不同溫度及氣體中氣固表面聚積電荷模擬實驗系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明針對現(xiàn)有高壓SF6環(huán)境下絕緣子表面聚積電荷模擬裝置的不足，提供一種不同溫度及氣體中氣固表面聚積電荷模擬實驗系統(tǒng)和方法，能夠精確控制試驗電極的溫度，模擬不同溫度下絕緣子表面電荷的聚積狀況，探究絕緣子表面電荷分布對其沿面閃絡電壓的影響，為絕緣子表面電荷聚積現(xiàn)象的深入研究提供可靠的實驗基礎。
【專利說明】不同溫度及氣體中氣固表面聚積電荷模擬實驗系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于高電壓設備與電子技術模擬實驗領域。
【背景技術】
[0002]氣體絕緣封閉開關設備(簡稱GIS)以其絕緣強度高、占地面積少、不受外界環(huán)境影響、檢修周期長和維護量少等優(yōu)勢在我國電力系統(tǒng)中得到廣泛應用。與交流GIS相比，絕緣子表面電荷聚積一直是影響直流GIS大量實用化的關鍵技術難題之一。在直流高壓作用下，GIS內(nèi)部絕緣子表面容易積聚電荷，而積聚的電荷可能畸變絕緣子沿面原有的電場分布，導致絕緣子絕緣特性的嚴重下降，引起絕緣故障。隨著我國直流高壓輸電工程的快速發(fā)展，直流GIS的重要性日趨明顯，因此很有必要就此方面展開深入的研究，以便促進直流GIS的研發(fā)。
[0003]在不同負載下，正常運行的GIS內(nèi)部母線溫度的變化范圍為20?105°C。隨著母線溫度的變化，與之緊密接觸的絕緣子表面溫度也會隨之改變，進而導致絕緣子體積電導率、表面電導率以及介電常數(shù)的改變。據(jù)研究表明，影響GIS內(nèi)部絕緣子表面電荷聚積和消散的主要因素為:絕緣子的介電常數(shù)、絕緣子的體積電阻率、絕緣子的表面電阻率，絕緣子溫度的變化可能導致其絕緣特性的嚴重下降。同時，國內(nèi)外學者關于溫度對絕緣子表面電荷動態(tài)特性及其閃絡電壓的影響還鮮有研究，因此急需開展不同溫度下絕緣子表面聚積電荷的實驗研究。
[0004]目前，對于絕緣子表面聚積電荷現(xiàn)象的研究，國內(nèi)外學者大多還停留在實驗階段，所采用的實驗裝置也存在許多不足之處，如:(I)絕緣子模型多采用便于測量的薄片圓柱形，實驗多在低壓大氣中進行，而這些與氣體絕緣設備內(nèi)部實際的絕緣情況嚴重不符；(2)表面電荷測量系統(tǒng)只能掃描測量形狀固定單一的絕緣子模型，不便于開展大量的實驗研究；(3)實驗裝置無溫度控制系統(tǒng)，不能對絕緣子的溫度進行控制，進而不能開展不同溫度下絕緣子表面聚積電荷的實驗研究。為了深入地研究絕緣子表面電荷聚集現(xiàn)象，找出不同溫度下絕緣子表面聚積電荷的情況，進而縮短直流氣體絕緣設備的研制周期，促進直流GIS的實用化，很有必要對現(xiàn)有的表面電荷測量系統(tǒng)進行多方面的改進，使其能夠模擬GIS母線在不同溫度下絕緣子表面聚積電荷的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有高壓SF6環(huán)境下絕緣子表面聚積電荷模擬裝置的不足，提供一種模擬GIS母線在不同溫度及氣體中氣固表面聚積電荷模擬實驗系統(tǒng)，能夠精確控制試驗電極的溫度，模擬不同溫度下絕緣子表面電荷的聚積狀況，探究絕緣子表面電荷分布對其沿面閃絡電壓的影響，為絕緣子表面電荷聚積現(xiàn)象的深入研究提供可靠的實驗基礎。
[0006]為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術方案是這樣的，一種不同溫度及氣體中氣固表面聚積電荷模擬實驗系統(tǒng)，包括主殼體、側(cè)向殼體、上平行板電極、下平行板電極、靜電測量探頭、高速高壓靜電電位計、電暈針、溫控系統(tǒng)、實驗電路。[0007]所述主殼體是上、下端均敞口的中空圓柱筒，所述側(cè)向殼體是一端敞口、另一端封閉的中空圓柱筒。所述側(cè)向殼體的敞口端連接在主殼體的筒壁上。所述主殼體的筒壁開有通孔，所述側(cè)向殼體的敞口端與所述主殼體筒壁上的通孔連通。所述電暈針的一端穿入所述主殼體的筒壁、另一端露在所述主殼體的外部。
[0008]所述主殼體的上端敞口通過上蓋板密封。所述上蓋板嵌入高壓套管。所述高壓套管是一個上下端均封閉的中空的圓柱筒，其筒體上開有上進出氣口。所述高壓套管的上、下端開有供高壓導電桿穿過的通孔。所述高壓導電桿上端連接高壓電源、下端穿過高壓套管進入所述主殼體的內(nèi)腔。所述上平行板電極位于主殼體的內(nèi)腔之中。上平行板電極的下表面水平、上表面與所述高壓導電桿的下端連接連接。
[0009]所述主殼體的下端敞口通過下蓋板密封。所述上蓋板上開有下進出氣口。
[0010]所述下蓋板上開有供縱向旋轉(zhuǎn)軸穿過的通孔、供第一縱向光桿穿過的通孔和供第二縱向光桿穿過的通孔。
[0011]所述縱向旋轉(zhuǎn)軸、第一縱向光桿和第二縱向光桿均垂直于水平面，縱向旋轉(zhuǎn)軸位于第一縱向光桿和第二縱向光桿之間。所述第三步進電機、第四步進電機和第五步進電機安裝在所述下蓋板的下方。
[0012]所述下平行板電極位于主殼體的內(nèi)腔之中，且位于所述上平行板電極的下方。被測試件位于所述下平行板電極的上表面與上平行板電極的下表面之間。所述下平行板電極接地。
[0013]所述下平行板電極具有貫穿其上下表面的通孔。所述縱向旋轉(zhuǎn)軸的上端先穿過下蓋板并伸入到主殼體的內(nèi)腔之中，再穿過所述上平行板電極上的通孔后，與所述被測試件的下端固定連接。所述縱向旋轉(zhuǎn)軸的下端與第五步進電機的轉(zhuǎn)軸連接，通過第五步進電機帶動所述縱向旋轉(zhuǎn)軸及其所述被測試件旋轉(zhuǎn)。所述第五步進電機和縱向旋轉(zhuǎn)軸，及連接在縱向旋轉(zhuǎn)軸上端的被測試件，由第六步進電機帶動升降。
[0014]所述第一縱向光桿和第二縱向光桿的上端穿過下蓋板并伸入到主殼體的內(nèi)腔之中后，固定連接在所述上平行板電極的下表面。所述第一縱向光桿由第三步進電機帶動升降。所述第二縱向光桿由第四步進電機帶動升降。
[0015]所述靜電測量探頭位于側(cè)向殼體的內(nèi)腔之中。所述靜電測量探頭通過信號傳輸線與高速高壓靜電電位計連接。通過第一步進電機控制靜電測量探頭與水平面的夾角。通過第二步進電機控制靜電測量探頭與所述被測試件之間的距離。所述第一步進電機和第二步進電機安裝在側(cè)向殼體的外部。
