[发明专利]一种高压直流电缆附件电树枝特性的测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压直流电缆绝缘在过电压条件下的电树枝特性的研究领域，具体的说，是一种高压直流电缆附件电树枝特性的测试装置及其测量方法。

背景技术

高压直流电缆输电是解决大容量、远距离、低损耗输电问题的重要途径之一，直流电缆内不存在交变的电场，但由于不同绝缘材料电导率的差异导致绝缘内部空间电荷积聚情况复杂且电场畸变严重，极易引发绝缘老化。电缆绝缘的老化是逐步累积发展的，目前工艺水平下，电树枝生长是导致绝缘老化甚至击穿的主要原因。电树枝是绝缘材料中由于局部放电引起的微米级放电通道，多由绝缘材料内的气隙、杂质、不规则形状等引起，可能引发完全或不完全击穿，严重影响电缆输电系统的安全运行。

在交流电树枝研究中，国内外学者提出了多个模型，而直流电压下不存在交变电场，导致大部分模型并不适用。国内外针对直流电树枝的研究主要集中在以下几方面：(1)直流电场下绝缘已有缺陷的电树枝化过程与机理；(2)不同电压级别下电树枝的引发机理及形态特征；(3)直流电压短路接地条件下电树枝化及其引发机理；(4)极性反转条件下的电树枝现象。而实际运行的直流电缆中除直流电压外还存在下列冲击电压：(1)由架空线引入的雷电冲击电压，(2)由于线路故障、切投等产生的操作冲击电压；其中部分冲击电压幅值可达数倍于线路直流电压且极性可能与直流电压相同或相反。冲击电压与线路直流电压叠加产生直流-冲击复合场，共同作用于直流电缆附件绝缘，使线路电压急剧变化并导致电场畸变加剧。而目前国内外鲜有对直流-冲击复合场下电树枝的研究，其起始、生长机理尚不明确，严重制约了直流电缆附件技术的发展。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种高压直流电缆附件电树枝特性的测试装置及方法，利用直流电压与过电压的耦合，使两种电压共同施加于被测试样，产生直流-冲击复合场，检测此电场下直流电缆绝缘的电树枝特性，较之已有测试方案，更接近工程实际，可有效反映直流电缆过电压情况，为直流电缆附件绝缘设计及运行提供实验和理论依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高压直流电缆附件电树枝特性的测试装置，包括直流-冲击复合电压发生器、测试单元、信号监测单元和电树枝特征分析单元，所述直流-冲击复合电压发生器用于产生直流-冲击复合电压，由直流电源、脉冲电源、耦合电容和保护电阻组成，所述直流电源的直流电压调节范围和所述脉冲电源的冲击电压调节范围均为0至100KV，所述冲击电压的上升沿及下降沿均为1至1000μs可调，所述耦合电容用于将直流电压和冲击电压叠加后同时作用于被测试样；

所述测试单元用于实现被测试样的加压及电树枝的诱发，由针电极、被测试样和接地电极组成；所述信号监测单元用于实现电树枝生长过程中的形态及局部放电高频电流信号的记录；由计算机、采集装置、光学显微镜和高频电流互感器组成。

一种高压直流电缆附件电树枝特性的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

(1)将针电极预置于绝缘试样内，将绝缘试样置于测试单元中的接地电极上并连接电源线及接地线；

(2)将高频电流互感器套接于电源线上，打开光学显微镜并调节焦距至可清晰观测到针电极尖端，将高频电流互感器与光学显微镜通过采集装置连接至计算机；

(3)调节直流电源至设定值，直流电压稳定后打开脉冲电源施加冲击电压；

(4)观测电树枝的生成与否并记录高频电流信号值与电树枝形态。

步骤(1)中针电极距离接地电极的距离为2-4mm。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明可实现对实际工况下电树枝特征的测试，更加接近工程实际，与单纯施加直流电压或单纯施加冲击电压有明显不同；可以准确揭示直流-冲击复合场下的高压直流电缆绝缘电树枝生长机理，为高压直流电缆运行及绝缘设计提供可靠实验依据及测试方法。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是通过本发明装置产生的典型直流-冲击复合电压示意图。

附图标记：1-直流-冲击复合电压发生器，2-信号监测单元，3-测试单元，4-直流电源，5-脉冲电源，6-保护电阻，7-保护电阻，8-耦合电容，9-计算机，10-采集装置，11-高频电流互感器，12-光学显微镜，13-针电极，14-被测试样，15-接地电极

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：