一种高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法技术

本申请提供一种高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法，包括：内部空间电荷注入量测量过程和表面电荷注入量测量过程；通过内部空间电荷注入量测量过程和表面电荷注入量测量过程，经高压直流电源极化和注入电荷处理的试样，可以分别测量出绝缘层内部和表面积聚电荷，从而表征金属/半导电层向绝缘层电荷注入量。另外，内部空间电荷注入量测量过程和表面电荷注入量测量过程可同步进行，简化了电荷注入量表征的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法
本申请属于表面电荷测量
，具体涉及一种高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法。
技术介绍
高压直流电缆绝缘系统中的空间电荷积聚严重影响高压直流输电系统的可靠性，也制约着更高电压等级直流设备的发展。绝缘材料空间电荷会导致材料局部电场发生畸变，长时间作用会使材料发生老化，影响其绝缘性能，严重时直接导致材料发生击穿破坏。因此，研究绝缘介质空间电荷注入量的表征方法对于直流绝缘系统中空间电荷效应的机理研究和高电压等级直流绝缘系统的发展具有重要的意义。现有绝缘材料内部电荷注入或积聚主要采用电声脉冲法(PEA)，但PEA中半导电层主要用于声阻抗匹配，无法表征半导电层自身向绝缘层的电荷注入。此外，由于电极附近存在感应电荷，无法区分绝缘层表面电荷注入量。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法，包括：内部空间电荷注入量测量过程和表面电荷注入量测量过程；所述表面电荷注入量测量过程包括电荷注入过程和衰减测试过程，电荷注入过程可采用极化装置实现，表面电荷注入量测量过程采用衰减测试装置实现；所述极化装置包括：第一温控箱，设置在第一温控箱中的第一上电极，与第一上电极对应设置的第一下电极，第一上电极和第一下电极与高压直流源相连，还包括第一控制单元，用于设置第一温控箱的内部温度、设置高压直流源加压电压和控制高压直流源的开闭；所述衰减测试装置包括用于放置试样的地电极，与地电极第一位置相对的探头，与探头连接的第二静电计，第二静电计与地电极连接，第二静电计还与第二数据记录装置连接，还包括第三控制单元，用于设置第二静电计的采样间隔；所述电荷注入过程为：将试样放置在极化装置的第一上电极和第一下电极之间，根据实验需要通过第一控制单元设置实验参数，其中主要包括第一温控箱的内部温度和高压直流源的加压电压，当温度达到设定温度时，通过第一控制单元接通高压直流源对试样进行加压，以注入电荷；所述衰减测试过程为：电荷注入过程结束后，通过第一控制单元切断高压直流源，并通过第一控制单元设置第一温控箱的内部温度为室温，将试样的温度降至室温；然后在绝缘条件下取出注入电荷的试样，并移入衰减测试装置中，并放置于地电极的第一位置上，接通探头和第二静电计，通过第三控制单元设置第二静电计的采样间隔，第二静电计测得试样表面电位随时间变化的数据，第二数据记录装置读取第二静电计的数据，并根据数据绘制出表面电位衰减曲线。作为优选，内部空间电荷注入量测量过程包括：极化过程和去极化过程，其中，极化过程采用极化装置实现，去极化过程采用去极化装置实现；所述极化过程为：将试样放置在极化装置的第一上电极和第一下电极之间，根据实验需要通过第一控制单元设置实验参数，其中主要包括第一温控箱的内部温度和高压直流源的加压电压，当温度达到设定温度时，通过第一控制单元接通高压直流源对试样进行加压，高压直流源的加压电压为设定值；所述去极化过程为：极化过程结束后，通过第一控制单元切断高压直流源，并通过第一控制单元设置第一温控箱的内部温度为室温，将试样的温度降至室温；然后在绝缘条件下取出试样，放入去极化装置中进行去极化过程。作为优选，所述去极化过程可采用热刺激电流测试系统，所述去极化过程为：极化过程结束后，通过第一控制单元切断高压直流源，并通过第一控制单元设置第一温控箱的内部温度为室温，将试样的温度降至室温；然后在绝缘条件下取出试样，放入去极化装置第二上电极和第二下电极之间，通过第二控制单元设置第一静电计采样间隔、第二温控箱的升温区间和升温速率，并用第一静电计间隔采集升温过程中的电流数据，第一数据记录装置读取并存储电流数据，进而得到热刺激去极化电流，再通过积分运算得到内部空间电荷注入量。作为优选，所述表面电荷注入量测量过程的电荷注入过程和衰减测试过程在集成装置中完成；所述集成装置包括衰减测试装置，还包括：第三温控箱，衰减测试装置设于第三温控箱内；与地电极的第二位置对应设置的栅电极，与栅电极对应设置从而为栅电极加压的针电极，与针电极和地电极相连的高压直流源；其中衰减测试装置的第三控制单元同时用于设置第三温控箱的内部温度、高压直流源的加压电压和控制高压直流源开闭；所述电荷注入过程为：将试样放置在地电极上的第二位置，调节针电极、栅电极与地电极的间距，通过第三控制单元设置第三温控箱的内部温度和高压直流源的加压电压，并通过第三控制单元接通高压直流源，使得针电极通过栅电极向试样加压，完成电荷注入过程；所述衰减测试过程为：通过第三控制单元切断高压直流源，并通过第三控制单元设置第三温控箱的内部温度为室温，将试样的温度降至室温；然后将注入电荷的试样移入地电极的第一位置，接通探头和第二静电计，通过第三控制单元设置第二静电计的采样间隔，通过第二静电计测得试样表面电位随时间变化的数据，第二数据记录装置读取第二静电计的数据，并根据数据绘制出表面电位衰减曲线。作为优选，极化过程和电荷注入过程中，所述预定的温度的选取范围为-50℃至160℃，和/或，所述预定的电场的加压电压范围为1kV/mm-80kV/mm。作为优选，所述极化过程也可以在所述集成装置中进行；具体地，将试样放置在地电极和栅电极之间，调节第三温控箱的内部温度，当温度达到设定温度时，接通高压直流源对试样进行加压，高压直流源的加压电压为设定值。作为优选，所述去极化过程在热刺激电流测试系统中进行；具体地，将试样放置在热刺激电流测试系统的第二上电极和第二下电极之间，根据实验需要通过第二控制单元设置实验参数，其中主要包括第二温控箱的升温区间和升温速率，以及第一静电计的采样间隔；测试中，通过第二控制单元将开关S1接通，使试样表面泄漏电流释放；然后将开关S2接通，对试样进行去极化处理；当第二温控箱在第二控制单元的控制下开始自动调节温度后，通过第一静电计采集升温过程中的电流数据，并通过第二控制单元进行数据的采集和显示，得到热刺激去极化电流；进一步地，通过积分运算得到试样内部空间电荷注入量。作为优选，所述极化过程中在相同的条件下处理两个相同的试样，即第一试样和第二试样；极化过程和电荷注入过程：将第一试样和第二试样放入极化装置的第一上电极和第一下电极之间，调节第一温控箱的内部温度为T1，当温度达到设定温度时，接通高压直流源对试样加压，进行极化和注入电荷，加压时间为t1，高压直流源的加压电压为E1；去极化过程：待试样冷却至室温，将第一试样移入热刺激电流测试系统的第二上电极和第二下电极之间进行测试，调节第二温控箱的升温区间和升温速率，获得热刺激去极化电流，通过积分运算得到内部空间电荷注入量Q1；衰减测试过程：将完成电荷注入的第二试样冷却至室温，移入衰减测试装置中，放置于地电极上与探头相对的第一位置；接通探头、静电计与地电极，从而测得试样的表面电位衰减曲线；进一步地，通过积分运算得到试样表面电荷注入量Q2。作为优选，所述极化过程中在相同的条件下处理两个相同的试样，即第三试样和第四试样；...

