[发明专利]基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量装置与方法

权利要求书

1.基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，主要由电荷注入装置、表面电位测量装置和温度控制装置构成；

所述电荷注入装置包括直流电源、谐波电源、电压复合单元；

所述直流电源的输出端与所述谐波电源的输出端分别与所述电压复合单元的输入端相连接；

所述电荷注入装置采用针-板电极形式进行电晕充电；

所述电荷注入装置通过针电极电晕放电；

所述温度控制装置上设置有地电极，所述地电极固定在所述温度控制装置上并连接大地；

所述表面电位测量装置主要由静电电位计、探头以及台式计算机和摄像头构成；所述静电电位计与探头相连，所述台式计算机与摄像头相连；所述探头固定在机械臂上，并处于温度控制装置的平台上方；所述温度控制装置通过滑轨可自由在探头下方和针电极下方进行移动；

所述温度控制装置主要由微处理器恒温预热平台构成。

2.根据权利要求1所述的基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述直流电源由一台正极性高压直流电源和一台负极性高压直流电源构成。

3.根据权利要求1所述的基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述谐波电源由一台单进单出变频电源和一台试验变压器构成。

4.根据权利要求1所述的基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述电压复合单元由一个高压电容和高压电阻串联的隔直电路以及一个高压电容和高压电阻搭建的低通滤波电路构成。

5.根据权利要求1所述的基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述微处理器恒温预热平台采用电阻丝发热进行升温。

6.根据权利要求1所述的基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述微处理器恒温预热平台内置微处理器通过程序控制温度并配置独立感温探头，面板每点差小于±2℃。

7.根据权利要求1所述的基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述地电极采用铜箔。

8.根据权利要求1所述的基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述针-板电极形式选用不锈钨针作为针电极。

9.根据权利要求1所述的基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量装置，其特征在于，所述针电极通过支架固定在温度控制装置的平台上方。

10.基于直流叠加谐波的油纸绝缘表面电荷测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)试样干燥：将纤维素绝缘纸裁剪成为正方形试样，并将绝缘纸试样放入干燥箱中，在80-90℃环境下进行干燥12小时以上；

2)浸油处理：取出试样后将绝缘纸试样浸入变压器油中，并放置在真空度为50-70Pa的环境下24小时以上，控制绝缘纸与绝缘油的质量比小于1：20；

3)设置直流电源的幅值为4-7kV，并使得直流电压幅值与谐波电压有效值之和为8kV；

4)设置谐波电源的输出电压幅值，使得谐波电压与步骤3)中直流电压的幅值之比满足1:1，1:3，1:5或1:7，并且设置频率为50，150，250或350Hz；

5)设置电晕充电时间为3-4分钟；

6)录制：将摄像头对准静电电位计屏幕，通过台式计算机对所述静电电位计示数进行录制；

7)充电：将油浸纸试样放在温度控制装置的平台上，并将所述温度控制装置移至针电极下方，通过所述电荷注入装置对试样进行充电；

8)电位测量：当充电时间结束后3秒内，将温度控制装置迅速移至探头下方，测量油浸纸试样表面电位随着时间的衰减过程；

9)根据表面电位衰减曲线，由公式(1)能够计算得出不同温度下，油浸纸材料陷阱能级分布情况：

其中，ε₀为真空介电常数，ε₀＝8.854187817×10^-12F·m^-1，ε_r为相对介电常数，V_s为t时刻试样的表面电位。