一种温度梯度场下盆式绝缘子表面电荷量测量装置及方法，属于高电压设备实验技术领域。所述温度梯度下盆式绝缘子表面电荷量测量装置包括封闭气室、导电杆、均压环、保护电阻和高压电源，本发明专利技术采用油浴的加热方式对绝缘子的高压电极端和低压电极端进行加热，在实现温度梯度的同时，使装置从高压中空电极流过的时候保证绝缘，模拟了设备实际运行时的温度场。
【技术实现步骤摘要】
一种温度梯度场下盆式绝缘子表面电荷测量装置及方法
本专利技术涉及高电压设备实验
，特别涉及一种温度梯度场下盆式绝缘子表面电荷量测量装置及方法。
技术介绍
直流GIS(气体绝缘封闭开关设备)与交流GIS相比盆式绝缘子表面电荷聚集一直是影响直流GIS大量实用化的关键技术难题之一。在直流的作用下，GIS内部盆式绝缘子表面电荷积聚严重，而积聚的电荷可能畸变绝缘子沿面原有的电场分布，导致绝缘子的绝缘性能严重下降，引起绝缘故障。因此我们必须采取实验的方式对电荷的积聚情况进行研究。在不同的负载下，正常运行的GIS中心导杆载流发热导致气体及绝缘子温度非均匀分布，导杆与外壳间形成30℃左右温度差，并随电流升高而增大。相比于介电常数，绝缘子电导随着母线的温度变化，因此直流电场分布受温度场影响明显同时，温度梯度场下电荷分布特性与均一温度场存在差异，随中心载流导体温度升高，局部电荷密度上升，导致电场严重畸变随着传输容量的提升和直流电压等级的提高，设备将面临高负载电流导致的高温度差以及高场下严重电荷积聚对直流电场分布的共同影响。当直流GIS高压导杆与外壳间存在温度梯度时，绝缘子沿面最大电场强度所在位置将向温度较低的一侧移动，且温度越高绝缘子沿面闪络电压越低。直流GIL绝缘子温度梯度导致体电导率不均匀变化将引起空间电荷积聚进而造成电场畸变，对表面电荷积聚有显著影响。因此，基于设备运行时温度分布特性，研究绝缘子直流电场分布规律，探究电荷积聚及其对直流闪络的作用机理具有重要意义，同时也是当前亟需解决的关键课题之一，符合高压直流GIS/GIL的发展需求。目前温度梯度场下盆式绝缘子表面电荷测量装置存在不足之处，有的温度梯度场下电荷实验研究通过加热片的方式加热，这种方式有着受热不均，加热缓慢的缺点，严重时还会损坏样品，这样的方式还会会影响绝缘子表面的电荷分布，会对实验产生一定的影响。而有的温度梯度场下电荷实验研究，通过在高压侧设置中空电极，并连接外部高温流体循环装置，实现了绝缘子模型温度梯度可调，然而仿真计算结果表明，仅在高压电极处加热，绝缘子及气体温度分布与实际运行条件下温度分布相差较大，虽然单一加热电极可以实现绝缘子温度梯度分布，但无法满足对实际运行设备温度场模拟。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术采用油浴的加热方式对绝缘子两端的电极进行加热，使装置从高压中空电极流过的时候保证绝缘，保护了油泵等其他设施，模拟了设备实际运行时的温度场。本专利技术提供了一种温度梯度场下盆式绝缘子表面电荷量测量装置，该装置包括封闭气室、导电杆、均压环、保护电阻和高压电源，所述均压环的顶端电连接保护电阻，所述保护电阻的另一端电连接高压电源，且高压电源的另一端接地；所述封闭气室的顶部设有密封用盆式绝缘子，所述密封用盆式绝缘子的中心插接有导电杆，所述导电杆的顶端套接有均压环，所述导电杆的底部内腔固定安装有弹簧销，所述弹簧销的底端螺接有中空电极，所述中空电极的底端固定连接有第二均压罩，所述中空电极的外壁上依次螺接有高温流体进管和高温流体出管，所述高温流体进管和高温流体出管的末端连通有高温储油箱，所述高温储油箱电连接第一控温装置；所述密封用盆式绝缘子左右两端底部安装有空心圆柱桶，所述空心圆柱桶的左右两侧壁分别开设有左侧密封盖板和右侧密封盖板，所述高温流体进管和高温流体出管贯穿左侧密封盖板，所述右侧密封盖板插接有