CN105203859A - 一种考虑金属微粒影响的旋转式电荷测量机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑金属微粒影响的旋转式电荷测量机构，属于气固界面电荷测量领域，其特征在于在立式放置的导电杆(3)由上至下依次安装升降装置(1)、上电极(8)、绝缘件(9)、地电极(10)和360°旋转机构(5)；360°旋转机构(5)与地电极(10)连接，绝缘件(9)下端与地电极(11)连接，绝缘件(9)上端与上电极(8)连接，上电极(8)与导电杆(3)之间为轴承连接，导轨及翻转机构(7)的Z型支架(77)与底面法兰(11)由螺钉实现硬链接；将上述装置放入一耐压腔体(2)中；该机构能够快速、准确对垂直和60°倾斜表面进行电荷测量，对于分析GIS/GIL中表面电荷积聚和金属微粒与沿面闪络故障之间的规律具有重要的实际意义。

Description

一种考虑金属微粒影响的旋转式电荷测量机构

技术领域

本发明涉及一种考虑金属微粒影响的旋转式电荷测量机构，属于气固界面电荷测量领域。

背景技术

绝缘子表面电荷积聚是气体绝缘系统(GIS)/直流气体绝缘输电线路(GIL)设备中沿面闪络故障的主要影响因素，同时金属微粒对表面电荷积聚具有显著影响，因而对绝缘子表面电荷测量并考虑金属微粒影响具有重要的实际意义。目前，电容探头法是应用最为广泛的电荷测量方法，但其并不能实现在线测量。此外，由于目前的电荷测量方法不能实现在线测量，而当外施电压停止后，试品的表面电荷将会消散。通过电机控制导轨，使探头按照设计路径进行电荷测量是目前提高测量速度和精度的主要方式，而步进电机、可编程控制器和高精度导轨是其重要组成部分。步进电机与可编程控制器的组合能够实现快速测量，而高精度导轨能提高探测值与编程坐标的对应性。

对于测量绝缘子表面电荷的实际需求，要能满足以下要求：实现绝缘子全表面电荷测量，即具有360°探测能力和水平移动能力；施加电压阶段，探头远离电极；进行测量时，探头移动到指定位置；探头标定合理。

电容探头设计机理清晰、简单，目前采用的电容探头分为两类：自行设计的探头和成品探头。其中，自行设计的探头制作尺度灵活，易于加工及试验平台装配，但存在探头精度标定不明确和稳定性问题；而成品探头在精度及稳定性方面较为突出，但对于应用于试验平台方面具有一定局限性。为模拟实际GIS/GIL设备中应用的盆式绝缘子和柱式绝缘子，试验中试品通常分为两种：圆台形结构和圆柱式结构。

而对于金属微粒方面，通常采用导电胶将金属微粒粘附于绝缘件表面，以模拟金属微粒附着绝缘子表面的情况

综上，实现绝缘子表面电荷测量能在满足绝缘件360°旋转的前提下达到快速、精确测量。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种考虑金属微粒影响的新型旋转式多功能电荷测量机构。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种考虑金属微粒影响的新型旋转式多功能电荷测量机构。其特征在于在立式放置的导电杆3上由上至下依次安装升降装置1、上电极8、绝缘件9、地电极10和360°旋转机构5；360°旋转机构5与地电极10连接，绝缘件9下端与地电极10连接，绝缘件9上端与上电极8连接，360°旋转机构5控制地电极10的旋转带动绝缘件9实现360°旋转，上电极8也随绝缘件9旋转，上电极8与导电杆3之间为轴承连接，导轨及翻转机构7的Z型支架77与底面法兰11由螺钉实现硬链接；将上述装置放入一耐压腔体2中，仅升降装置1露在耐压腔体2的外面，耐压腔体2底部安装绝缘支撑件6；

所述耐压腔体2的腔壁上有一个充气及放气三通21，充气及放气三通21对面腔壁上有一操作窗4，在充气及放气三通21与操作窗4连接线的垂直方向上的两侧腔壁上各有一观察窗甲24和观察窗乙25，观察窗甲24与操作窗4之间的腔壁上有一气压表孔23，充气及放气三通21与观察窗甲24之间的腔壁上有一抽真空口22；

所述导轨及翻转机构7由电容探头71、夹具72、电容探头的配套导轨控制机构73、前后移动滑块及导轨74、60°及90°翻转机构75、前后移动控制机构76和Z型支架77组成；在Z型支架77上安装前后移动滑块及导轨74，在前后移动滑块及导轨74上面安装60°及90°翻转机构75，在电容探头的配套导轨控制机构73上安装夹具72，在夹具72上安装电容探头71，电容探头的配套导轨控制机构73的一端通过60°及90°翻转机构75的轴与前后移动控制机构76的一端相连。