[0016]所述溫控系統(tǒng)包括發(fā)熱體、溫度傳感器和溫度控制裝置。所述發(fā)熱體和溫度傳感器安裝在下平行板電極的下表面。所述溫度控制裝置用于控制所述發(fā)熱體的溫度。
[0017]所述實驗電路包括調(diào)壓器、無暈試驗變壓器、高壓硅堆、無局放保護電阻、濾波電容器、電阻分壓器和靜電電壓表。所述調(diào)壓器的一次側(cè)接入市電。所述調(diào)壓器的二次側(cè)與無暈試驗變壓器的一次側(cè)連接。所述無暈試驗變壓器的二次側(cè)之間依次串聯(lián)高壓硅堆、無局放保護電阻和電阻分壓器。所述電阻分壓器與無暈試驗變壓器的二次側(cè)連接的一端接地。所述濾波電容器并聯(lián)在所述電阻分壓器的兩端。所述靜電電壓表用于檢測實驗時加在電阻分壓器上的電壓。還包括第一導線和第二導線。實驗時:所述第一導線的一端連接電阻分壓器的高壓端、另一端連接高壓導電桿4。所述第二導線的一端連接電阻分壓器的高壓端、另一端連接電暈針。所述電暈針一端穿過所述第四靜密封座進入罐體內(nèi)，用于人工產(chǎn)生電暈使所述絕緣子表面快速聚積電荷，進而便于開展相關的試驗研究。
[0018]本發(fā)明還公開一種利用上述系統(tǒng)進行實驗的方法，包括以下步驟:
[0019]I)將作為被測試件的絕緣子固定在所述縱向旋轉(zhuǎn)軸的上端，安裝好所述高壓套管、主殼體和側(cè)向殼體；檢查所述高壓套管、主殼體和側(cè)向殼體的氣密性；向主殼體中沖入具有壓力的氣體；
[0020]2)通過調(diào)節(jié)絕緣子運動控制系統(tǒng)，使得絕緣子上端與上平行板電極良好接觸、下端與所述下平行板電極良好接觸。
[0021]3)通過加熱系統(tǒng)，利用發(fā)熱體加熱下平行板電極，使絕緣子表面溫度到達實驗設定值T并維持不變；
[0022]4)通過手動控制，將電暈針伸入罐體內(nèi)部，接近絕緣子側(cè)表面，使其到達電暈作用位置；接著對電暈針施加正/負極性高壓U，利用電暈針針尖處產(chǎn)生的電暈使絕緣子表面聚積電荷；經(jīng)過一段時間t后，停止對電暈針施加電壓，并將電暈針退回到主罐體內(nèi)部邊緣位置；
[0023]5)使上平行板電極和下平行板電極與被測絕緣子分離，并讓靜電測量探頭對絕緣子的表面電荷進行掃描測量；
[0024]6)使靜電測量探頭退回到側(cè)向殼體中，絕緣子上、下端重新和上、下平行板電極良好接觸；
[0025]7)采用逐步升壓法，對絕緣子兩端施加電壓，直到絕緣子發(fā)生沿面閃絡，得到閃絡電壓值V ;
[0026]8)將絕緣子從罐體中取出，利用無水乙醇擦洗其表面，完全消除其表面電荷，重復進行步驟I)?7)，其中，改變步驟3)所述的實驗設定溫度值T ;
[0027]9)根據(jù)步驟5)獲得的結(jié)果，得到不同溫度下絕緣子表面聚積電荷的分布信息；根據(jù)步驟7)獲得的結(jié)果，得到不同溫度下絕緣子沿面閃絡電壓值。
[0028]本發(fā)明采用上述技術方案后，主要有以下效果:
[0029]1、本發(fā)明公開的模擬GIS母線在不同溫度下絕緣子表面聚積電荷的實驗裝置，利用發(fā)熱體對下平行板電極進行加熱，較好地模擬了 GIS母線在不同負載下的發(fā)熱情況，有利于更為真實地模擬不同溫度下絕緣子表面聚積電荷的情況，這將極大地促進直流GIS的研發(fā)和實用。
[0030]2、本發(fā)明提出的表面電荷測量裝置，利用兩套運動控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運作，可以同時實現(xiàn)靜電測量探頭和絕緣子的一種轉(zhuǎn)動和一種平動，保證靜電測量探頭可以逐步掃描測量到待測絕緣子表面的每一個部位，測量速度快、測量精度高。
[0031]3、本發(fā)明裝置中，利用電暈針針尖處產(chǎn)生的電暈，使絕緣子的表面聚積電荷，這種處理方式作用速度快，且利于控制；同時采用電暈法使絕緣子表面帶電能夠較好地控制電荷聚積的位置，有利于后續(xù)開展絕緣子表面電荷聚積部位對其沿面閃絡特性的影響研究。
[0032]4、本發(fā)明裝置能夠承受最高0.4MPa的氣體高壓，同時采用平行平板電極結(jié)構模擬GIS內(nèi)部稍不均勻電場的分布，這將極大地使實驗環(huán)境接近真實GIS，提高實驗數(shù)據(jù)的準確度。
[0033]5、本發(fā)明公開的實驗裝置和實驗方法，能夠完成不同溫度下絕緣子表面聚積電荷情況的實驗，探究不同溫度下絕緣子的沿面閃絡特性，同時利用絕緣子表面聚積電荷對其沿面閃絡過程進行解釋，有利于進一步揭示絕緣子沿面閃絡的機理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖；
[0035]圖2為靜電測量探頭驅(qū)動部分的示意圖(俯視圖)；
[0036]圖3為被測試件驅(qū)動部分的示意圖；
[0037]圖4為下平行板電極的局部仰視圖；
[0038]圖5為低壓加熱電路部分的原理框圖。
[0039]圖中:高壓套管1、上進出氣口 2、第一靜密封座圈3、高壓導電桿4、上蓋板5、第二靜密封座圈6、上平行板電極7、主殼體8、側(cè)向殼體9、下蓋板10、第一動密封座圈11、橫向旋轉(zhuǎn)軸12、第一減速器13、第一步進電機14、橫向滑塊15、第二步進電機16、橫向滾珠絲桿17、橫向?qū)к?8、橫向光桿19、靜電測量探頭20、底部支架21、信號傳輸線22、第三靜密封座圈23、絕緣子24、下平行板電極25、縱向旋轉(zhuǎn)軸26、第一縱向光桿27、第二縱向光桿28、底座29、下進出氣口 30、第一角座31、第二動密封座圈32、第三動密封座圈33、第四動密封座圈34、第二角座35、第一縱向滑軌36、第二縱向滑軌37、第一縱向滑塊38、第二縱向滑塊39、第一縱向滾珠絲桿40、第二縱向滾珠絲桿41、第三步進電機42、第四步進電機43、第五步進電機44、第二減速器45、多功能運動控制器46、高速高壓靜電電位計47、交流電源模塊48、直流電源模塊49、轉(zhuǎn)軸固定架50、主動圓錐齒輪51、從動圓錐齒輪52、齒輪轉(zhuǎn)軸53、探頭架54、第三角座55、第六步進電機56、第三縱向滾珠絲桿57、第三縱向滑軌58、第三縱向滑塊59、第四靜密封座圈500、電暈針510、發(fā)熱體520、溫度傳感器530、發(fā)熱體接線柱540、溫度傳感器接線柱550、溫度控制裝置560、智能數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀570、穩(wěn)壓管580、固態(tài)繼電器590、開關電源60、第三角座61、第六步進電機62、第三縱向滾珠絲桿63、第三縱向滑軌64、第三縱向滑塊65、轉(zhuǎn)軸固定架66、主動圓錐齒輪67、從動圓錐齒輪68、齒輪轉(zhuǎn)軸69、探頭架70。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術思想的情況下，根據(jù)本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0041]實施例1:
[0042]本實施例公開一種不同溫度及氣體中氣固表面聚積電荷模擬實驗系統(tǒng)，包括主殼體8、側(cè)向殼體9、上平行板電極7、下平行板電極25、靜電測量探頭20、高速高壓靜電電位計47、電暈針510、加熱系統(tǒng)、實驗電路。
[0043]所述主殼體8是上、下端均敞口的中空圓柱筒，所述側(cè)向殼體9是一端敞口、另一端封閉的中空圓柱筒。實施例中，所述主殼體8的軸向垂直于水平面，所述側(cè)向殼體9軸向平行于水平面。所述側(cè)向殼體9的敞口端連接在主殼體8的筒壁上。所述主殼體8的筒壁開有通孔，所述側(cè)向殼體9的敞口端與所述主殼體8筒壁上的通孔連通。即上述側(cè)向殼體9罩在主殼體8側(cè)壁上的開口，其結(jié)合處具有氣密性，使得側(cè)向殼體9的內(nèi)腔與主殼體8的內(nèi)腔連通。實施例中，所述主殼體8的形狀為圓筒形,外徑300mm,厚度5mm,高度500mm,材料采用透明效果良好的有機玻璃，便于觀察內(nèi)部的實驗情況。所述側(cè)向殼體9為圓筒形有機玻璃，外徑150_，厚度5_，長度100_，橫向放置并利用有機玻璃粘連工藝與主殼體8側(cè)邊緊密貼合在一起，二者的內(nèi)部連通，氣密性良好。所述主殼體8和側(cè)向殼體9共同構成實驗罐體。所述實驗罐體機構內(nèi)部能夠承受-0.2?+0.4MPa的氣壓。
[0044]所述電暈針510的一端穿入所述主殼體8的筒壁、另一端露在所述主殼體8的外部。實施例中，所述主殼體8筒壁上嵌入第四靜密封座圈500，所述電暈針510(具有針尖的一端)從入第四靜密封座圈500中穿入到主殼體8內(nèi)部。
[0045]所述主殼體8的上端敞口通過上蓋板5密封。所述上蓋板5嵌入高壓套管I。所述高壓套管I是一個上下端均封閉的中空的圓柱筒，其筒體上開有上進出氣口 2。所述高壓套管I的上、下端開有供高壓導電桿4穿過的通孔。所述高壓導電桿4上端連接高壓電源、下端穿過高壓套管I進入所述主殼體8的內(nèi)腔。所述上平行板電極7位于主殼體8的內(nèi)腔之中。優(yōu)選地，所述上蓋板5中心位置處嵌入所述高壓套管I，通過有機玻璃粘連工藝進行緊密粘合，保證高壓套管I的外壁與上蓋板5的接觸處具有很好的氣密性。所述高壓套管I為圓柱形有機玻璃，中心位置嵌入所述高壓導電桿4，高壓導電桿4和高壓套管I接觸處采用第一靜密封座圈3和所述第一靜密封座圈6進行密封，以保證高壓導電桿4穿過高壓套管I后，不影響高壓套管I的密封性。所述第一靜密封座圈3和所述第一靜密封座圈6內(nèi)部可以采用單層O型密封圈技術，使高壓套管I能夠承受3-4個大氣壓的高壓而不泄漏，所述高壓套管I外徑100mm，厚度5mm，高度1000mm，實驗時，其內(nèi)部沖入一定壓力的SF6氣體等絕緣氣體，進一步防止高壓導電桿4與上蓋板5螺栓之間的懸浮電位放電。所述上進出氣口 2位于高壓套管I的上端面，用于高壓套管I內(nèi)部的換取氣，所述下進出氣口 30位于實驗罐體的底部,穿過上蓋板5和底座29，用于實驗罐體內(nèi)部的換取氣。
[0046]上平行板電極7的下表面水平、上表面與所述高壓導電桿4的下端連接連接。實施例中，所述高壓導電桿4為一長度為1300mm，直徑為7mm的圓柱形黃銅導電桿。所述上平行板電極7采用黃銅制成，厚度I Imm,直徑100mm,在所述上平行板電極7上表面的中心位置設置有深度為5mm，直徑為6.5mm的圓柱形螺孔，用于實現(xiàn)上平行板電極7上表面與高壓導電桿4下端之間的連接。
[0047]所述主殼體8的下端敞口通過下蓋板10密封。所述下蓋板10上開有下進出氣口30。實施例中，所述上蓋板5外徑300mm，厚度5mm，材料為有機玻璃。所述下蓋板10外形尺寸和材料與上蓋板5—樣。上蓋板5、下蓋板10和主殼體8連接處具有氣密性。實施例中，是通過螺栓實現(xiàn)上、下蓋板10與主殼體8的緊固，所述螺孔直徑為8mm，通過常用的鑲嵌方式或靜密封技術來保證接觸部位的氣密性。進一步，還包括一個不銹鋼材料制成底座29,其外徑450mm,厚度8mm,放置在整個實驗裝置的底部,并通過螺栓與主殼體8和下蓋板10緊密相連，起著支撐和接地的作用。
[0048]所述下平行板電極25位于主殼體8的內(nèi)腔之中，且位于所述上平行板電極7的下方。被測試件位于所述下平行板電極25的上表面與上平行板電極7的下表面之間。所述下平行板電極25連接高壓電源。實施例中，所述下平行板電極25厚度為I Imm,直徑為100mm,材料為黃銅，在所述下平行板電極25中心處有一直徑8_的通孔，以便于所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26的通過。所述被測試件是絕緣子24，其是由無填充材料的環(huán)氧樹脂制成，形狀為圓臺型，上端面直徑55mm,下端面直徑80mm,高度50mm,在所述絕緣子24下端面中心位置處設有一深度5mm，直徑6.5mm的螺孔，用于和縱向旋轉(zhuǎn)軸26連接，所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26材料為黃銅，直徑6mm,長度300mm,用于帶動絕緣子24做旋轉(zhuǎn)和縱向運動。在所述下平行板電極25的外徑邊緣處有兩個深度5mm，直徑6.5mm的螺孔，用于連接所述第一縱向光桿27和所述第二縱向光桿28,所述第一縱向光桿27和所述第二縱向光桿28均米用黃銅制成,直徑6mm,長度300mm，用于支撐和帶動下平行板電極25。
[0049]實施例中，所述下蓋板10上開有供縱向旋轉(zhuǎn)軸26穿過的通孔、供第一縱向光桿27穿過的通孔和供第二縱向光桿28穿過的通孔。這些通孔與桿體的接觸部位具有氣密性。
