁发生。据统计，电缆附件的故障率占整个电缆系统故障的70％。在电缆事故中，故障位置多发生在半导电层与环氧材料的结合点处。绝大多数聚合物绝缘在强电场的长期作用下，会出现绝缘的老化现象，电气性能随着服役时间的增长而降低，最后导致绝缘的击穿。其中，聚合物中的电树枝劣化现象是导致绝缘故障的重要原因。实际上电树枝是一种电致裂纹现象，当聚合物中存在杂质、气泡、金属突起等缺陷时，会发生局部场强畸变，导致局部放电现象，产生树枝状放电痕迹，因而被命名为电树枝。大量研究指出，电树枝劣化现象是影响聚合物绝缘电力电缆长期运行安全的瓶颈，迫切需要研究电缆系统绝缘劣化以及失效机理。

在长期运行期间，聚合物绝缘也承受着温度梯度分布。设备中的导体会产生焦耳热导致内绝缘温度上升，而外绝缘处在环境温度下，因此绝缘中存在连续的温度梯度分布。在暂态情况下，环氧树脂终端可在高达150℃的温度下运行。在直流电压下，温度梯度导致绝缘内部的电导不一致，因此改变内部的电场分布和电荷输运过程。但目前关于温度对电树枝影响的研究多集中在单一温度，对不同温度和温度梯度下电荷输运过程的探讨还不够深入，尤其是直流复合电压下温度影响电树枝劣化的研究尚属空白领域。

环氧树脂因其优良的性能，在高压直流电缆系统中应用广泛。在不同工况下，电缆终端环氧树脂绝缘要经受直流电压及暂态过程出现的脉冲电压或谐波电压，同时绝缘也工作在低温、室温和温度梯度等温度环境。复合电压和环境温度会影响电介质内空间电荷的输运过程，加速绝缘老化，影响绝缘电气性能。电树枝放电作为绝缘劣化的重要形式，是导致绝缘材料失效的重要原因。因此，研究基于温度梯度和复合电压的绝缘老化评估方法是具有重要的意义的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于温度梯度和复合电压的电树枝实验装置，从而对绝缘材料绝缘状态进行有效评估。

本发明为所要解决的技术问题，采用的技术方案是：一种基于针-板电极系统的环氧树脂绝缘性能测试试样制备方法、温度梯度环境的电树枝观测系统和谐波加直流电压装置，包括：环氧树脂试样模具、温度梯度环境下电树枝实验系统、直流叠加谐波电源装置和电树枝观测装置，其中：

所述环氧树脂试样模具用以制备针-板电极系统的电树枝试样，包括特殊形状的模具；

所述温度梯度环境下电树枝实验系统用以制造试样内部温度梯度分布，包括加热片、温度传感器、温度控制器、冷风散热装置。温度控制器用于控制加热片温度，温度传感器由热电偶组成。