一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置及方法

摘要

本申请公开了一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置及方法，用以解决光纤耐压测试时难以将其固定在电极上，难以准确获取两电极之间光纤长度的技术问题。装置包括：圆柱形腔体、圆柱形底座；圆柱形腔体具有第一端部和第二端部，两个端部分别连接圆柱形底座；圆柱形底座包括若干撑条，连接于圆柱形底座与圆形金属板之间，以支撑圆形金属板；圆形金属板中心位置设有第一光纤通孔，以接入待测光纤；圆形金属板连接电压源，同时通过圆柱形连接块连接电极；电压源用于提供测试电压，电极用于固定待测光纤。本申请通过上述装置的光纤通孔可以将待测光纤从上下两个电极中穿过，不仅实现了光纤在电极上的固定，同时实现了两个电极之间光纤长度的测量。

说明书

技术领域

本申请涉及光纤测试技术领域，尤其涉及一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置及方法。

背景技术

油浸式电力变压器的稳定运行关系着电网系统的安全运行。现有技术中大多采用光纤传感技术对变压器的状态进行全方位的检测，但光纤嵌入变压器后长期承受着电应力作用，通过光纤感知变压器状态参量的前提是光纤能够耐受电场的作用。因此，需要对光纤在变压器绝缘油中的耐压性能进行测试。

但传统的板-板、针-板等电极结构，在对光纤的耐压性能进行测试时，具有一定的局限性。由于传统的针电极、板电极或者球电极的表面较为平整，且光纤具有纤长、柔软等特点，因此，在对光纤进行耐压性能测试时，难以将光纤固定在电极上。另外，由于大多数电极处于水平放置的状态，这就使得两个电极之间的光纤长度难以被准确获取，进而给光纤击穿电压的测试造成了巨大的困难。

发明内容

本申请实施例提供了一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置及方法，用以解决使用现有的电极结构对光纤的耐压性能进行测试，难以将光纤固定在电极上，同时难以准确获取两个电极之间光纤长度的技术问题。

一方面，本申请实施例提供了一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置，包括：圆柱形腔体、圆柱形底座；圆柱形腔体具有第一端部和第二端部，第一端部设有与圆柱形腔体连通的第一开口，第二端部设有与圆柱腔体连通的第二开口；圆柱形腔体的第一端部和第二端部分别连接圆柱形底座；圆柱形腔体的高度大于圆柱形底座的高度；圆柱形底座包括若干撑条、圆形金属板；其中，若干撑条连接于圆柱形底座与圆形金属板之间，用于支撑圆形金属板；圆形金属板的中心位置设有第一光纤通孔，以接入待测光纤；待测光纤的两端分别压实于两个圆形金属板上，且两个圆形金属板分别接入电压源的高压端与低压端；圆形金属板通过圆柱形连接块连接电极；其中，电压源用于为待测光纤提供测试电压，电极用于固定待测光纤。

本申请实施例提供的一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置，采用圆柱形腔体以及圆柱型底座，使得该电极装置内各处的表面均为圆弧状，能够起到均匀电场的作用，避免了突出的毛刺或者不规则形状所带来的电场畸变，同时避免了待测光纤击穿前发生放电现象，为待测光纤耐压性能的准确测试提供了保障。再者，本申请实施例中的电极装置，通过在圆形金属板、圆柱形连接块上设置光纤通孔，以将光纤从上底座连接的电极引入，下底座连接的电极引出，实现了电极与待测光纤的有效固定，保证了待测光纤在耐压性能测试过程中不会出现松动的情况，从而避免了不确定因素。另外，本申请实施例中的待测光纤在电极装置中可以被拉直，因此，本申请实施例提供的电极装置可以准确的测量两个电极之间的光纤长度，减少了光纤耐压性能测试的分散性，有利于更精确的计算出待测光纤所处的电场强度，为光纤耐压特性的分析提供了有力的技术支撑。

在本申请的一种实现方式中，若干撑条均匀分布于圆柱形底座上；撑条的数量不小于三根；撑条的材质为聚四氟乙烯；撑条的一端固定连接于圆柱形底座的内壁上，撑条的另一端固定连接于圆形金属板的外表面。

本申请实施例中利用三根以上的撑条支撑圆形金属板，不仅可以保证稳定的支撑作用，同时能够预留出足够的空隙，当电极装置浸放于绝缘油中时，便于待测光纤快速、充分的浸入绝缘油。另外，撑条的材质采用聚四氟乙烯，其化学性质较为稳定，能够避免圆形金属板与圆柱形腔体二者之间的电位相等而出现的上下电极之间无电位差的现象。

