【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于静电测量，特别涉及一种温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统及方法。
技术介绍
1、我国能源禀赋特征决定了大规模“西电东送、北电南供”势在必行。目前电能远距离、大容量传输主要依靠特高压直流输电技术，其对我国的能源格局具有重大意义。对于特高压直流输电设备而言，纯sf6气体绝缘穿墙套管是特高压直流输电工程中的重要设备之一，其中，绝缘支撑件是设备的核心组件，其性能直接决定了设备运行乃至电能传输的可靠性。然而，直流输变电设备用环氧浇注绝缘子却存在一些瓶颈问题，在直流电压的长时作用下，绝缘材料内产生电荷积聚效应和静电吸尘效应，导致局部电场畸变，进一步诱发沿面闪络，并且由此引起的击穿或污秽放电比交流条件下更为严重，从而严重影响直流系统运行稳定性和可靠性。因此，精确测量绝缘支柱的表面电荷分布情况，对于研究绝缘材料表面电荷积聚及消散特性，挖掘表面电荷行为特征及影响因素，从而研发应用于直流环境的绝缘子非常关键。
2、现有技术对于绝缘支柱表面电荷分布情况的测量多采用电容探头法，整个测量系统主要由电容探头及运动控制系统构成。此方法经校验和实用证明线性特性良好，能够测量特定气体环境中绝缘子上表面电荷而不影响测量系统的气体环境状态。但是，由于操纵结构动作时延较长，不可避免的会在测量过程中发生表面电荷的衰减，并且对于表面形状不规则的试样难以准确定位，从而影响结果的准确性。
3、综上所述，传统装置测试方法仅能实现对表面电荷的实时测量，无法对直流-温度梯度长时作用下表面形貌不规则试样的表面时空电位分布特性进行精准测量和记录
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统，其特征在于，包括：直流-温度梯度下表面电荷测量系统和数据存储及处理装置；
2、直流-温度梯度下表面电荷测量系统包括：密闭试验腔体、高压电源系统、绝缘装置、油冷却循环装置、升温装置、电荷测量装置以及抽充气装置；
3、密闭试验腔体由腔体外壳形成一密闭腔体，腔体外壳采用不锈钢材质，能够承受0.4mpa以上的压力；
4、密闭试验腔体侧壁上设有观察窗，观察窗采用石英玻璃材质，用于观测无源静电容探针移动过程中与被测试样之间的相对位置；
5、高压电源系统包括：外施高压电源、高压导杆、上电极以及下电极；外施高压电源与高压导杆的顶部相连，密闭试验腔体顶壁设有开孔，高压导杆通过开孔密封穿入密闭试验腔体内，在密闭试验腔体内高压导杆底部与上电极固定连接，下电极接地，上电极和下电极之间能够夹持固定被测试样；高压电源系统能够在被测试样表面模拟实际工况下电场分布；
6、高压导杆的顶部设有绝缘装置，所述绝缘装置包括：均压球、均压环和绝缘护套；均压环包括：上均压环和下均压环；绝缘护套包裹高压导杆穿入密闭试验腔体内；均压球、均压环和绝缘护套与高压导杆共轴；
7、高压导杆的内部设有油冷却循环装置，所述油冷却循环装置包括：外部制冷机和油路，所述油路包括顺序一体设置的油路入口管路、导杆内下行管路、导杆内上行管路和油路出口管路，油路入口管路和油路出口管路分别穿过上均压环和下均压环之间的高压导杆的侧壁两侧，导杆内下行管路和导杆内上行管路与所述高压导杆等高，外部制冷机经油路对上电极进行冷却，油冷却循环装置能够精确调控上电极的温度；
8、升温装置包括：外部加热系统和加热环；加热环包裹在下电极表面；外部加热系统通过电路对加热环进行温度调控，实现下电极的精确温度调控；
9、电荷测量装置包括顺序一体设置的数据输出装置、三维移动系统和无源静电容探针；数据输出装置包括：高阻盒和示波器，数据输出装置采集数据经高阻盒传输至示波器输出；三维移动系统包括：二维移动支架和转动装置，二维移动支架控制无源静电容探针沿轴向和径向移动，实现无源静电容探针在被测试样侧表面的上下移动以及控制无源静电容探针头部到被测试样表面的距离；转动装置控制无源静电容探针周向转动；电荷测量装置能够实时采集并呈现被测试样的侧表面的任一点位的电位分布数据；
10、密闭试验腔体侧壁上设有抽充气装置，所述抽充气装置实现对密闭试验腔体内气体环境的控制；
11、所述数据存储及处理装置包括反演装置和表面电荷感应电场计算系统；数据存储及处理装置能够对采集的电位数据存储、补偿修正以及计算试样表面电场分布。
12、所述反演装置包括：数据存储器和数据修正器，数据存储器：包括电位存储装置和时空特性记录装置，时空特性记录装置记录采集电位的时间序列和位置序列，数据修正器利用基于表面电荷消散特性的时空补偿修正算法对实测数据修正并输出试样侧表面电荷分布云图。
13、所述表面电荷感应电场计算系统，采用改进的高斯定律对温度梯度和表面电荷共同作用下的不规则试样表面电场分布进行计算，得到温度梯度和表面电荷共同作用下的被测试样侧表面电场分布情况。
14、本专利技术还公开一种所述温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统的电场测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