Kelvin探头控制轴，且Kelvin探头控制轴一端转动连接有Kelvin探头，所述Kelvin探头的检测输出端电连接电位计，且Kelvin探头控制轴的另一端连接第一步进电机的输出端；所述空心圆柱桶的底端铆接有底部密封盖板，所述底部密封盖板的左侧部开设有充气孔，所述充气孔的内腔插接有通气管，所述底部密封盖板上从左到右依次插接有低温流体进管、第一纵向支撑轴、第一纵向旋转轴、第二纵向支撑轴和低温流体出管，所述第一纵向支撑轴的底端连接第二步进电机的输出端，所述第一纵向支撑轴、第二纵向支撑轴和第一纵向旋转轴的底部均接地，所述第一纵向旋转轴的底端连接有第三步进电机的输出端，所述第二纵向支撑轴的底端连接有第四步进电机的输出端，所述第一纵向支撑轴和第二纵向支撑轴的顶端螺接有圆筒，所述圆筒的侧壁上螺接有空心圆环，所述空心圆环的两个中心对称位置上分别设有低温流体进管和低温流体出管，所述低温流体进管和低温流体出管的末端连通有低温储油箱，所述低温储油箱电连接第二控温装置，所述第一纵向旋转轴的顶部套接有绝缘台，所述绝缘台的顶端插接有第二纵向旋转轴，所述第二纵向旋转轴的顶部焊接有第一均压罩，所述第一均压罩的上表面固定连接有测试用绝缘子中部高压电极端的下表面，且测试用绝缘子的低压电极端紧贴圆筒内壁；所述高温储油箱包括第一加热装置、第一油泵和第一温度传感器，所述第一油泵连接高温流体进管，所述第一温度传感器连接高温流体出管，所述第一加热装置、第一油泵和第一温度传感器均电连接第一控温装置；所述低温储油箱包括第二加热装置、第二油泵和和第二温度传感器，所述第二油泵连接高温流体进管，所述第二温度传感器连接高温流体出管，所述二加热装置、第二油泵和和第二温度传感器均电连接第二控温装置。所述通气管的外侧壁固定安装有阀门。所述弹簧销的个数为2个，且两个弹簧销10并联连接。所述第一控温装置和第二控温装置均采用SSR固态的继电器输出方式的温度控制器。所述的一种温度梯度场下盆式绝缘子表面电荷量测量装置的测量方法，所述方法包括：步骤1、安装好封闭气室中的结构，安装好后，通过充气孔向封闭气室中充入具有一定压力的气体。步骤2、在第一控温装置和第二控温装置上分别设置高温储油箱和低温储油箱的温度，设置好后，接通外部电源，使第一控温装置和第二控温装置分别控制第一加热装置和第二加热装置对高温储油箱和低温储油箱中的油进行预加热，同时用第一温度传感器和第二温度传感器分别监测高温储油箱和低温储油箱中的油温，当油温达到预设值时，第一温度传感器和第二温度传感器分别将温度信号传递给第一控温装置和第二控温装置，使得第一控温装置和第二控温装置控制第一加热装置和第二加热装置停止加热；步骤3、接通并控制第三步进电机，使测试用绝缘子的顶端与第二均压罩良好接触，保证中空电极与测试用绝缘子的高压电极端连接，然后控制第二步进电机和第四步进电机，使得测试用绝缘子左右两端与圆形空心槽在同一个水平高度，且测试用绝缘子外部接地；步骤4、控制第一控温装置和第二控温装置打开第一油泵和第二油泵，将加热好的油不断地输入中空电极中，给测试用绝缘子的高压电极端和低压电机端进行加热，待测试用绝缘子电极温度稳定后，采用逐步升压法，手动给测试用绝缘子的高压电极端和低压电机端施加电压，并控制第一步进电机将Kelvin探头撤回；步骤5、等测试用绝缘子闪络后，通过观察电位计的读数测得闪络电压，立即将测试用绝缘子的高压电极端和低压电机端的电压将为零，并使第一旋转轴带动测试用绝缘子下移，使得中空电极和第二均压罩分别与测试用绝缘子的上下两端脱离，且第一纵向支撑轴和第二纵向支撑轴带动圆筒向下移动，使测试用绝缘子与高低压电极分离，同时使第一控温装置和第二控温装置分别控制第一加热装置、第一油泵和第二加热装置、第二油泵关闭，使高低温加热循环停止；步骤6、通过第三步进电机控制第