【技术保护点】
1.一种高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法，其特征在于，包括：内部空间电荷注入量测量过程和表面电荷注入量测量过程；/n所述表面电荷注入量测量过程包括电荷注入过程和衰减测试过程，电荷注入过程可采用极化装置实现，表面电荷注入量测量过程采用衰减测试装置实现；/n所述极化装置包括：第一温控箱，设置在第一温控箱中的第一上电极，与第一上电极对应设置的第一下电极，第一上电极和第一下电极与高压直流源相连，还包括第一控制单元，用于设置第一温控箱的内部温度、设置高压直流源加压电压和控制高压直流源的开闭；所述衰减测试装置包括用于放置试样的地电极，与地电极第一位置相对的探头，与探头连接的第二静电计，第二静电计与地电极连接，第二静电计还与第二数据记录装置连接，还包括第三控制单元，用于设置第二静电计的采样间隔；/n所述电荷注入过程为：将试样放置在极化装置的第一上电极和第一下电极之间，根据实验需要通过第一控制单元设置实验参数，其中主要包括第一温控箱的内部温度和高压直流源的加压电压，当温度达到设定温度时，通过第一控制单元接通高压直流源对试样进行加压，以注入电荷；/n所述衰减测试过程为：电荷注入过程结束后，通过第一控制单元切断高压直流源，并通过第一控制单元设置第一温控箱的内部温度为室温，将试样的温度降至室温；然后在绝缘条件下取出注入电荷的试样，并移入衰减测试装置中，并放置于地电极的第一位置上，接通探头和第二静电计，通过第三控制单元设置第二静电计的采样间隔，第二静电计测得试样表面电位随时间变化的数据，第二数据记录装置读取第二静电计的数据，并根据数据绘制出表面电位衰减曲线。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法，其特征在于，包括：内部空间电荷注入量测量过程和表面电荷注入量测量过程；
所述表面电荷注入量测量过程包括电荷注入过程和衰减测试过程，电荷注入过程可采用极化装置实现，表面电荷注入量测量过程采用衰减测试装置实现；
所述极化装置包括：第一温控箱，设置在第一温控箱中的第一上电极，与第一上电极对应设置的第一下电极，第一上电极和第一下电极与高压直流源相连，还包括第一控制单元，用于设置第一温控箱的内部温度、设置高压直流源加压电压和控制高压直流源的开闭；所述衰减测试装置包括用于放置试样的地电极，与地电极第一位置相对的探头，与探头连接的第二静电计，第二静电计与地电极连接，第二静电计还与第二数据记录装置连接，还包括第三控制单元，用于设置第二静电计的采样间隔；
所述电荷注入过程为：将试样放置在极化装置的第一上电极和第一下电极之间，根据实验需要通过第一控制单元设置实验参数，其中主要包括第一温控箱的内部温度和高压直流源的加压电压，当温度达到设定温度时，通过第一控制单元接通高压直流源对试样进行加压，以注入电荷；
所述衰减测试过程为：电荷注入过程结束后，通过第一控制单元切断高压直流源，并通过第一控制单元设置第一温控箱的内部温度为室温，将试样的温度降至室温；然后在绝缘条件下取出注入电荷的试样，并移入衰减测试装置中，并放置于地电极的第一位置上，接通探头和第二静电计，通过第三控制单元设置第二静电计的采样间隔，第二静电计测得试样表面电位随时间变化的数据，第二数据记录装置读取第二静电计的数据，并根据数据绘制出表面电位衰减曲线。