在本申请的一种实现方式中，圆形金属板位于圆柱形底座的中心位置；圆形金属板的直径小于圆柱形底座的直径；圆柱形连接块位于圆形金属板的中心位置，且圆柱形连接块与圆形金属板为一体成型结构；圆柱形连接块通过外表面的螺纹结构连接电极。

本申请实施例中，采用螺纹连接方式将电极安装于圆柱形底座上，在需要更换电极时，只需要将当前电极拆卸下来，即可重新安装所需的电极结构，便于电极的更换。另外，通过沿电极与圆柱形连接块之间的螺纹旋转电极，可以起到调整上下两个电极之间距离的作用，进而便于研究不同长度下待测光纤的耐压性能。

在本申请的一种实现方式中，圆柱形连接块的中心位置设有第二光纤通孔；第二光纤通孔的直径与第一光纤通孔的直径相等，以接入待测光纤。且第一光纤通孔或者第二光纤通孔的直径，大于待测光纤的直径。

本申请实施例中光纤通孔的直径略大于待测光纤的直径，可以避免待测光纤与圆柱形底座紧密接触，进而保证待测光纤能够快速的浸没于绝缘油中。

在本申请的一种实现方式中，电极的类型包括针电极、球电极、板电极；电极的中心位置设有光纤通孔，以便固定待测光纤，进而便于两电极之间待测光纤长度的测量；电极的上表面设有圆柱形凹槽；圆柱形凹槽的深度与圆柱形连接块的高度相等，凹槽的直径与圆柱形连接块的直径相等；圆柱形凹槽的内壁设有螺纹结构，以便通过该凹槽与圆柱形连接块连接；球电极或者板电极的直径小于圆柱形腔体的直径，以使圆柱形腔体能够容纳所有结构类型的电极。

在本申请的一种实现方式中，圆柱形底座为镂空形状，便于电极装置无论是在垂直放置还是水平放置的情况下，都能完全浸没于绝缘油中；圆柱形底座为一体成型结构；圆柱形底座的内壁上设有螺纹结构，以通过螺纹结构与圆柱形腔体连接，便于将圆柱形底座在圆柱形腔体上拆卸下来，进而便于电极的更换与拆卸。

在本申请的一种实现方式中，圆柱形腔体为金属圆柱形腔体；金属的材质为铜。本申请实施例中的圆柱形腔体采用铜材质，不易变形，保证了电极装置的耐用性及安全性。

另一方面，本申请实施例还提供了一种适用于光纤耐压性能测试的方法，利用上述的一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置。方法包括：确定第一电极的结构类型与尺寸以及第二电极的结构类型与尺寸；将第一电极通过螺纹安装于第一圆柱形底座上，以及将第二电极通过螺纹安装于第二圆柱形底座上；将第一圆柱形底座与第二圆柱形底座分别安装于圆柱形腔体的上下两端；通过第一圆柱形底座上的光纤通孔以及第二圆柱形底座上的光纤通孔，接入待测光纤。

在本申请的一种实现方式中，在将第一电极通过螺纹安装于第一圆柱形底座上，以及将第二电极通过螺纹安装于第二圆柱形底座上之前，方法还包括：根据待测光纤的直径，确定光纤通孔的直径；基于光纤通孔的直径，确定第一圆柱形底座以及第二圆柱形底座。

本申请实施例提供的光纤耐压性能测试方法中，根据待测光纤的直径，选取合适的光纤通孔直径，进而确定合适的圆柱形底座。实现了在待测光纤的直径较大时，选取光纤通孔较大的圆柱形底座，以及在待测光纤的直径较小时，选取光纤通孔较小的圆柱形底座，以避免光纤与底座紧密接触，进而便于待测光纤快速地浸没于绝缘油中。

在本申请的一种实现方式中，第一电极的结构类型至少包括以下任一项：针电极、板电极以及球电极；第二电极的结构类型至少包括以下任一项：针电极、板电极以及球电极；球电极及电极的直径小于圆柱形腔体的直径；第一电极或者第二电极的中心位置设有光纤通孔，便于固定待测光纤。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

油浸式电力变压器是我国电力系统中广泛使用的重要设备之一，其稳定运行对电网系统安全可靠性具有非常重要的意义。因此，及时掌握电力变压器的运行状况，对其进行多参量的在线检测，获得全量状态感知，对实现泛在物联网建设、提高电力系统安全稳定性是必不可少的环节。