[0050]所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26、第一縱向光桿27和第二縱向光桿28均垂直于水平面，縱向旋轉(zhuǎn)軸26位于第一縱向光桿27和第二縱向光桿28之間。所述第三步進電機42、第四步進電機43和第五步進電機44安裝在所述下蓋板10的下方。這樣就使得各個步進電機位于主殼體8外部，提高了整個實驗裝置的安全性。
[0051]所述下平行板電極25位于主殼體8的內(nèi)腔之中，且位于所述上平行板電極7的下方。被測試件位于所述下平行板電極25的上表面與上平行板電極7的下表面之間。實驗時，所述下平行板電極25接地，即所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26、第一縱向光桿27和/或第二縱向光桿28連接接地線。所述上平行板電極7和所述下平行板電極25之間構成一稍不均勻電場，用以模擬SF6氣體絕緣設備內(nèi)部中心導體與低壓電極之間近似的勻強電場。
[0052]所述下平行板電極25具有貫穿其上下表面的通孔。所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26的上端先穿過下蓋板10并伸入到主殼體8的內(nèi)腔之中，再穿過所述上平行板電極7上的通孔后，與所述被測試件的下端固定連接。所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26的下端與第五步進電機44的轉(zhuǎn)軸連接，通過第五步進電機44帶動所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26及其所述被測試件旋轉(zhuǎn)。所述第五步進電機44和縱向旋轉(zhuǎn)軸26，及連接在縱向旋轉(zhuǎn)軸26上端的被測試件，由第六步進電機56帶動升降。
[0053]所述第一縱向光桿27和第二縱向光桿28的上端穿過下蓋板10并伸入到主殼體8的內(nèi)腔之中后，固定連接在所述上平行板電極7的下表面。所述第一縱向光桿27由第三步進電機42帶動升降。所述第二縱向光桿28由第四步進電機43帶動升降。實施例中，第一縱向光桿27的下端連接第一縱向滑塊38，所述第一縱向滑塊38通過第三步進電機42推動或拉動，使其發(fā)生縱向位移。所述第二縱向光桿28的下端連接第二縱向滑塊39，所述第四步進電機43驅(qū)動所述第二縱向滑塊39在豎直方向上運動，使其發(fā)生縱向位移。即使得與第一縱向光桿27和第二縱向光桿28的上端相連的所述下平行板電極25，由第三步進電機42和第四步進電機43帶動升降。
[0054]所述被測試件通過第五步進電機44帶動旋轉(zhuǎn)。所述下平行板電極25通過第三步進電機42和/或第四步進電機43帶動升降。所述第三步進電機42、第四步進電機43和第五步進電機44安裝在所述主殼體8的外部。
[0055]所述靜電測量探頭20位于側(cè)向殼體9的內(nèi)腔之中。所述靜電測量探頭20通過信號傳輸線22與高速高壓靜電電位計47連接。通過第一步進電機14控制靜電測量探頭20與水平面的夾角。通過第二步進電機16控制靜電測量探頭20與所述被測試件之間的距離。所述第一步進電機14和第二步進電機16安裝在側(cè)向殼體9的外部。所述靜電測量探頭20為開爾文震蕩靜電探頭，美國Trek公司生產(chǎn)，型號為3453ST，能夠在高溫、高氣壓、高濕度(最高溫度達100°c，最高氣壓達0.4MPa，最高濕度達95%)的環(huán)境下工作。所述靜電測量探頭20形狀為長方體，長76.2mm,寬11.1mm,高11.8mm,通過所述信號傳輸線22將采集的電荷信息傳遞給所述高速高壓靜電電位計47做進一步數(shù)據(jù)分析和計算，所述信號傳輸線22經(jīng)所述第三靜密封座圈23穿入實驗罐體中，以保證整個罐體的密封性。所述第三靜密封座圈23與第一靜密封座圈3相同。所述高速高壓靜電電位計47為美國Trek公司生產(chǎn)，型號341B，能夠測量的直流或者交流高壓，測量速度快達200us/kV，靈敏度高至0.1 %，所述交流電源模塊48以380kV/50Hz的市電電壓為所述高速高壓靜電電位計47供能。
[0056]參見圖4和5，所述加熱系統(tǒng)包括發(fā)熱體520、溫度傳感器530和溫度控制裝置50。所述發(fā)熱體520和溫度傳感器530安裝在下平行板電極25的下表面。所述溫度控制裝置50用于控制所述發(fā)熱體520的溫度。所述溫度控制裝置50位于主殼體外部，所述發(fā)熱體520和溫度傳感器530通過導線與溫度控制裝置50連接。這些導線與主殼體之間具有氣密性。
[0057]所述實驗電路包括調(diào)壓器Tl、無暈試驗變壓器T2、高壓硅堆D、無局放保護電阻R3、濾波電容器C、電阻分壓器R和靜電電壓表V。所述調(diào)壓器Tl為市購自耦式調(diào)壓器產(chǎn)品，基本參數(shù)為380V/60kVA/140A，其一次側(cè)接入市電380V/50HZ。所述調(diào)壓器Tl的二次側(cè)與無暈試驗變壓器T2的一次側(cè)連接。無暈試驗變壓器T2的額定容量為60kVA，高低壓繞組變比為60kV/400V，額定電流為1.0A/150A，最大局放量小于5pC。所述無暈試驗變壓器T2的二次側(cè)之間依次串聯(lián)高壓硅堆D (用以將交流電整流為直流電)、無局放保護電阻R3(20kQ/100kV，市購產(chǎn)品)和電阻分壓器R。所述電阻分壓器R與無局放保護電阻R3連接的一端為高壓端、另一端為低壓端。所述電阻分壓器R與無暈試驗變壓器T2的二次側(cè)連接的一端(低壓端)接地。所述濾波電容器C(用以減小經(jīng)高壓硅堆3整流后電壓、電流的紋波因數(shù))并聯(lián)在所述電阻分壓器R的兩端。所述靜電電壓表V用于檢測實驗時加在電阻分壓器R上的電壓。實施例中，所述電阻分壓器R包括兩個串聯(lián)的第一電阻Rl和第二電阻R2。所述靜電電壓表V檢測其中一個電阻兩端的電壓，即可得到電阻分壓器R兩端的電壓。實施例中，所述電阻分壓器6的分壓比為1/100，額定電壓為100kV。
[0058]還包括第一導線LI和第二導線L2。實驗時:所述第一導線LI的一端連接電阻分壓器R的高壓端、另一端連接高壓導電桿4。所述第二導線L2的一端連接電阻分壓器R的高壓端、另一端連接電暈針510。
[0059]實施例2:
[0060]一種不同溫度及氣體中氣固表面聚積電荷模擬實驗系統(tǒng)進行實驗的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0061]I)將作為被測試件的絕緣子24固定在所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26的上端。
[0062]安裝好所述高壓套管1、主殼體8和側(cè)向殼體9。檢查所述高壓套管1、主殼體8和側(cè)向殼體9的氣密性。通過上進出氣口 2向所述高壓套管I內(nèi)充入氣體。通過下進出氣口30向所述主殼體8和側(cè)向殼體9內(nèi)充入氣體。實施例中,所述氣體的成分根據(jù)實驗要求確定，一般地，充入0.2?0.3MPa的SF6等絕緣氣體。
[0063]2)通過調(diào)節(jié)絕緣子運動控制系統(tǒng)，使得絕緣子24上端與上平行板電極7良好接觸、下端與所述下平行板電極25良好接觸。即通過調(diào)節(jié)各個步進電機，使得絕緣子24上端與上平行板電極7接觸、下端與所述下平行板電極25接觸。[0064]3)通過加熱系統(tǒng)，利用發(fā)熱體520加熱下平行板電極25，使絕緣子24表面溫度到達實驗設定值T并維持不變；實施例中，T = 20?120°C。
[0065]4)通過手動控制，將電暈針510伸入罐體內(nèi)部，接近絕緣子24側(cè)表面，使其到達電暈作用位置；接著對電暈針510施加正/負極性高壓U(即單獨對電暈針施加電壓，第一導線LI與高壓導電桿4斷開；第二導線L2連接電暈針510)，利用電暈針510針尖處產(chǎn)生的電暈使絕緣子24表面聚積電荷；經(jīng)過一段時間t后,停止對電暈針510施加電壓，并將電暈針510退回到主罐體內(nèi)部邊緣位置。本實施例中，t = 5?30min。
[0066]5)使上平行板電極7和下平行板電極25與被測絕緣子24分離，并讓靜電測量探頭20對絕緣子24的表面電荷進行掃描測量；
[0067]6)使靜電測量探頭20退回到側(cè)向殼體9中，絕緣子24上、下端重新和上、下平行板電極良好接觸；
[0068]7)采用逐步升壓法，對絕緣子24兩端施加電壓，直到絕緣子24發(fā)生沿面閃絡，得到閃絡電壓值V ;即所述高壓導電桿4連接電源(可以通過第一導線LI)，所述下平行板電極25接地。該電壓可以是直流、交流或沖擊。絕緣子發(fā)生沿面閃絡后，撤去絕緣子24兩端的電壓。通過調(diào)節(jié)各個步進電機，使上平行板電極7和下平行板電極25與被測絕緣子24分離。之后，所述上平行板電極7和下平行板電極25均接地。
[0069]8)將絕緣子從罐體中取出，利用無水乙醇擦洗其表面，完全消除其表面電荷，重復進行步驟I)?7)，其中，改變步驟3)所述的實驗設定溫度值T ;
[0070]9)根據(jù)步驟5)獲得的結(jié)果，得到不同溫度下絕緣子表面聚積電荷的分布信息；根據(jù)步驟7)獲得的結(jié)果，得到不同溫度下絕緣子沿面閃絡電壓值。
[0071]進一步地，本實施例的步驟5〕中，通過第二步進電機16帶動靜電測量探頭20進入主殼體8內(nèi)部，并慢慢接近待測絕緣子24側(cè)面到一定的距離。通過第六步進電機56帶動絕緣子的升降，使靜電測量探頭20到達絕緣子24側(cè)面的上邊緣位置，即起始測量位置。通過第一步進電機14調(diào)整靜電測量探頭20的測量角度，使其與絕緣子24表面垂直，并保持一定的距離。本實施例的步驟5〕中，根據(jù)被測絕緣子24側(cè)面的曲線方程和所需的測量圈數(shù)，計算出靜電測量探頭20和絕緣子24的運動軌跡，并在多功能運動控制器46上編寫相關的運動程序，用于控制步進電機完成整個測量動作。即通過第五步進電機44帶動所述絕緣子24旋轉(zhuǎn)，并利用靜電測量探頭20完成對絕緣子24側(cè)面(表面)一圈的掃描測量。之后，通過調(diào)整步進電機讓絕緣子24上升一定的高度，重新調(diào)整靜電測量探頭20，使其與準絕緣子24表面垂直，重復上面的動作完成絕緣子表面第二圈的掃描測量。以此類推，通過讓絕緣子24逐漸上升和控制靜電測量探頭20，完成對絕緣子24的上邊緣到其下邊緣的掃描，即完成對絕緣子表面電荷的掃描測量。在整個測量過程中，靜電測量探頭20與絕緣子24側(cè)面待測位置處始終保持垂直，且維持一定的距離。待完成整個測量過程后，讀取高速高壓靜電電位計47中存儲的測量信息，并通過相關的數(shù)學工具進行處理，得到所需的絕緣子表面聚積電荷密度分布圖。
[0072]實施例3
[0073]本實施例主要結(jié)構同實施例1。進一步地，所述高壓套管I的上端位于所述上蓋板5的上方，即所述高壓套管I的上端露在所述上蓋板5的上方。所述高壓套管I的下端伸入主殼體8的內(nèi)腔之中。所述高壓套管I具有中空的內(nèi)腔，其軸向垂直于水平面。[0074]所述高壓套管I的上、下端開有供高壓導電桿4穿過的通孔。所述高壓套管I上、下端的通孔中分別嵌入第一靜密封座圈3和第二靜密封座圈6。所述高壓導電桿4的下端先穿過第一靜密封座圈3、再穿過第二靜密封座圈6后，伸入到所述主殼體8的內(nèi)腔之中，以保證高壓導電桿4的穿入不影響高壓套管I的內(nèi)腔和主殼體8的內(nèi)腔的氣密性。
[0075]實施例4
[0076]本實施例的主要結(jié)構同實施例1。
[0077]進一步地，還包括一個位于側(cè)向殼體9內(nèi)腔中的轉(zhuǎn)軸固定架50。由第一動密封座圈11、橫向旋轉(zhuǎn)軸12、第一減速器13、第一步進電機14、第二步進電機16、橫向滑塊15、橫向?qū)к?8、橫向滾珠絲桿17、主動圓錐齒輪51、從動圓錐齒輪52、探頭架54、齒輪轉(zhuǎn)軸53、轉(zhuǎn)軸固定架50、橫向光桿19以及底部支架21等組成控制測量探頭運動的機構。
[0078]所述第二步進電機16驅(qū)動橫向滑塊15在水平方向上運動。所述橫向滑塊15連接橫向光桿19的一端。所述橫向光桿19的另一端穿入側(cè)向殼體9中后,與轉(zhuǎn)軸固定架50連接。實施例中，所述側(cè)向殼體9上嵌入第一動密封座圈11,橫向光桿19和橫向旋轉(zhuǎn)軸12均是穿過第一動密封座圈11后進入側(cè)向殼體9的內(nèi)腔之中的。實施例中，所述第一動密封座圈11鑲嵌入側(cè)向殼體9 一端面的中心，內(nèi)部采用雙層O型密封圈設計，用以保證所述橫向旋轉(zhuǎn)軸12和所述橫向光桿19發(fā)生旋轉(zhuǎn)和橫向運動時實驗罐體的動態(tài)密封性，所述第一動密封座圈11形狀為長方體，長為80mm，寬為50mm，高為175mm。
