[发明专利]一种温度梯度场下盆式绝缘子表面电荷测量装置及方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及高电压设备实验技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明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。

本发明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；