光纤传感技术因其无源性、多物理敏感、精度高、抗干扰性强、响应速度快、可实现分布式测量等众多优势，已逐渐被应用于各个领域，拥有较为成熟的技术及应用基础，而其在电力变压器状态检测方面的应用也具有广泛的前景。基于多场光纤传感的电力变压器状态智能感知技术是解决电力变压器在线状态实时感知的一个重要发展方向，是实现电力变压器泛在状态感知的必然要求，具有显著的研究意义和应用价值。

但光纤传感技术在应用于电力变压器状态检测时，也存在一定的局限性。一方面，光纤传感及信号传输器件在油浸式变压器内受到多场应力的作用，当安装较多光纤传感器件时，就容易因为安装或布设不当，导致信号传输干扰或中断，甚至发生光纤传感器件损毁，最终影响了光纤传感系统的可靠性。另一方面，光纤传感及信号传输器件的引入，在一定程度上改变了变压器内部油纸绝缘系统的可靠性和稳定性，给变压器的安全稳定运行带来风险。然而，少有研究者对光纤传感器件内嵌在油浸式电力变压器中的安全性进行系统的测试。现有技术也没有对光纤布设的专门设计，也没有一个通用的行业规范和标准可循。光纤内嵌入变压器后长期承受着电应力的作用，通过光纤感知变压器状态参量的前提是光纤能过耐受电场的作用。为了研究光纤的耐压性能，需要对光纤实施交流击穿、直流击穿、雷电冲击击穿以及操作冲击击穿等试验。而板-板、针-板等电极结构是进行耐压实验的关键装置，可用于研究光纤在变压器油中的耐压性能。

但在光纤击穿实验中，不同的电极结构如板-板电极等结构可以形成均匀度不同的电场以便于实施所需要的实验。但是这些电极结构常用于气体、液体、以及形状较为规则的固体材料(如硅橡胶片等)。而裸光纤的直径约为0.2mm，带护套的光纤直径一般在1.5-3mm之间。较小的直径是光纤具有纤长、柔软等特点，然而这些特点也给耐压实验造成了以下困难：

(1)难以将光纤固定在电极上。无论针电极、板电极还是球电极，其表面均较为平整，而光纤由于本身纤长的特点，无法利用极板沿其纵向挤压从而达到固定的目的。利用其它粘合剂介质，如胶带等在绝缘油中无法起到粘合的作用；利用环氧树脂等化学物质进行固化，一方面操作过于繁琐，另一方面会引入新的杂质，对光纤在变压器油中的击穿特性造成影响。

(2)难以准确量取两电极之间的光纤长度。高压电极与接地电极之间的距离是计算击穿场强的重要因素，对光纤击穿电压的测试起着决定性的作用。然而大多数电极结构处于水平放置的状态，光纤由于其柔软的特性，在重力的作用下会向下自然下垂，导致光纤在传统电极之间难以准确测量其长度，这给光纤击穿电压的测试造成了巨大的困难。

本申请实施例提供了一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置及方法，通过圆柱形腔体、圆柱形底座，以及在圆柱形底座上设置的带有光纤通孔的圆形金属板，将光纤固定安装于电极装置中，实现光纤的耐压性能测试过程；通过圆柱形连接块连接电极，将光纤在上下两个电极中穿过，便于对两个电极之间的光纤长度进行测量，同时能够使光纤固定于两个电极上，从而解决了上述现有技术存在的技术问题。

下面通过附图对本申请实施例提出的技术方案进行详细的说明。

图1为本申请实施例提供的一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置。如图1所示，装置包括：圆柱形腔体101、圆柱形底座102；其中，圆柱形腔体101具有第一端部和第二端部，第一端部设有与圆柱形腔体101连通的第一开口，第二端部设有与圆柱腔体101连通的第二开口；圆柱形腔体101的第一端部和第二端部分别连接一个圆柱形底座102，且连接的两个圆柱形底座102结构、尺寸完全相同。

如图1所示，圆柱形腔体101的高度大于圆柱形底座102的高度。且圆柱形腔体的101的第一端部和第二端部的外表面设有螺纹结构，且圆柱形底座102的内壁也设有螺纹结构，且二者的螺纹架构高度相等。因此，在本申请的一个实施例中，圆柱形腔体101与圆柱形底座102之间的连接方式为螺纹连接，以便于圆柱形底座102的拆卸，进而便于后期测试过程中电极的更换与拆卸。

在本申请的另一实施例中，圆柱形腔体101为金属圆柱形腔体，且采用金属的材质为铜，以保证圆柱形腔体101不易变形。圆柱形底座102为镂空状态，以保证本申请实施例中提供的电极装置无论是水平放置还是垂直放置于绝缘油中时，都能使该电极装置完全快速的浸没于绝缘油中。