[0079]所述第一步進電機14固定在所述橫向滑塊15上。所述第一步進電機14的轉(zhuǎn)軸連接橫向旋轉(zhuǎn)軸12的一端。所述橫向旋轉(zhuǎn)軸12的另一端穿入側(cè)向殼體9中后，連接主動圓錐齒輪51。所述橫向光桿19和橫向旋轉(zhuǎn)軸12均平行于側(cè)向殼體9的軸向。
[0080]所述轉(zhuǎn)軸固定架50上安裝齒輪轉(zhuǎn)軸53。所述齒輪轉(zhuǎn)軸53垂直于所述橫向旋轉(zhuǎn)軸12，即齒輪轉(zhuǎn)軸53能夠旋轉(zhuǎn)。所述齒輪轉(zhuǎn)軸53上安裝有與所述主動圓錐齒輪51相嚙合的從動圓錐齒輪52。所述齒輪轉(zhuǎn)軸53的一端固定連接所述靜電測量探頭20。
[0081]實施例中，所述橫向旋轉(zhuǎn)軸12采用不銹鋼材料制成,直徑8mm,長度300mm。優(yōu)選地，所述橫向旋轉(zhuǎn)軸12通過焊接與所述主動圓錐齒輪51緊密相連，另一端經(jīng)所述第一減速器13與所述第一步進電機14相連。所述第一步進電機14為多普康公司生產(chǎn)的兩相步進電機，后附帶兩相步進驅(qū)動器(用于驅(qū)動步進電機)。所述第一步進電機14形狀為正方體，邊長40mm,轉(zhuǎn)軸長度24mm,轉(zhuǎn)軸直徑5mm。所述第一減速器13為一邊長30mm的正方體,與第一步進電機14轉(zhuǎn)軸相連,用以減小第一步進電機14的步長，以便對橫向旋轉(zhuǎn)軸12的轉(zhuǎn)速進行精確控制。所述主動圓錐齒輪51與所述從動圓錐齒輪52相互咬合，用以改變傳動方向。所述從動圓錐齒輪52通過其中心位置的通孔嵌套在所述齒輪轉(zhuǎn)軸53上，所述齒輪轉(zhuǎn)軸53 —端固定在所述轉(zhuǎn)軸固定架上，另一端通過所述轉(zhuǎn)軸固定架中心位置處的通孔與探頭架54相連，所述探頭架54用于夾持靜電測量探頭20。所述第一步進電機14帶動橫向旋轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動時，將通過從動圓錐齒輪52使靜電測量探頭20在豎直方向上做O?180°的轉(zhuǎn)動，便于測量時不斷調(diào)整靜電測量探頭20的朝向使其始終垂直于絕緣子24表面的被測部分。所述主動圓錐齒輪51和所述從動圓錐齒輪52均采用不銹鋼材料制成，外徑22mm，內(nèi)徑8.5mm,高15mm。所述探頭架54采用聚四氟乙烯材料制成,能耐受幾十kV的高壓,用于靜電測量探頭20與運動控制機構之間的絕緣，防止靜電測量探頭20測量時外表皮產(chǎn)生的高電壓對低壓運動控制機構中的器件造成破壞。[0082]優(yōu)選地，所述底部支架21材料為不銹鋼，其下端通過螺栓與底座29相連，起著支撐第一步進電機14和第二步進電機16等控制測量探頭運動的機構的作用。所述第二步進電機16與所述第一步進電機14相同，并與所述橫向滾珠絲桿17相連，所述橫向滑塊15的上端與所述第一步進電機14相連，側(cè)面與所述橫向光桿19相連，并整個嵌套在所述橫向滾珠絲桿17和所述橫向?qū)к?8上,所述橫向光桿19 一端通過所述第一動密封座圈11進入罐體內(nèi)部與所述轉(zhuǎn)軸固定架相連，所述橫向光桿19直徑為8mm，長度為300mm，材料為不銹鋼，所述第二步進電機16帶動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動時，滾珠絲桿上嵌套的橫向滑塊15會在橫向?qū)к?8上做橫向運動,使得與橫向滑塊15相連的第一步進電機14和橫向光桿19也隨之做橫向運動，進而實現(xiàn)所述靜電測量探頭20的橫向運動，便于調(diào)節(jié)所述絕緣子24與所述靜電測量探頭20之間的空間距離。
[0083]實施例5
[0084]本實施例的主要結(jié)構同實施例1。
[0085]進一步地，所述第三步進電機42、第四步進電機43、第五步進電機44、第六步進電機56、第二減速器45、第二動密封座圈32、第三動密封座圈33、第四動密封座圈34、第一縱向滑塊38、第二縱向滑塊39、第三縱向滑塊59、第一縱向滑軌36、第二縱向滑軌37、第三縱向滑軌58、第一角座31、第二角座35、第三角座55、第一縱向滾珠絲桿40、第二縱向滾珠絲桿41、第三縱向滾珠絲桿57部件共同組成作為被測試件的絕緣子24的運動控制機構。本實施例中，與所述測量探頭運動機構中所使用的步進電機、減速器、動密封座圈、滑塊、滑軌、滾珠絲桿等相同，除了所述第二動密封座圈32，所述第三動密封座圈33以及所述第四動密封座圈34的外形變?yōu)榱说拈L方體。
[0086]本實施例中，所述下蓋板10上開有供縱向旋轉(zhuǎn)軸26穿過的通孔、供第一縱向光桿27穿過的通孔和供第二縱向光桿28穿過的通孔。所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26、第一縱向光桿27和第二縱向光桿28與下蓋板10接觸處安裝有第二動密封座圈32、第三動密封座圈33、第四動密封座圈34，以保證其穿入主殼體8后，不影響主殼體8內(nèi)腔的氣密性。
[0087]所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26、第一縱向光桿27和第二縱向光桿28均垂直于水平面，縱向旋轉(zhuǎn)軸26位于第一縱向光桿27和第二縱向光桿28之間。所述第三步進電機42、第四步進電機43和第五步進電機44安裝在所述主殼體8的下方。
[0088]所述下平行板電極25具有貫穿其上下表面的通孔。所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26的上端先穿過下蓋板10并伸入到主殼體8的內(nèi)腔之中，再穿過所述上平行板電極7上的通孔后，與所述被測試件固定連接。所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26的下端與第五步進電機44的轉(zhuǎn)軸連接，優(yōu)選第，該處還安裝有第二減速器45。