15、步骤s1：基于直流-温度梯度下表面电荷测量系统，在密闭试验腔体内模拟电热耦合场长期作用下的不规则被测试样侧表面电荷积聚情况；
16、步骤s2：通过电荷测量装置实现对被测试样侧表面的任一点位进行实时数据采集及呈现，将采集到的实时表面电荷数据经高阻盒至示波器输出后传送至反演装置内；
17、步骤s3：通过反演装置对实时表面电荷数据的时间和空间特性进行记录，利用基于表面电荷消散特性的时空补偿修正算法对实时表面电荷数据进行补偿修正并输出试样侧表面电荷分布云图，将经补偿修正后的表面电荷数据输入表面电荷感应电场计算系统；
18、步骤s4：表面电荷感应电场计算系统采用改进的高斯定律，将空间电荷和非均匀体电导率的影响合并到一个方程中，实现计算温度梯度和表面电荷共同作用下的被测试样侧表面电场分布情况。
19、所述步骤s1中在密闭试验腔体内模拟电热耦合场长期作用下的不规则被测试样侧表面电荷积聚情况包括以下步骤：
20、通过高压电源系统在被测试样表面模拟实际工况下电场分布；
21、采用油冷却循环装置，对上电极实现精确温度调控；
22、使用升温装置，对下电极进行精确温度调控；
23、基于抽充气装置，实现控制密闭试验腔体内气体环境。
24、所述步骤s2中通过电荷测量装置实现对被测试样侧表面的任一点位进行实时数据采集具体包括：
25、使用二维移动支架，控制无源静电容探针在被测试样侧表面上下移动以及控制无源静电容探针头部到被测试样侧表面距离；使用转动装置，控制无源静电容探针进行周向转动，实现对被测试样侧表面的任一点位进行实时数据采集，所述转动装置为步进电机。
26、所述步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统，其特征在于，包括：直流-温度梯度下表面电荷测量系统和数据存储及处理装置；
2.根据权利要求1所述温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统，其特征在于，所述反演装置(17)包括：数据存储器和数据修正器，数据存储器：包括电位存储装置和时空特性记录装置，时空特性记录装置记录采集电位的时间序列和位置序列，数据修正器利用基于表面电荷消散特性的时空补偿修正算法对实测数据修正并输出试样侧表面电荷分布云图。
3.根据权利要求1所述温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统，其特征在于，所述表面电荷感应电场计算系统(18)，采用改进的高斯定律对温度梯度和表面电荷共同作用下的不规则试样表面电场分布进行计算，得到温度梯度和表面电荷共同作用下的被测试样(10)侧表面电场分布情况。
4.一种权利要求1所述温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统的电场测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统的电场测试方法，其特征在于，所述步骤S1中在密闭试验腔体(1)内模拟电热耦
6.根据权利要求4所述温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统的电场测试方法，其特征在于，所述步骤S2中通过电荷测量装置实现对被测试样(10)侧表面的任一点位进行实时数据采集具体包括：
7.根据权利要求4所述温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统的电场测试方法，其特征在于，所述步骤S3中基于表面电荷消散特性的时空补偿修正算法，具体步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统，其特征在于，包括：直流-温度梯度下表面电荷测量系统和数据存储及处理装置；
2.根据权利要求1所述温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统，其特征在于，所述反演装置(17)包括：数据存储器和数据修正器，数据存储器：包括电位存储装置和时空特性记录装置，时空特性记录装置记录采集电位的时间序列和位置序列，数据修正器利用基于表面电荷消散特性的时空补偿修正算法对实测数据修正并输出试样侧表面电荷分布云图。
3.根据权利要求1所述温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统，其特征在于，所述表面电荷感应电场计算系统(18)，采用改进的高斯定律对温度梯度和表面电荷共同作用下的不规则试样表面电场分布进行计算，得到温度梯度和表面电荷共同作用下的被测试样(10)侧表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐波，杨霄，李成榕，刘溟江，申旭辉，王有超，施俊佼，刘博，谢洪，黄天一，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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