[发明专利]不同温度及气体中气固表面聚积电荷模拟实验系统和方法

摘要

本发明针对现有高压SF6环境下绝缘子表面聚积电荷模拟装置的不足，提供一种不同温度及气体中气固表面聚积电荷模拟实验系统和方法，能够精确控制试验电极的温度，模拟不同温度下绝缘子表面电荷的聚积状况，探究绝缘子表面电荷分布对其沿面闪络电压的影响，为绝缘子表面电荷聚积现象的深入研究提供可靠的实验基础。

主权项

一种不同温度及气体中气固表面聚积电荷模拟实验系统进行实验的方法，其特征在于，采用的实验系统包括：主壳体(8)、侧向壳体(9)、上平行板电极(7)、下平行板电极(25)、静电测量探头(20)、高速高压静电电位计(47)、电晕针(510)、加热系统、实验电路；所述主壳体(8)是上、下端均敞口的中空圆柱筒，所述侧向壳体(9)是一端敞口、另一端封闭的中空圆柱筒；所述侧向壳体(9)的敞口端连接在主壳体(8)的筒壁上；所述主壳体(8)的筒壁开有通孔，所述侧向壳体(9)的敞口端与所述主壳体(8)筒壁上的通孔连通；所述电晕针(510)的一端穿入所述主壳体(8)的筒壁、另一端露在所述主壳体(8)的外部；所述主壳体(8)的上端敞口通过上盖板(5)密封；所述上盖板(5)嵌入高压套管(1)；所述高压套管(1)是一个上下端均封闭的中空的圆柱筒，其筒体上开有上进出气口(2)；所述高压套管(1)的上、下端开有供高压导电杆(4)穿过的通孔；所述高压导电杆(4)上端连接高压电源、下端穿过高压套管(1)进入所述主壳体(8)的内腔；所述上平行板电极(7)位于主壳体(8)的内腔之中；上平行板电极(7)的下表面水平、上表面与所述高压导电杆(4)的下端连接连接；所述主壳体(8)的下端敞口通过下盖板(10)密封；所述下盖板(10)上开有下进出气口(30)；所述下盖板(10)上开有供纵向旋转轴(26)穿过的通孔、供第一纵向光杆(27)穿过的通孔和供第二纵向光杆(28)穿过的通孔；所述纵向旋转轴(26)、第一纵向光杆(27)和第二纵向光杆(28)均垂直于水平面，纵向旋转轴(26)位于第一纵向光杆(27)和第二纵向光杆(28)之间；第三步进电机(42)、第四步进电机(43)和第五步进电机(44)安装在所述下盖板(10)的下方；所述下平行板电极(25)位于主壳体(8)的内腔之中，且位于所述上平行板电极(7)的下方；被测试件位于所述下平行板电极(25)的上表面与上平行板电极(7)的下表面之间；所述下平行板电极(25)接地；所述下平行板电极(25)具有贯穿其上下表面的通孔；所述纵向旋转轴(26)的上端先穿过下盖板(10)并伸入到主壳体(8)的内腔之中，再穿过所述下平行板电极(25)上的通孔后，与所述被测试件的下端固定连接；所述纵向旋转轴(26)的下端与第五步进电机(44)的转轴连接，通过第五步进电机(44)带动所述纵向旋转轴(26)及其所述被测试件旋转；所述第五步进电机(44)和纵向旋转轴(26)，及连接在纵向旋转轴(26)上端的被测试件，由第六步进电机(56)带动升降；所述第一纵向光杆(27)和第二纵向光杆(28)的上端穿过下盖板(10)并伸入到主壳体(8)的内腔之中后，固定连接在所述下平行板电极(25)的上表面；所述第一纵向光杆(27)由第三步进电机(42)带动升降；所述第二纵向光杆(28)由第四步进电机(43)带动升降；所述静电测量探头(20)位于侧向壳体(9)的内腔之中；所述静电测量探头(20)通过信号传输线(22)与高速高压静电电位计(47)连接；通过第一步进电机(14)控制静电测量探头(20)与水平面的夹角；通过第二步进电机(16)控制静电测量探头(20)与所述被测试件之间的距离；所述第一步进电机(14)和第二步进电机(16)安装在侧向壳体(9)的外部；温控系统包括发热体(520)、温度传感器(530)和温度控制装置(560)；所述发热体(520)和温度传感器(530)安装在下平行板电极(25)的下表面；所述温度控制装置(560)用于控制所述发热体(520)的温度；所述实验电路包括调压器(T1)、无晕试验变压器(T2)、高压硅堆(D)、无局放保护电阻(R3)、滤波电容器(C)、电阻分压器(R)和静电电压表(V)；所述调压器(T1)的一次侧接入市电；所述调压器(T1)的二次侧与无晕试验变压器(T2)的一次侧连接；所述无晕试验变压器(T2)的二次侧之间依次串联高压硅堆(D)、无局放保护电阻(R3)和电阻分压器(R)；所述电阻分压器(R)与无晕试验变压器(T2)的二次侧连接的一端接地；所述滤波电容器(C)并联在所述电阻分压器(R)的两端；所述静电电压表(V)用于检测实验时加在电阻分压器(R)上的电压；还包括第一导线(L1)和 第二导线(L2)；实验时：所述第一导线(L1)的一端连接电阻分压器(R)的高压端、另一端连接高压导电杆4；所述第二导线(L2)的一端连接电阻分压器(R)的高压端、另一端连接电晕针(510)；实验的方法包括以下步骤：1)将作为被测试件的绝缘子固定在所述纵向旋转轴的上端，安装好所述高压套管、主壳体和侧向壳体；检查所述高压套管、主壳体和侧向壳体的气密性；向主壳体中冲入具有压力的气体；2)通过调节绝缘子运动控制系统，使得绝缘子上端与上平行板电极良好接触、下端与所述下平行板电极良好接触；3)通过加热系统，利用发热体加热下平行板电极，使绝缘子表面温度到达实验设定值T并维持不变；4)通过手动控制，将电晕针伸入罐体内部，接近绝缘子侧表面，使其到达电晕作用位置；接着对电晕针施加正/负极性高压U，利用电晕针针尖处产生的电晕使绝缘子表面聚积电荷；经过一段时间t后，停止对电晕针施加电压，并将电晕针退回到主罐体内部边缘位置；5)使上平行板电极和下平行板电极与被测绝缘子分离，并让静电测量探头对绝缘子的表面电荷进行扫描测量；6)使静电测量探头退回到侧向壳体中，绝缘子上、下端重新和上、下平行板电极良好接触；7)采用逐步升压法，对绝缘子两端施加电压，直到绝缘子发生沿面闪络，得到闪络电压值V；8)将绝缘子从罐体中取出，利用无水乙醇擦洗其表面，完全消除其表面电荷，重复进行步骤1)～7)，其中，改变步骤3)的实验设定温度值T；9)根据步骤5)获得的结果，得到不同温度下绝缘子表面聚积电荷的分布信息；根据步骤7)获得的结果，得到不同温度下绝缘子沿面闪络电压值。