[0089]所述第一縱向光桿27和第二縱向光桿28的上端穿過下蓋板10并伸入到主殼體8的內(nèi)腔之中后，固定連接在所述上平行板電極7的下表面。所述第一縱向光桿27的下端連接第一縱向滑塊38，所述第一縱向滑塊38通過第三步進電機42推動或拉動。所述第二縱向光桿28的上端連接、第二縱向滑塊39，所述第四步進電機43驅(qū)動所述第二縱向滑塊39在豎直方向上運動。進一步地，所述第一角座31、所述第二角座35以及所述第三角座55外形均為邊長20mm的正方體，材料為不銹鋼，與所述底座29焊接在一起，起著固定支撐所述第一縱向滑軌36，所述第二縱向滑軌37以及所述第三縱向滑軌58的作用。所述第三步進電機42、第一縱向滾珠絲桿40、第一縱向滑軌36、第一縱向滑塊38、第五步進電機44、第二縱向滾珠絲桿41、第二縱向滑軌37、第二縱向滑塊39組合成一個運動分系統(tǒng)，同時驅(qū)動所述第一縱向光桿27和所述第二縱向光桿28的運動，進而達到控制所述下平行板電極25縱向伸縮運動的目的，其運動原理和所述測量探頭橫向伸縮運動原理一樣。同理，所述第四步進電機43、第六步進電機56、第二減速器45、第三縱向滾珠絲桿57、第三縱向滑軌58、第三縱向滑塊59組合成另一個運動分系統(tǒng)，用于驅(qū)動所述縱向旋轉(zhuǎn)軸26的縱向伸縮和旋轉(zhuǎn)運動，進而達到控制所述絕緣子24空間位置的作用，便于配合所述靜電測量探頭20對所述絕緣子24的表面電荷進行測量，其運動原理和所述靜電測量探頭20豎直方向上的轉(zhuǎn)動和橫向的平動原理一樣。
[0090]實施例6
[0091]本實施例的主要結(jié)構同實施例1。
[0092]所述第一步進電機14、第二步進電機16、第三步進電機42、第四步進電機43和第五步進電機44均通過多功能運動控制器46控制。
[0093]所述控制機構由多功能運動控制器46、直流電源模塊49組成。所述多功能運動控制器46由多普康公司生產(chǎn)，型號TC5520，采用高性能32位CPU，配備液晶顯示器，全封閉觸摸式操作鍵盤，能夠通過程序或者手動方式對步進電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、回零(回到初始原始狀態(tài)停止)等進行控制。所述多功能運動控制器46通過信號線與所述第一到第六步進電機的步進驅(qū)動器相連，按照預設程序或手動控制第一到第六步進電機的運動，進而達到控制靜電測量探頭20掃描測量絕緣子24表面電荷的目的。所述直流電源模塊49能夠為所述多功能運動控制器46提供所需的+24V直流電壓。
[0094]實施例7
[0095]所述絕緣子溫度控制機構主要由開關電源、固態(tài)繼電器、穩(wěn)壓管、發(fā)熱體、溫度傳感器、智能數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀、發(fā)熱體接線柱、溫度傳感器接線柱等組成。在所述下平行板電極下端面的外徑邊緣處設置有四個均勻分布的螺孔，螺孔的深度為5mm，直徑為5mm，用于固定所述發(fā)熱體(3個)和所述溫度傳感器(I個)，所述發(fā)熱體與上平行板電極緊密接觸，以達到加熱上平行板電極，模擬GIS內(nèi)部母線過載運行的目的，所述發(fā)熱體為長方體，長為5mm,寬為5mm,高為IOmm,材質(zhì)為招或電解銅。所述溫度傳感器為市購熱電偶產(chǎn)品，緊密固體在下平行板電極的下端面，用于實時檢測下平行板電極的溫度。在所述下蓋板上對稱設置四個內(nèi)徑為6mm的通孔,通孔的圓心分布在一個直徑為150mm的圓上,4個通孔中安裝兩端帶有螺紋的圓柱形銅導體，銅導體穿過所述下蓋板，并用環(huán)氧樹脂膠進行固定密封，整個銅導體作為連接缸體內(nèi)外的電源線和信號線的接線柱，四根銅導體分別作為所述發(fā)熱體接線柱(兩根)和所述的溫度傳感器接線柱(兩根)。
[0096]所述發(fā)熱體的兩端通過外壁絕緣的銅導線分別與所述發(fā)熱體接線柱位于罐體內(nèi)一端的兩極相連。所述的開關電源(市購產(chǎn)品)的輸入端通過導線與220V/50HZ的市電連接，所述的開關電源的輸出端(電壓為12V，最大電流為10A)的正極通過導線與所述固態(tài)繼電器(市購產(chǎn)品)輸出端的正極連接，所述的開關電源輸出端的負極通過導線與所述發(fā)熱體接線柱位于罐體外一端的負極相連。所述的固體繼電器輸出端的負極通過導線與所述發(fā)熱體接線柱位于罐體外一端的正極相連接，以為所述的發(fā)熱體提供所需的低壓直流電，為防止發(fā)熱體耦合到高壓加壓回路的高壓而對低壓加熱回路，在所述的固態(tài)繼電器的輸出端的負極和開關電源的負極之間并聯(lián)所述的穩(wěn)壓管(市購產(chǎn)品，15V)，從而保護低壓加熱回路，此部分電路用以為發(fā)熱體提供所需的低壓直流電。
[0097]所述溫度傳感器的兩端通過絕緣銅導線與所述溫度傳感器接線柱位于罐體內(nèi)部的兩極相連，所述智能數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀(市購產(chǎn)品)的輸入端通過導線與所述溫度傳感器接線柱位于罐體外部的兩極連接，用以接收所述發(fā)熱體溫度傳感器檢測到的發(fā)熱體的溫度信號，所述固態(tài)繼電器的輸入端通過導線與所述智能數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀的輸出端連接，用以接收智能數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀的控制信號，控制固態(tài)繼電器的導通與關斷，進而達到通過控制由開關電源向所述發(fā)熱體傳輸直流電能的多少來對所述發(fā)熱體的表面溫度進行調(diào)節(jié)的目的。所述的智能數(shù)字顯示溫度調(diào)節(jié)儀的輸出端與所述的固態(tài)繼電器控制輸入端連接形成溫度閉環(huán)反饋控制，能夠控制所述下平板電極達到實驗所需的溫度，進而實現(xiàn)對不同負載下GIS內(nèi)部母線溫度的模擬。
【權利要求】
