一种电热耦合场下绝缘油粘度测试装置

本发明属于高电压绝缘油性能评价，涉及一种电热耦合场下绝缘油粘度测试装置。

背景技术：

1、油浸式电力变压器作为电力系统的核心设备，其安全稳定运行至关重要，而绝缘油则是承担着绝缘与散热双重功能的关键液态介质。随着全球对可持续发展的日益重视，天然酯绝缘油等环保液体电介质因其优异的生物降解性和低毒性，逐渐成为传统矿物绝缘油的替代品，得到了广泛的学术关注与工程应用探索。在此背景下，准确评价绝缘油的性能，特别是其流变特性——即油品在流动过程中的粘度变化行为，成为影响变压器热管理效率与长期运行可靠性的关键。

2、然而，变压器内部是一个复杂的多物理场环境，绝缘油不仅处于特定的温度场中，还承受着强烈的电场作用。现有技术的研究进展主要集中在利用流变仪测量油品在不同温度和剪切速率下的粘度，但这些传统方法存在显著的局限性，无法完全模拟真实工况。首先，传统测量忽略了电场这一关键变量，而实际上电场会影响绝缘油中极性分子或添加剂的取向与排列，从而可能改变其粘度等流变特性，导致测量结果无法真实反映油品在电场作用下的实际流动行为。其次，现有技术往往采用较宽的剪切速率范围进行测量，并未针对变压器绕组间油道这一特定场景进行优化，实际上油道中的绝缘油流速缓慢，处于低剪切速率区间，因此传统测量结果与真实工况的相关性不强。此外，传统流变仪在测试过程中容易受到外部环境的干扰，如空气流动和环境温度波动，这对温度敏感的样品测试结果影响显著，且其保护措施往往不足以应对高压电测试的严格安全要求。

3、然而，在尝试将电场引入流变测试以解决上述问题的过程中，发明人发现了一个更为根本且亟待解决的技术难题：如何向高速旋转的转子稳定、无干扰地施加高压电场。现有的技术方案通常采用导线直接连接或刚性碳刷接触的方式，但均存在致命缺陷：导线直接连接在转子旋转时极易发生缠绕甚至断裂，无法进行连续、稳定的测试；而传统的刚性碳刷接触方式摩擦阻力大，会产生显著的附加扭矩，这对于需要捕捉微弱粘度信号的精密流变仪而言是致命的，它会严重干扰甚至淹没真实的测量数据，导致结果失真。此外，旋转过程中的机械振动容易导致接触点松动，产生电火花或接触电阻不稳定，不仅影响电场的均匀性，更带来了安全隐患。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电热耦合场下绝缘油粘度测试装置，从而解决现有绝缘油流变测试技术因缺乏电场模拟且未针对低剪切速率工况优化，导致测量结果与变压器真实工况相关性差，而在尝试引入电场时，又面临无法在不产生高摩擦干扰和安全隐患的前提下向高速旋转转子稳定施加高压电场的技术难题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种电热耦合场下绝缘油粘度测试装置，包括：

4、测试主体，所述测试主体包括定子和转子，所述定子与所述转子之间形成用于容纳绝缘油样品的测试间隙；

5、电场施加模块，用于向所述测试间隙施加高压电场；

6、所述电场施加模块包括电源和弹簧电极；

7、所述电源的负极与所述定子电连接；

8、所述弹簧电极的一端与所述电源的正极电连接，所述弹簧电极的另一端以弹性抵接的方式接触所述转子，用于在所述转子旋转时向所述转子传输电流。

9、优选的，所述弹簧电极包括导电弹簧本体以及设置于所述导电弹簧本体端部的接触触头，所述接触触头采用银基合金材料制成，所述接触触头的内侧弧面与所述转子的外周面形状相适配。

10、优选的，所述电场施加模块还包括弹性复位件，所述弹性复位件抵接于所述导电弹簧本体的背部，用于向所述弹簧电极提供朝向所述转子轴心的预紧力，以补偿所述转子旋转过程中的径向跳动。

11、优选的，所述弹簧电极的数量为多个，多个所述弹簧电极沿所述转子的周向均匀分布。

12、优选的，相邻两个所述弹簧电极之间呈120度或180度夹角设置。

13、优选的，所述测试装置还包括温控组件，所述温控组件包括包裹于所述定子外部的加热套以及嵌入所述定子内部的温度传感器，所述加热套与所述温度传感器配合以控制所述测试间隙内的温度恒定。

14、优选的，所述测试装置还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩由金属网格或金属板制成，所述屏蔽罩罩设于所述测试主体的外部并接地，用于屏蔽外界电磁场对所述测试间隙的干扰。

15、优选的，所述测试装置还包括数据采集单元，所述数据采集单元分别与所述电场施加模块及所述测试主体连接，用于同步采集电压、电流、扭矩及转速信号。

16、优选的，所述转子的表面经过抛光处理，所述抛光处理为电解抛光或化学抛光，经抛光处理后，所述转子与所述绝缘油样品接触的表面粗糙度ra小于0.8μm。

17、优选的，所述测试间隙的厚度为0.5mm~2mm。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

19、本发明公开一种电热耦合场下绝缘油粘度测试装置，本发明通过构建包含定子与转子的测试主体，并在两者之间形成测试间隙，配合电场施加模块，成功将高压电场引入绝缘油流变测试中，从而有效弥补了传统技术因缺乏电场模拟而导致测量结果与变压器真实工况相关性差的缺陷。针对在高速旋转工况下引入电场时面临的摩擦干扰与安全隐患难题，本发明采用了弹簧电极作为导电连接介质，将其一端与电源正极相连，另一端以弹性抵接的方式接触转子转轴。这种弹性滑动接触设计替代了传统的刚性碳刷或易缠绕的导线连接方式，不仅大幅降低了接触摩擦力，避免了附加扭矩对微弱粘度信号的干扰，确保了低剪切速率下流变数据的精准捕捉；同时，弹簧的弹性回复力能够自动补偿转子在高速旋转过程中的径向跳动，维持了接触压力的恒定与电场的均匀性，有效防止了因接触松动产生的电火花或接触电阻波动，从而在保障高压测试安全性的前提下，实现了向高速旋转转子稳定、无干扰地施加高压电场，全面提升了测试装置的环境稳定性与数据可靠性。