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种温度梯度场下盆式绝缘子表面电荷量测量装置，其特征在于：该装置包括封闭气室(40)、导电杆(9)、均压环(11)、保护电阻(38)和高压电源(39)，所述均压环(11)的顶端电连接保护电阻(38)，所述保护电阻(38)的另一端电连接高压电源(39)，且高压电源(39)的另一端接地；所述封闭气室(40)的顶部设有密封用盆式绝缘子(1)，所述密封用盆式绝缘子(1)的中心插接有导电杆(9)，所述导电杆(9)的顶端套接有均压环(11)，所述导电杆(9)的底部内腔固定安装有弹簧销(10)，所述弹簧销(10)的底端螺接有中空电极(12)，所述中空电极(12)的底端固定连接有第二均压罩(17)，所述中空电极(12)的外壁上依次螺接有高温流体进管(13)和高温流体出管(14)，所述高温流体进管(13)和高温流体出管(14)的末端连通有高温储油箱(15)，所述高温储油箱(15)电连接第一控温装置(16)；所述密封用盆式绝缘子(1)左右两端底部安装有空心圆柱桶(2)，所述空心圆柱桶(2)的左右两侧壁分别开设有左侧密封盖板(4)和右侧密封盖板(5)，所述高温流体进管(13)和高温流体出管(14)贯穿左侧密封盖板(4)，所述右侧密封盖板(5)插接有Kelvin探头控制轴(34)，且Kelvin探头控制轴(34)一端转动连接有Kelvin探头(36)，所述Kelvin探头(36)的检测输出端电连接电位计(37)，且Kelvin探头控制轴(34)的另一端连接第一步进电机(35)的输出端；所述空心圆柱桶(2)的底端铆接有底部密封盖板(3)，所述底部密封盖板(3)的左侧部开设有充气孔(6)，所述充气孔(6)的内腔插接有通气管(7)，所述底部密封盖板(3)上从左到右依次插接有低温流体进管(18)、第一纵向支撑轴(22)、第一纵向旋转轴(24)、第二纵向支撑轴(23)和低温流体出管(19)，所述第一纵向支撑轴(22)的底端连接第二步进电机(32)的输出端，所述第一纵向支撑轴(22)、第二纵向支撑轴(23)和第一纵向旋转轴(24)的底部均接地，所述第一纵向旋转轴(24)的底端连接有第三步进电机(31)的输出端，所述第二纵向支撑轴(23)的底端连接有第四步进电机(33)的输出端，所述第一纵向支撑轴(22)和第二纵向支撑轴(23)的顶端螺接有圆筒(30)，所述圆筒(30)的侧壁上螺接有空心圆环(29)，所述空心圆环(29)的两个中心对称位置上分别设有低温流体进管(18)和低温流体出管(19)，所述低温流体进管(18)和低温流体出管(19)的末端连通有低温储油箱(20)，所述低温储油箱(20)电连接第二控温装置(21)，所述第一纵向旋转轴(24)的顶部套接有绝缘台(25)，所述绝缘台(25)的顶端插接有第二纵向旋转轴(26)，所述第二纵向旋转轴(26)的顶部焊接有第一均压罩(27)，所述第一均压罩(27)的上表面固定连接有测试用绝缘子(28)中部高压电极端的下表面，且测试用绝缘子(28)的低压电极端紧贴圆筒(30)内壁；所述高温储油箱(15)包括第一加热装置(1501)、第一油泵(1502)和第一温度传感器(1503)，所述第一油泵(1502)连接高温流体进管(13)，所述第一温度传感器(1503)连接高温流体出管(14)，所述第一加热装置(1501)、第一油泵(1502)和第一温度传感器(1503)均电连接第一控温装置(16)；所述低温储油箱(20)包括第二加热装置(2001)、第二油泵(2002)和和第二温度传感器(2003)，所述第二油泵(2002)连接高温流体进管(18)，所述第二温度传感器(2003)连接高温流体出管(19)，所述二加热装置(2001)、第二油泵(2002)和和第二温度传感器(2003)均电连接第二控温装置(21)。...
