[发明专利]一种热刺激表面电位自动测量装置、系统及方法

说明书

技术领域

本申请涉及绝缘材料表面电位的测量技术领域，具体涉及一种热刺激表面电位自动测量装置、系统及方法。

背景技术

特高压直流输电方式是实现我国“西电东送”战略的重要技术手段，能够实现大范围的资源优化配置。但是，我国特高压直流输电线路不可避免地要经过高海拔、大落差等地理环境恶劣和气象条件多变的地区。因此，这对于输电线路走廊选择、线路检修维护等均提出了更高的要求。

由于气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line，GIL)具有输送容量大、占地少、环境兼容性好、运行可靠性高等独特优势，其已成为传统架空输电线路、电力电缆和穿墙套管的有效替代方案。然而，截至目前，绝大部分GIL工程只限于交流输电领域。其中，制约直流GIL发展的一个关键原因就是，直流GIL中绝缘子表面电荷积聚严重畸变了沿面电场分布，使得某些情况下绝缘子沿面闪络电压大大下降，严重危害了GIL的正常运行。

在直流电场作用下，自由电荷可能积聚在聚合物材料表面，形成表面电荷。它不仅使自身周围的电场发生畸变，同时为沿面放电提供放电电荷以及放电通道，导致高压击穿。材料表面电荷的动态特性尤其是衰减特性，在一定程度上反映了介质材料表面电学性能的好坏，其变化会影响材料的极化、抗静电性能以及闪络性能。表面电荷的准确测量对于研究固体绝缘介质的闪络特性、击穿和老化有着极为重要的意义。表面电荷通常通过测量表面电位反演计算得到，因此如何准确测量材料表面的电位成为重中之重。

发明内容

为了解决现有的表面电荷测量装置无法满足对材料表面的电位分布进行实时自动测量的问题，本申请提供了一种热刺激表面电位自动测量装置、系统及方法。

一种热刺激表面电位自动测量装置，包括实验腔体，分别设置于所述实验腔体外部的气体环境控制模块、温度控制模块、上位机、步进电机控制器，所述温度控制模块、所述步进电机控制器均与所述上位机连接；

所述气体环境控制模块包括阀门、气压表、机械泵、气体气压瓶，所述机械泵、所述气体气压瓶均与所述阀门连接；所述阀门安装于所述实验腔体的侧壁，所述阀门与所述实验腔体的内部空间相连通；所述气压表设置于所述阀门上；

所述实验腔体包括设置于所述实验腔体顶部的上盖板，设置于所述实验腔体底部的下盖板，所述上盖板、所述下盖板均与所述实验腔体密封连接；

所述实验腔体内设有电极提升电机，所述电极提升电机固定于所述上盖板的下表面，所述电极提升电机与所述步进电机控制器连接；所述电极提升电机用于控制电极支架沿电极垂直运动导轨作升降运动，所述电极支架设置于所述实验腔体内，所述电极支架的底部固定有电极；

所述实验腔体内设有分别与所述步进电机控制器连接的第一运动电机、第二运动电机、第三运动电机；所述第一运动电机、第二运动电机、第三运动电机均与静电探头固定部连接，所述静电探头固定部的下方设置有静电电容探头；所述第一运动电机用于控制静电探头固定部沿z轴运动导轨移动，所述第二运动电机、所述第三运动电机用于控制静电探头固定部沿xy面运动导轨移动；

所述实验腔体内还设置有绝缘底座，所述绝缘底座固定于所述下盖板上；

所述绝缘底座的下方设置有旋转电机，所述旋转电机与所述步进电机控制器连接，控制所述绝缘底座转动；

所述绝缘底座的上表面设置有加热膜，所述加热膜与所述温度控制模块连接；

所述实验腔体的侧壁还设有高压套管接口、地线引入接口、信号线引出接口。

进一步地，所述电极包括两个半圆形电极，所述半圆形电极对称设置于所述电极支架的底部。

进一步地，所述实验腔体的侧壁还设置有观察窗。

进一步地，所述观察窗的下端与所述绝缘底座的下边缘位于同一水平线上。

进一步地，所述加热膜采用聚酰亚胺材料制成。

进一步地，所述电极为黄铜电极。

进一步地，所述绝缘底座为环氧树脂底座。

进一步地，所述温度控制模块为PID温控仪。

本申请还提供了一种热刺激表面电位自动测量系统，包括：

气体环境控制模块，用于控制实验腔体内的气压；

温度控制模块，用于控制实验腔体内的温度；

电荷注入模块，用于向电极注入电荷；

电极升降控制模块，用于控制电极沿电极垂直运动导轨的升降运动；

旋转电机，用于将试样旋转至电位测量端；