1.一種不同溫度及氣體中氣固表面聚積電荷模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于:包括主殼體(8)、側(cè)向殼體(9)、上平行板電極(7)、下平行板電極(25)、靜電測量探頭(20)、高速高壓靜電電位計(47)、電暈針(510)、加熱系統(tǒng)、實驗電路； 所述主殼體(8)是上、下端均敞口的中空圓柱筒，所述側(cè)向殼體(9)是一端敞口、另一端封閉的中空圓柱筒；所述側(cè)向殼體(9)的敞口端連接在主殼體(8)的筒壁上；所述主殼體(8)的筒壁開有通孔，所述側(cè)向殼體(9)的敞口端與所述主殼體(8)筒壁上的通孔連通；所述電暈針(510)的一端穿入所述主殼體(8)的筒壁、另一端露在所述主殼體(8)的外部；所述主殼體(8)的上端敞口通過上蓋板(5)密封；所述上蓋板(5)嵌入高壓套管(I)；所述高壓套管(I)是一個上下端均封閉的中空的圓柱筒，其筒體上開有上進出氣口(2);所述高壓套管⑴的上、下端開有供高壓導電桿⑷穿過的通孔；所述高壓導電桿⑷上端連接高壓電源、下端穿過高壓套管(I)進入所述主殼體(8)的內(nèi)腔；所述上平行板電極(7)位于主殼體(8)的內(nèi)腔之中；上平行板電極(7)的下表面水平、上表面與所述高壓導電桿(4)的下端連接連接； 所述主殼體(8)的下端敞口通過下蓋板(10)密封；所述下蓋板(10)上開有下進出氣口 (30)； 所述下蓋板(10)上開有供縱向旋轉(zhuǎn)軸(26)穿過的通孔、供第一縱向光桿(27)穿過的通孔和供第二縱向光桿(28)穿過的通孔； 所述縱向旋轉(zhuǎn)軸(26)、第一縱向光桿(27)和第二縱向光桿(28)均垂直于水平面,縱向旋轉(zhuǎn)軸(26)位于第一縱向光桿(27)和第二縱向光桿(28)之間；所述第三步進電機(42)、第四步進電機(43)和第五步進電機(44)安裝在所述下蓋板(10)的下方； 所述下平行板電極(25)位于主殼體(8)的內(nèi)腔之中，且位于所述上平行板電極(7)的下方；被測試件位于所述下平行板電極(25)的上表面與上平行板電極(7)的下表面之間；所述下平行板電極(25)接地； 所述下平行板電極(25)具有貫穿其上下表面的通孔；所述縱向旋轉(zhuǎn)軸(26)的上端先穿過下蓋板(10)并伸入到主殼體(8)的內(nèi)腔之中，再穿過所述上平行板電極(7)上的通孔后，與所述被測試件的下端固定連接；所述縱向旋轉(zhuǎn)軸(26)的下端與第五步進電機(44)的轉(zhuǎn)軸連接，通過第五步進電機(44)帶動所述縱向旋轉(zhuǎn)軸(26)及其所述被測試件旋轉(zhuǎn)；所述第五步進電機(44)和縱向旋轉(zhuǎn)軸(26)，及連接在縱向旋轉(zhuǎn)軸(26)上端的被測試件，由第六步進電機(56)帶動升降； 所述第一縱向光桿(27)和第二縱向光桿(28)的上端穿過下蓋板(10)并伸入到主殼體(8)的內(nèi)腔之中后，固定連接在所述上平行板電極(7)的下表面；所述第一縱向光桿(27)由第三步進電機(42)帶動升降；所述第二縱向光桿(28)由第四步進電機(43)帶動升降； 所述靜電測量探頭(20)位于側(cè)向殼體(9)的內(nèi)腔之中；所述靜電測量探頭(20)通過信號傳輸線(22)與高速高壓靜電電位計(47)連接；通過第一步進電機(14)控制靜電測量探頭(20)與水平面的夾角；通過第二步進電機(16)控制靜電測量探頭(20)與所述被測試件之間的距離；所述第一步進電機(14)和第二步進電機(16)安裝在側(cè)向殼體(9)的外部；所述溫控系統(tǒng)包括發(fā)熱體(520)、溫度傳感器(530)和溫度控制裝置(560);所述發(fā)熱體(520)和溫度傳感器(530)安裝在下平行板電極(25)的下表面；所述溫度控制裝置(560)用于控制所述發(fā)熱體(520)的溫度； 所述實驗電路包括調(diào)壓器(Tl)、無暈試驗變壓器(T2)、高壓硅堆(D)、無局放保護電阻(R3)、濾波電容器(C)、電阻分壓器(R)和靜電電壓表(V);所述調(diào)壓器(Tl)的一次側(cè)接入市電；所述調(diào)壓器(Tl)的二次側(cè)與無暈試驗變壓器(T2)的一次側(cè)連接；所述無暈試驗變壓器(T2)的二次側(cè)之間依次串聯(lián)高壓硅堆(D)、無局放保護電阻(R3)和電阻分壓器(R)；所述電阻分壓器(R)與無暈試驗變壓器(T2)的二次側(cè)連接的一端接地；所述濾波電容器(C)并聯(lián)在所述電阻分壓器(R)的兩端；所述靜電電壓表(V)用于檢測實驗時加在電阻分壓器(R)上的電壓；還包括第一導線(LI)和第二導線(L2);實驗時:所述第一導線(LI)的一端連接電阻分壓器(R)的高壓端、另一端連接高壓導電桿4;所述第二導線(L2)的一端連接電阻分壓器(R)的高壓端、另一端連接電暈針(510)。
2.采用權利要求1所述一種不同溫度及氣體中氣固表面聚積電荷模擬實驗系統(tǒng)進行實驗的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將作為被測試件的絕緣子固定在所述縱向旋轉(zhuǎn)軸的上端，安裝好所述高壓套管、主殼體和側(cè)向殼體；檢查所述高壓套管、主殼體和側(cè)向殼體的氣密性；向主殼體中沖入具有壓力的氣體； 2)通過調(diào)節(jié)絕緣子運動控制系統(tǒng)，使得絕緣子上端與上平行板電極良好接觸、下端與所述下平行板電極良好接觸。 3)通過加熱系統(tǒng)，利用發(fā)熱體加熱下平行板電極，使絕緣子表面溫度到達實驗設定值T并維持不變； 4)通過手動控制，將電 暈針伸入罐體內(nèi)部，接近絕緣子側(cè)表面，使其到達電暈作用位置；接著對電暈針施加正/負極性高壓U，利用電暈針針尖處產(chǎn)生的電暈使絕緣子表面聚積電荷；經(jīng)過一段時間t后，停止對電暈針施加電壓，并將電暈針退回到主罐體內(nèi)部邊緣位置； 5)使上平行板電極和下平行板電極與被測絕緣子分離，并讓靜電測量探頭對絕緣子的表面電荷進行掃描測量； 6)使靜電測量探頭退回到側(cè)向殼體中，絕緣子上、下端重新和上、下平行板電極良好接觸； 7)采用逐步升壓法，對絕緣子兩端施加電壓，直到絕緣子發(fā)生沿面閃絡，得到閃絡電壓值V ; 8)將絕緣子從罐體中取出，利用無水乙醇擦洗其表面，完全消除其表面電荷，重復進行步驟I)~7)，其中，改變步驟3)所述的實驗設定溫度值T ; 9)根據(jù)步驟5)獲得的結(jié)果，得到不同溫度下絕緣子表面聚積電荷的分布信息；根據(jù)步驟7)獲得的結(jié)果，得到不同溫度下絕緣子沿面閃絡電壓值。
【文檔編號】G01R31/00GK104020380SQ201410271059
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權日:2014年6月18日
【發(fā)明者】唐炬, 張曉星, 王邸博, 劉凱, 王立強 申請人:重慶大學