CN108387827A - 一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置及方法，装置包括工频电源、谐波电源、工频谐波叠加装置、相位选择装置及电树枝老化实验装置，工频电源为50Hz交流高压电源，幅值为1至100kV,所述谐波电源为3、5、7、9次谐波发生装置，电压为1至100kV可调，工频谐波叠加装置由保护电阻和耦合电容组成，可实现工频电压与谐波电压的叠加从而产生复合电压，相位选择装置可选择两种电压开始叠加的相位；电树枝老化装置为电树枝老化实验平台，可实现电树枝加速老化试验，由针电极、被测试样和接地板组成。通过本装置可实现两种电压的真实叠加，更接近工程实际，可有效反映电缆内部电压情况，为电缆绝缘设计及运行提供实验和理论依据。

Description

一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及电缆绝缘材料在工频及谐波共同作用条件下的电树枝特性的研究领域，具体是一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置及方法。

背景技术

高压电缆是电网发展的重心之一，尤其在城市电网建设中，高压电缆的使用量逐年增加，有效解决了城市供电问题且节约了宝贵的土地资源。由于不同绝缘材料介电常数的差异导致绝缘内部电场易产生畸变且制作过程中可能存在绝缘缺陷，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，而这些模型多数依赖于工频(50Hz)电压下的电树枝实验。在实际的运行工况下，电缆线路中存在大量的谐波，这些谐波电压会叠加于工频电压之上，共同作用于电缆绝缘，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工频-谐波叠加复合场下电树枝的研究，其起始、生长机理尚不明确，严重制约了电缆技术的发展。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置及方法，利用工频电压与谐波电压的耦合，使两种电压共同施加于被测试样，产生工频-谐波复合场，检测此电场下电缆绝缘的电树枝特性，较之已有测试方案，实现了两种电压的真实叠加，更接近工程实际，可有效反映电缆内部电压情况，为电缆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：

一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置，包括工频电源、谐波电源、工频谐波叠加装置、相位选择装置及电树枝老化实验装置，所述工频电源为50Hz交流高压电源，幅值为1至100kV,所述谐波电源为3、5、7、9次谐波发生装置，电压为1至100kV可调，所述工频谐波叠加装置由保护电阻和耦合电容组成，可实现工频电压与谐波电压的叠加从而产生复合电压，所述相位选择装置可选择两种电压开始叠加的相位；所述电树枝老化装置为电树枝老化实验平台，可实现电树枝加速老化试验，由针电极、被测试样和接地板组成。

进一步的，所述相位选择装置的相位调节范围为0°到360°；所述电树枝老化实验装置可用于任一绝缘材料的电树枝老化实验。

进一步的，所述工频电源和谐波电源均设有电压放大器。

一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试方法，包括以下步骤：

1)将针电极预置于被测试样内，置于接地板上并连接电源线及接地线，针电极与接地板的距离为2-4mm；

2)调节工频电源至设定值；

3)调节谐波电源至设定值；

4)通过相位选择装置设定开始叠加的相位并使两种高压信号进行叠加；

5)观测是否有电树枝生成并记录电树枝形态。

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交流电缆绝缘内电树枝特征的测试，更加接近工程实际，与单纯施加工频电压或单纯施加谐波电压有明显不同；可以准确揭示工频-谐波电压复合场下的电缆绝缘电树枝生长机理，为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工频-谐波复合电压示意图。

附图标记：1-工频电源，2-谐波电源，3-工频电压放大器，4-谐波电压放大器，5-相位选择装置，6-保护电阻，7-耦合电容，8-保护电阻，9-针电极，10-被测试样，11-接地板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

本实施案例提供的工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置各部分详细功能如下：

本发明工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置，包括工频电源1、谐波电源2、工频谐波叠加装置、相位选择装置5及电树枝老化实验装置。

工频电压放大器3的作用是将工频电源1发出的工频交流信号进行放大至设定值并将这一高压工频信号输出；谐波电压放大器4的作用是将谐波电源2发出的谐波信号进行放大，并将放大后的高压谐波信号输出；工频电压放大器3的输出电压范围为0至100kV，谐波电压放大器4的输出电压范围为0至100kV。本实施例中工频电压放大器3、谐波电压放大器4采用武汉三鑫华泰的YD-50kVA/100kV，谐波电源2采用欧阳华斯OYHS-9800。

工频谐波叠加装置由保护电阻6、耦合电容7和保护电阻8组成；所述电树枝老化实验装置由针电极、被测试样和接地板组成。

相位选择装置5的作用是选择谐波高压信号与工频高压信号的叠加相位，选择相位后根据设定值将两者信号叠加，两种高压信号通过耦合电容7进行叠加并输出图2所示的叠加电压信号。保护电阻8及保护电阻6的作用是保护工频电压放大器及谐波电压放大器。

通过图1所示的测试装置，进行测试的具体步骤如下：

1.将针电极9预置于电缆绝缘被测试样10内，置于测试单元中的接地板11上并连接电源线及接地线，针电极与接地板11的距离为2-4mm。

2.调节工频电源1至设定值。

3.调节谐波电源2至设定值。

4.通过相位选择装置5设定开始叠加的相位并使两种高压信号进行叠加。

5观测是否有电树枝生成并记录电树枝形态。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置，其特征在于，包括工频电源、谐波电源、工频谐波叠加装置、相位选择装置及电树枝老化实验装置，所述工频电源为50Hz交流高压电源，幅值为1至100kV,所述谐波电源为3、5、7、9次谐波发生装置，电压为1至100kV可调，所述工频谐波叠加装置由保护电阻和耦合电容组成，可实现工频电压与谐波电压的叠加从而产生复合电压，所述相位选择装置可选择两种电压开始叠加的相位；所述电树枝老化装置为电树枝老化实验平台，可实现电树枝加速老化试验，由针电极、被测试样和接地板组成。

2.根据权利要求1所述一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置，其特征在于，所述相位选择装置的相位调节范围为0°到360°；所述电树枝老化实验装置可用于任一绝缘材料的电树枝老化实验。

3.根据权利要求1所述一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置，其特征在于，所述工频电源和谐波电源均设有电压放大器。

4.一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将针电极预置于被测试样内，置于接地板上并连接电源线及接地线，针电极与接地板的距离为2-4mm；

2)调节工频电源至设定值；

3)调节谐波电源至设定值；

4)通过相位选择装置设定开始叠加的相位并使两种高压信号进行叠加；

5)观测是否有电树枝生成并记录电树枝形态。