所述耐压腔体2能承受高达0.6MPa的气压，满足纯SF₆或SF₆/N₂混合气体不同气压试验条件的要求。

所述360°旋转机构5能够带动绝缘件9实现360°旋转控制，同时为满足不同高度绝缘件的测量要求，上电极8与导电杆3采用轴承设计并有上下螺杆控制导电杆3升降，行程达0～40mm。

所述电容探头及其配套导轨控制机构73能连续测量，精度达0.2mm，在实现控制探头直线运动的同时，其配套机构设计有两个限位档位，能实现对垂直和60°倾斜表面进行电荷测量，以满足圆台形绝缘件和圆柱形绝缘件的试验要求。

所述前后移动控制机构76用于控制电容探头1及电容探头的拍套导轨控制机构73在施加电压时远离高压电极；而在进行电荷测量时，将测量部件移动到指定测量位置；设计多个档位对前后移动控制机构76进行控制，其中为保证实验的安全性，前后移动控制机构76的操作部分位于封闭的耐压腔体2的外侧。

本发明的有益效果为：该机构具有功能全面，控制方便，安全可靠等优点，能够实现绝缘件表面电荷的快速、准确测量，对于分析GIS/GIL中表面电荷积聚和金属微粒与沿面闪络故障之间的规律具有重要的实际意义。

附图说明

图1本发明的考虑金属微粒影响的旋转式电荷测量机构图

图2耐压腔体配置俯视图

图3导轨及翻转机构结构图

图中标号：

1-升降装置；2-耐压腔体；3-导电杆；4-操作窗；5-360°旋转机构；6-绝缘支撑件；7-导轨及翻转机构；8-上电极；9-绝缘件；10-地电极；11-底面法兰；

21-充气及放气三通；22-抽真空口；23-气压表孔；24-观察窗甲；25-观察窗乙；

71-电容探头；72-夹具；73-电容探头的配套导轨控制机构；74-前后移动滑块及导轨；75-60°及90°翻转机构；76-前后移动控制机构；77-Z型支架；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

考虑金属微粒影响的新型旋转式多功能电荷测量机构，本实施例采用两套步进电机及控制器、高精度导轨、成品迷你型电容探头555P-4、探头部件水平移动控制机构。其中一套步进电机系统用于带动实现绝缘件9的360°旋转，为满足此要求，平台系统中的上电极8与导电杆3之间设计为轴承连接，既保证上电极8随绝缘件9和地电极10实现360°旋转，又能满足与导电杆3的良好接触。另一套步进电机系统用于控制包裹电容探头71的夹具72使电容探头71沿绝缘件母线做直线运动。前后移动控制机构76用于控制电容探头71及电容探头的配套导轨控制机构73在施加电压时远离高压电极；而在进行电荷测量时，将测量部件移动到指定测量位置。

考虑金属微粒影响的新型旋转式多功能电荷测量机构特殊设计部分：

1、为模拟实际GIS/GIL设备中纯SF6或SF6/N2混合气体的情况，整个电荷测量机构装备在能够耐受0.6MPa的腔体内。

2、为模拟盆式绝缘子和柱式绝缘子，分别设计了高度为30mm的圆台形绝缘件和高度分别为20mm、30mm、40mm的圆柱形绝缘件。为实现电极间隙的调整以满足绝缘件高度设计，导电杆处设计升降装置，能够带动上电极实现0～40mm行程的移动。

3、针对不同的绝缘件9，电容探头71探测表面电荷时的位置也是变化的。为实现此功能，在包裹电容探头71的夹具72上设计多个限位档位，能通过控制电容探头71伸缩距离满足不同绝缘件9的测量要求。

4、对于圆台形绝缘件和圆柱形绝缘件不同的侧面形式，专门设计翻转机构，以实现探头及其移动导轨部分具有60°和90°调节能力。

5、所述前后移动控制机构76用于控制电容探头1及电容探头的拍套导轨控制机构73在施加电压时远离高压电极；而在进行电荷测量时，将测量部件移动到指定测量位置；设计多个档位对前后移动控制机构76进行控制，其中为保证实验的安全性，前后移动控制机构76的操作部分位于封闭的耐压腔体2的外侧。

试验预处理阶段

1)选定试验用绝缘件9类型及尺寸，并基于此调整电容探头71及电容探头的配套导轨控制机构倾角，同时调整导电杆3以使电极间隙满足绝缘件9尺寸要求；对于探究附着金属微粒对表面电荷积聚影响的试验，需在此步将试验用金属微粒用导电胶粘附于绝缘件9指定位置；