进一步地，圆柱形底座102包括：若干撑条103、圆形金属板104。

如图1所示，若干撑条103的数量为三根，三根撑条103连接于圆柱形底座102与圆形金属板104之间。撑条103的一端固定连接于圆柱形底座102的内壁上，另一端与圆形金属板104的外表面固定连接，用于支撑圆形金属板104。需要说明的是，本申请实施例中的撑条103与圆形金属板104之间的连接方式可以为凹槽固定连接，也可以将撑条103与圆形金属板104设置为一体成型结构，只要能够使撑条103起到对圆形金属板104的支撑作用即可，本申请实施例对此不作限定。且撑条103与圆柱形底座102之间的固定连接方式也不作限定。

还需要说明的是，本申请实施例中的撑条数量不限于3根，只要能够对圆形金属板104起到一定的支撑作用即可，本申请实施例对此不作限定。

在本申请的一个实施例中，撑条103的材质采用聚四氟乙烯。聚四氟乙烯的化学性质较为稳定，能够避免圆形金属板104与圆柱形底座102之间出现等电位，进一步造成上下电极之间没有电位差的情况。

如图1所示，圆形金属板104位于圆柱形底座102的中心位置；且圆形金属板104的直径小于圆柱形底座102的直径。另外，圆形金属板104的中心位置设有光纤通孔106，以接入待测光纤108。圆形金属板104通过圆柱形连接块105连接电极107。

进一步地，待测光纤108的两端分别压实于上下两个圆形金属板104上，且两个圆形金属板104别连接电压源109的高压端与低压端。其中，电压源109用于为待测光纤108提供测试电压。具体地，将电压源109两端的夹子分别夹在上下两个圆形金属板104上，同时，使两个夹子夹住圆形金属板104上的待测光纤。由于圆形金属板104具有导电性，进而使得其连接的上下两个电极107具有不同的电位，从而实现为待测光纤提供测试电压的过程。

如图1所示，圆柱形连接块105同轴固定于圆形金属板104的中心位置，且圆柱形连接块105的中心位置也设有光纤通孔，且其直径与圆形金属板104上的光纤通孔106的直径相等。需要说明的是，圆柱形连接块105的直径小于圆形金属板104的直径，且二者的中心在同一条直线上。

进一步地，圆柱形连接块105的外表面设有螺纹结构，以通过螺纹连接电极107，同时便于电极107的更换以及便于调整上下两电极107之间的距离。电极107用于固定上述待测光纤，进而便于确定两电极之间的光纤长度。

需要说明的是，本申请实施例中的圆形金属板104与圆柱形连接块105之间的连接方式可以通过螺纹链接，只需要在圆形金属板104上设置于圆柱形连接块105相适应的螺纹结构即可；也可以在制造圆柱形底座102时，将圆形金属板104与圆柱形连接快105设置为一体成型结构，只要满足二者的圆心在同一条直线上即可，本申请实施例对此不作限定。

还需要说明的是，本申请实施例中使用的电极结构上，均设有与圆柱形连接块105相适应的螺纹结构，以在电极107与圆柱型连接块105之间实现螺纹连接，进而便于电极107的更换与拆卸。同时，电极107的轴心位置上也设有光纤通孔，且该光纤通孔与圆形金属板104上的光线通孔106的直径相等，以便待测光纤108的安装与固定。

在本申请的一个实施例中，光纤通孔106的直径与待测光纤108的直径之差不小于预设阈值，即光纤通孔106的直径大于待测光纤108的直径，以防止待测光纤108与光纤通孔紧密接触，进而便于待测光纤108能够快速、高效的浸没于绝缘油中。

在本申请的另一实施例中，电极107的结构类型包括针电极、球电极以及板电极。且球电极或者板电极的直径小于圆柱形腔体101的直径，进而使得本申请实施例提供的电极装置能够容纳所有的电极类型。

进一步地，本申请实施例使用的电极107的上表面均设有圆柱形凹槽，且该圆柱形凹槽的深度与圆柱形连接块105的高度相等，以及圆柱形凹槽的直径与圆柱形连接块105的直径相等，且圆柱形凹槽的内壁上设有螺纹结构，以在电极107与圆柱形连接块105之间实现螺纹连接。

以上为本申请提供的电极装置实施例，基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种适用于光纤耐压性能测试的方法，利用上述的一种适用于光线耐压性能测试的电极装置。

具体地，方法包括：首先，确定第一电极的结构类型与尺寸以及第二电极的结构类型与尺寸。在本申请的一个实施例中，第一电极的结构类型至少包括以下任一项：针电极、板电极以及球电极；第二电极的结构类型至少包括以下任一项：针电极、板电极以及球电极。另外，球电极及板电极的直径小于圆柱形腔体的直径；第一电极或者第二电极的中心位置均设有光纤通孔，以便于固定待测光纤。