【技术特征摘要】
1.一种温度梯度场下盆式绝缘子表面电荷量测量装置，其特征在于：该装置包括封闭气室(40)、导电杆(9)、均压环(11)、保护电阻(38)和高压电源(39)，所述均压环(11)的顶端电连接保护电阻(38)，所述保护电阻(38)的另一端电连接高压电源(39)，且高压电源(39)的另一端接地；所述封闭气室(40)的顶部设有密封用盆式绝缘子(1)，所述密封用盆式绝缘子(1)的中心插接有导电杆(9)，所述导电杆(9)的顶端套接有均压环(11)，所述导电杆(9)的底部内腔固定安装有弹簧销(10)，所述弹簧销(10)的底端螺接有中空电极(12)，所述中空电极(12)的底端固定连接有第二均压罩(17)，所述中空电极(12)的外壁上依次螺接有高温流体进管(13)和高温流体出管(14)，所述高温流体进管(13)和高温流体出管(14)的末端连通有高温储油箱(15)，所述高温储油箱(15)电连接第一控温装置(16)；所述密封用盆式绝缘子(1)左右两端底部安装有空心圆柱桶(2)，所述空心圆柱桶(2)的左右两侧壁分别开设有左侧密封盖板(4)和右侧密封盖板(5)，所述高温流体进管(13)和高温流体出管(14)贯穿左侧密封盖板(4)，所述右侧密封盖板(5)插接有Kelvin探头控制轴(34)，且Kelvin探头控制轴(34)一端转动连接有Kelvin探头(36)，所述Kelvin探头(36)的检测输出端电连接电位计(37)，且Kelvin探头控制轴(34)的另一端连接第一步进电机(35)的输出端；所述空心圆柱桶(2)的底端铆接有底部密封盖板(3)，所述底部密封盖板(3)的左侧部开设有充气孔(6)，所述充气孔(6)的内腔插接有通气管(7)，所述底部密封盖板(3)上从左到右依次插接有低温流体进管(18)、第一纵向支撑轴(22)、第一纵向旋转轴(24)、第二纵向支撑轴(23)和低温流体出管(19)，所述第一纵向支撑轴(22)的底端连接第二步进电机(32)的输出端，所述第一纵向支撑轴(22)、第二纵向支撑轴(23)和第一纵向旋转轴(24)的底部均接地，所述第一纵向旋转轴(24)的底端连接有第三步进电机(31)的输出端，所述第二纵向支撑轴(23)的底端连接有第四步进电机(33)的输出端，所述第一纵向支撑轴(22)和第二纵向支撑轴(23)的顶端螺接有圆筒(30)，所述圆筒(30)的侧壁上螺接有空心圆环(29)，所述空心圆环(29)的两个中心对称位置上分别设有低温流体进管(18)和低温流体出管(19)，所述低温流体进管(18)和低温流体出管(19)的末端连通有低温储油箱(20)，所述低温储油箱(20)电连接第二控温装置(21)，所述第一纵向旋转轴(24)的顶部套接有绝缘台(25)，所述绝缘台(25)的顶端插接有第二纵向旋转轴(26)，所述第二纵向旋转轴(26)的顶部焊接有第一均压罩(27)，所述第一均压罩(27)的上表面固定连接有测试用绝缘子(28)中部高压电极端的下表面，且测试用绝缘子(28)的低压电极端紧贴圆筒(30)内壁；所述高温储油箱(15)包括第一加热装置(1501)、第一油泵(1502)和第一温度传感器(1503)，所述第一油泵(1502)连接高温流体进管(13)，所述第一温度传感器(1503)连接高温流体出管(14)，所述第一加热装置(1501)、第一油泵(1502)和第一温度传感器(1503)均电连接第一控温装置(16)；所述低温储油箱(20)包括第二加热装置(2001)、第二油泵(2002)和和第二温度传感器(2003)，所述第二油泵(2002)连接高温流体进管(18)，所述第二温度传感器(2003)连接高温流体出管(19)，所述二加热装置(2001)、第二油泵(2002)和和第二温度传感器(2003)均电连接第二控温装置(21)。2.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：厉伟，林莘，葛凡，王文杰，周旭东，李晓龙，温苗，高佳，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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