2.根据权利要求1的高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法，其特征在于，内部空间电荷注入量测量过程包括：极化过程和去极化过程，其中，极化过程采用极化装置实现，去极化过程采用去极化装置实现；
所述极化过程为：将试样放置在极化装置的第一上电极和第一下电极之间，根据实验需要通过第一控制单元设置实验参数，其中主要包括第一温控箱的内部温度和高压直流源的加压电压，当温度达到设定温度时，通过第一控制单元接通高压直流源对试样进行加压，高压直流源的加压电压为设定值；
所述去极化过程为：极化过程结束后，通过第一控制单元切断高压直流源，并通过第一控制单元设置第一温控箱的内部温度为室温，将试样的温度降至室温；然后在绝缘条件下取出试样，放入去极化装置中进行去极化过程。


3.根据权利要求2的高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法，其特征在于，所述去极化过程可采用热刺激电流测试系统，所述去极化过程为：
极化过程结束后，通过第一控制单元切断高压直流源，并通过第一控制单元设置第一温控箱的内部温度为室温，将试样的温度降至室温；然后在绝缘条件下取出试样，放入去极化装置第二上电极和第二下电极之间，通过第二控制单元设置第一静电计采样间隔、第二温控箱的升温区间和升温速率，并用第一静电计间隔采集升温过程中的电流数据，第一数据记录装置读取并存储电流数据，进而得到热刺激去极化电流，再通过积分运算得到内部空间电荷注入量。


4.根据权利要求1的高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法，其特征在于，所述表面电荷注入量测量过程的电荷注入过程和衰减测试过程在集成装置中完成；所述集成装置包括衰减测试装置，还包括：第三温控箱，衰减测试装置设于第三温控箱内；与地电极的第二位置对应设置的栅电极，与栅电极对应设置从而为栅电极加压的针电极，与针电极和地电极相连的高压直流源；其中衰减测试装置的第三控制单元同时用于设置第三温控箱的内部温度、高压直流源的加压电压和控制高压直流源开闭；
所述电荷注入过程为：将试样放置在地电极上的第二位置，调节针电极、栅电极与地电极的间距，通过第三控制单元设置第三温控箱的内部温度和高压直流源的加压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王婷婷，罗兵，陈少杰，黄若栋，肖微，傅明利，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：发明
国别省市：广东;44