20、进一步的，所述弹簧电极包括导电弹簧本体以及设置于所述导电弹簧本体端部的接触触头，所述接触触头采用银基合金材料制成，所述接触触头的内侧弧面与所述转子的外周面形状相适配，银基合金具有极佳的导电性和耐磨性，能有效降低接触电阻，减少通电发热，延长电极使用寿命；而弧面适配设计显著增加了电极与转子之间的接触面积，相比于点接触，面接触能大幅降低接触压强，防止在高速旋转中刮伤转子表面，同时保证了电流传输的连续性和稳定性，减少了接触噪声。

21、进一步的，所述电场施加模块还包括弹性复位件，所述弹性复位件抵接于所述导电弹簧本体的背部，用于向所述弹簧电极提供朝向所述转子轴心的预紧力，以补偿所述转子旋转过程中的径向跳动，转子在高速旋转时不可避免地会产生微小的径向跳动或震动，弹性复位件提供的持续预紧力能够实时补偿这种位移变化，确保弹簧电极始终紧密贴合转子表面，防止因瞬间脱离接触而产生的电弧放电或信号中断，从而极大提升了高压电场施加的可靠性和测试数据的有效性。

22、进一步的，所述弹簧电极的数量为多个，多个所述弹簧电极沿所述转子的周向均匀分布，通过多点分布，实现了转子受力的径向平衡。单点接触容易对旋转轴产生侧向推力，导致转子偏心或震动，进而影响流变测试中扭矩测量的精度。均匀分布的设计消除了这种附加的径向力，保证了转子旋转的平稳性，同时也为电流提供了多条并联通路，降低了整体接触电阻。

23、进一步的，相邻两个所述弹簧电极之间呈120度或180度夹角设置，120度对应三点对称支撑，180度对应两点对称支撑，这种特定的几何布局能够最大限度地抵消各个方向的径向分力，确保转子在旋转过程中始终保持在定子中心，保证了测试间隙内电场分布的均匀性和流场剪切的稳定性，避免了因转子偏心导致的测量误差。

24、进一步的，所述测试装置还包括温控组件，所述温控组件包括包裹于所述定子外部的加热套以及嵌入所述定子内部的温度传感器，所述加热套与所述温度传感器配合以控制所述测试间隙内的温度恒定，绝缘油的流变特性（如粘度）对温度极其敏感。该组件能够精确模拟变压器在不同负载下的运行温度，并排除环境温度波动对测试结果的干扰。通过闭环控制保持测试间隙温度恒定，确保了在不同电场强度下测得的流变数据具有单一变量性，提高了实验数据的可重复性和科学价值。

25、进一步的，所述测试装置还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩由金属网格或金属板制成，所述屏蔽罩罩设于所述测试主体的外部并接地，用于屏蔽外界电磁场对所述测试间隙的干扰，在高压电场测试环境中，外界电磁干扰极易影响微弱信号的采集（如微小的扭矩变化或漏电流）。屏蔽罩利用法拉第笼原理，有效阻隔了外界电磁波对测试间隙的干扰，同时也防止内部高压电场对外部精密传感器产生耦合干扰，显著提升了信噪比，保证了测量结果的纯净度和准确性。

26、进一步的，所述测试装置还包括数据采集单元，所述数据采集单元分别与所述电场施加模块及所述测试主体连接，用于同步采集电压、电流、扭矩及转速信号，电热耦合场下的流变特性是一个多物理场耦合过程，同步采集确保了在某一特定时刻，电场参数（电压、电流）与流变参数（扭矩、转速）在时间轴上的一一对应，这对于分析电场对绝缘油粘度变化的瞬态响应、迟滞效应以及计算复数粘度至关重要，为深入研究电热耦合机理提供了完整的数据支撑。

27、进一步的，所述转子的表面经过抛光处理，所述抛光处理为电解抛光或化学抛光，经抛光处理后，所述转子与所述绝缘油样品接触的表面粗糙度ra小于0.8μm，在高压电场下，导体表面的微小尖端都可能导致电场集中，引发尖端放电或局部击穿，超低粗糙度的镜面处理消除了表面微观尖刺，均匀了电极表面的电场分布，显著提高了装置的耐压水平，防止绝缘油在未达到预定场强前发生击穿；同时，光滑表面减少了流体边界层的扰动，保证了流变剪切的层流状态。

28、进一步的，所述测试间隙的厚度为0.5mm~2mm，这一范围是基于流变测试灵敏度与电场施加安全性的平衡选择。间隙过小（<0.5mm）会导致加工装配难度极大且容易发生电极短路击穿；间隙过大（>2mm）则需要极高的电压才能达到变压器内部常见的强电场强度，且会降低流变测量的灵敏度。该范围确保了装置既能产生足够强的电场，又能保证测量的精度和运行的安全性。