然后，确定待测光纤的直径，并根据待测光纤的直径选取两个合适的圆柱形底座。具体地，根据待测光纤的直径，选取圆形金属板中的光纤通孔的直径略大于待测光纤直径的圆柱形底座。并将第一电极通过螺纹安装于第一圆柱形底座上，以及将第二电极通过螺纹安装于第二圆柱形底座上。

进一步地，将第一圆柱形底座与第二圆柱形底座分别安装于圆柱形腔体的上下两端。

至此，完成电极装置的组装过程。

然后，通过第一圆柱形底座上的光纤通孔以及第二圆柱形底座上的光纤通孔，插入待测光纤，并将待测光纤拉直。

在本申请的一个实施例中，待测光纤的安装还可以通过以下过程实现：首先将第一圆柱形底座安装于圆柱形腔体的一端，然后将待测光纤的一端插入第一圆柱形底座上的光纤通孔，并将待测光纤的另一端插入第二圆柱形底座的光纤通孔；最后，将第二圆柱形底座与圆柱形腔体连接起来。需要说明的是，将待测光纤插入第二圆柱形底座时，应保证第二圆柱形底座的下表面面向圆柱形腔体，以便于第二圆柱形底座与第二圆柱形腔体安装。

进一步地，将待测光纤的上端引出至第一圆柱形底座的圆形金属板的上表面，接入电压源的高压端。同时将待测光纤的下端引出至第二圆柱形底座的圆形金属板的下表面，接入电压源的低压端。

需要说明的是，在此步骤中，需要将待测光纤两端压实在圆形金属板上，以使待测光纤与圆形金属板紧密接触。另外，还需要使电压源高压端的夹子将圆形金属板与待测光纤的上端夹在一起，以及使低压源的夹子将圆形金属板与待测光纤的下端夹在一起，并且使电压源的低压端接地，用于为待测光纤提供测试电压。

本领域技术人员可以明确的是，在将待测光纤成功与电压源连接之后，即可开始对待测光纤的耐压性能进行测试，向待测光纤施加电压，直至待测光纤断掉，获取此时的电压值，即可得到待测光纤的击穿电压，进而实现对待测光纤耐压性能的测试过程。其具体的实现过程可通过现有的实验研究或者方法实现，本申请实施例在此不作赘述。

综上，本申请实施例提供的一种适用于光纤耐压性能测试的电极装置及方法，具有以下优点：

(1)克服了传统测试电极结构的不足。通过在电极中间设置的中空通道将光纤从上电极引入，下电极引出，保证了待测光纤安装于电极上。在电极装置上下底面处将光纤紧固，保证了待测光纤不会在实验过程中出现松动的情况，从而减少了影响击穿电压测试结果的不确定因素。

(2)可以准确测量出光纤在两电极之间的长度。由于本申请实施例中所提出的这种电极装置能够将待测光纤紧固于电极上，将光纤拉直之后，可以准确测量出光纤在两电极之间的距离，减小了光纤耐压性能测试的分散性，有利于更精确的计算出光纤所处的场强，为光纤耐压特性的分析提供了有力的技术支撑。

(3)可以根据需要任意更换所需要的电极结构。在圆柱形连接块上设有螺纹结构，另外，圆柱形底座与圆柱形腔体之间也存在连接的螺纹。因此，在更换电极时，只需要旋动圆柱形底座将其拆卸下来，然后即可更换所需的电极结构以产生不同均匀程度的电场。

(4)可以调节电极之间的距离。在圆柱形连接块上设有螺纹结构，且此螺纹结构在纵向具有相对较大的长度。因此，通过沿螺纹旋转圆柱形连接块即可起到调节两电极间距离的作用，便于研究不同长度下待测光纤的击穿特性。

(5)电极装置的两个底座分别用三根撑条支撑，不仅可以起到固定中间圆形金属板的作用，还能够预留出足够的的空隙，当电极装置浸入盛放于器皿中的绝缘油中时，便于光纤材料快速充分的浸入绝缘油。且上下圆柱形底座均为镂空状，使得电极装置无论是在垂直放置还是水平放置的情况下，都能完全浸没于绝缘油。

(6)电极装置内部可使电场更加均匀。该电极装置内外各结构处的表面均为圆弧状，避免了突出的毛刺或者不规则形状所带来的电场的畸变，甚至在光纤击穿前发生的放电现象。为光纤耐压性能的准确测试提供了保障。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。