2)调节前后移动控制机构76，使电容探头71远离高压电极；

3)封闭耐压腔体2，并对耐压腔体2进行抽真空处理，当满足真空度要求后，对耐压腔体2充入试验用纯SF₆或SF₆/N₂混合气体达到指定压强。

试验加压阶段

1)加电压，调节外施电压到试验用电压值，并保持电压值2h。

表面电荷测量阶段

1)撤掉外施电压；

2)调节前后移动控制机构76到指定限位档位，将测量部件移动到指定测量位置；

3)电容探头的配套导轨控制机构73及360°旋转机构5共同配合，按照控制器编程程序对绝缘件9表面进行电荷测量，测量数据由静电电压表获得并进行存储。

试验结束处理阶段

1)电荷测量完成后，停止电机，对设备进行放电处理；

2)调节前后移动控制机构76，使探头远离高压电极；

3)释放耐压腔体2内纯SF₆或SF₆/N₂混合气体；

4)打开耐压腔体2，对绝缘件9进行清理，为下一次试验做准备。

Claims (5)

1.一种考虑金属微粒影响的旋转式电荷测量机构，其特征在于，在立式放置的导电杆(3)由上至下依次安装升降装置(1)、上电极(8)、绝缘件(9)、地电极(10)和360°旋转机构(5)；360°旋转机构(5)与地电极(10)连接，绝缘件(9)下端与地电极(10)连接，绝缘件(9)上端与上电极(8)连接，360°旋转机构(5)控制地电极(10)的旋转带动绝缘件(9)实现360°旋转，上电极(8)也随绝缘件(9)旋转，上电极(8)与导电杆(3)之间为轴承连接，导轨及翻转机构(7)的Z型支架(77)与底面法兰(11)由螺钉实现硬链接；将上述装置放入一耐压腔体(2)中，仅升降装置(1)露在耐压腔体(2)的外面，耐压腔体(2)底部安装绝缘支撑件(6)；

所述耐压腔体(2)的腔壁上有一个充气及放气三通(21)，充气及放气三通(21)对面腔壁上有一操作窗(4)，在充气及放气三通(21)与操作窗(4)连接线的垂直方向上的两侧腔壁上各有一观察窗甲(24)和观察窗乙(25)，观察窗甲(24)与操作窗(4)之间的腔壁上有一气压表孔(23)，充气及放气三通(21)与观察窗甲(24)之间的腔壁上有一抽真空口(22)；

所述导轨及翻转机构(7)由电容探头(71)、夹具(72)、电容探头的配套导轨控制机构(73)、前后移动滑块及导轨(74)、60°及90°翻转机构(75)、前后移动控制机构(76)和Z型支架(77)组成；在Z型支架(77)上安装前后移动滑块及导轨(74)，在前后移动滑块及导轨(74)上面安装60°及90°翻转机构(75)，在电容探头的配套导轨控制机构(73)上安装夹具(72)，在夹具(72)上安装电容探头(71)，电容探头的配套导轨控制机构(73)的一端通过60°及90°翻转机构(75)的轴与前后移动控制机构(76)的一端相连。

2.根据权利要求1所述的一种考虑金属微粒影响的旋转式电荷测量机构，其特征在于，所述耐压腔体(2)能承受高达0.6MPa的气压，满足纯SF₆或SF₆/N₂混合气体不同气压试验条件的要求。

3.根据权利要求1所述的一种考虑金属微粒影响的旋转式电荷测量机构，其特征在于，所述360°旋转机构(5)能够带动绝缘件(9)实现360°旋转控制，同时为满足不同高度绝缘件的测量要求，上电极(8)与导电杆(3)采用轴承设计并有上下螺杆控制导电杆(3)升降，行程达0～40mm。

4.根据权利要求1所述的一种考虑金属微粒影响的旋转式电荷测量机构，其特征在于，所述电容探头及其配套导轨控制机构(73)能连续测量，精度达0.2mm，在实现控制探头直线运动的同时，其配套机构设计有两个限位档位，能实现对垂直和60°倾斜表面进行电荷测量，以满足圆台形绝缘件和圆柱形绝缘件的试验要求。

5.根据权利要求1所述的一种考虑金属微粒影响的旋转式电荷测量机构，其特征在于，所述前后移动控制机构(76)用于控制电容探头(1)及电容探头的拍套导轨控制机构(73)在施加电压时远离高压电极；而在进行电荷测量时，将测量部件移动到指定测量位置；设计多个档位对前后移动控制机构(76)进行控制，其中为保证实验的安全性，前后移动控制机构(76)的操作部分位于封闭的耐压腔体(2)的外侧。