CN107422195B - 复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置及其方法，进行表面电荷测量时，将试品置于支撑盘上，且位于放电电极的下方，通过直流电源对放电电极施加直流电压，放电电极电晕放电在试品的表面逐渐积聚电荷，将试品移动至静电探头的下方，试品积聚的电荷通过静电感应在静电探头的表面产生悬浮电势，通过测量感应电荷和静电探头对试品表面之间的等效电容的比值可以得到静电探头的电压，将静电探头测得的电压信号传输至数据采集处理器上，数据采集处理器对电压信号采集和处理。本案中采用静电探头避免了其与试品之间存在放电的风险，另外由于静电探头与试品之间存在耦合电容，能够有效降低测量误差，提高了对试品表面电荷测量的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置及其方法。
背景技术
复合绝缘子具有重量轻、强度高、制造安装方便以及能够耐污闪等优点，被广泛应用在输电线路中，不仅有效防止了大范围的污闪事故发生，而且很大程度上降低了污秽地图运行维护等具体工作强度，取得了不错的运行效果。采用复合绝缘子成功解决了我国在污秽地区的输电线路和变电站存在外绝缘污闪的问题。
应用于超、特高压直流输电线路的复合绝缘子，在挂网运行的过程中，不但需要承受强电场和各种应力的综合作用，还要受日晒、强风、雨水、沙尘、高温、寒冷等恶劣天气和环境侵蚀的影响。高海拔地区尤其应注意较强的紫外线照射对硅橡胶材料老化的影响，这会影响到复合绝缘子的剩余寿命。在长期承受运行线路不同应力和恶劣环境的影响下，即便硅橡胶材料的性能稳定，但它仍然是一种由共价键构成的有机高分子材料，主要包含硅氧键和硅碳键，这种原子键之间的作用力比玻璃和陶瓷中的结合健更小，材料老化成为无法避免的问题。除此之外，不同的绝缘子结构、制造工艺以及材料配方也会影响复合绝缘子的材料老化。
近年来，考虑的复合绝缘子积聚的表面电荷对其闪络电压的影响，研究绝缘材料表面电荷消散特性变得尤为迫切。因此，在实际电力系统中，通过复合绝缘子伞裙的表面电荷测试提取材料的老化特征是值得研究的方向。然而传统通过复合绝缘子伞裙的表面电荷测试装置存在较大误差，无法保证测量的准确度。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够有效降低测量误差，提高测量的准确度的复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置及其方法。
一种复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置，包括：
支撑盘，用于支撑待测试的复合绝缘子伞裙试品；
电极组件，包括放电电极及支撑架，所述放电电极设置于所述支撑架上，所述放电电极与所述支撑盘间隔相对设置；
直流电源，与所述放电电极电连接，所述直流电源对所述放电电极施加直流电压；
静电探头，设置于所述支撑架上，且与所述放电电极间隔设置，所述静电探头与所述支撑盘间隔相对设置，所述静电探头用于对所述复合绝缘子伞裙试品的表面进行电荷测量；及
数据采集处理组件，包括数据采集处理器，所述数据采集处理器用于采集和处理通过所述静电探头测得的电压信号。
在其中一个实施例中，所述支撑盘可转动或可移动，用于将位于所述放电电极的下方的复合绝缘子伞裙试品移动至所述静电探头的下方。
在其中一个实施例中，还包括接地电极，所述接地电极设置于所述支撑盘上，测试时，所述接地电极位于所述待测试的复合绝缘子伞裙试品与所述支撑盘之间。
在其中一个实施例中，所述电极组件还包括第一旋转调节件，所述放电电极的一端通过所述第一旋转调节件设置于所述支撑架上，以调节所述放电电极的高度。
在其中一个实施例中，所述放电电极为针形电极或者网格状的金属网。
在其中一个实施例中，所述静电探头通过第二旋转调节件设置于所述支撑架上，以调节所述静电探头的高度。
在其中一个实施例中，所述数据采集处理组件还包括静电计及分压器，所述静电计与所述静电探头电连接，所述静电计与所述分压器及所述数据采集处理器电连接。
一种复合绝缘子伞裙表面电荷测试方法，包括以下步骤：
将测试的复合绝缘子伞裙试品置于支撑盘上；
使试品位于放电电极的下方，所述放电电极与所述复合绝缘子伞裙试品间隔相对；
通过直流电源对所述放电电极施加直流电压，通过所述放电电极的电晕放电在所述复合绝缘伞裙子试品的表面逐渐积聚电荷；
将所述复合绝缘子伞裙试品移动至静电探头下方，所述静电探头与所述复合绝缘子伞裙子试品间隔相对；
所述静电探头对所述复合绝缘子伞裙试品表面积聚电荷产生的电势进行测量；
将所述静电探头测得的电压信号传输至数据采集处理器。
在其中一个实施例中，测试前，用静电探头对所述待测试的复合绝缘子伞裙试品表面电势进行扫查，确保没有残余电荷。
在其中一个实施例中，步骤将所述静电探头测得的电压信号传输至数据采集处理器具体包括：
静电计将所述静电探头测得的电压信号进行记录并削弱；
分压器以预设比例进一步降低电压信号的强度；
数据采集处理器采集和处理经过进一步降低的电压信号。
上述复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置及其方法至少具有以下优点：
进行表面电荷测量时，将待测试的复合绝缘子伞裙试品置于支撑盘上，且试品位于放电电极的下方，放电电极与试品间隔相对，通过直流电源对放电电极施加直流电压，放电电极电晕放电在试品的表面逐渐积聚电荷，将试品移动至静电探头的下方，静电探头与试品间隔相对，试品积聚的电荷通过静电感应在静电探头的表面产生悬浮电势，悬浮电势取决于试品与静电探头之间的容性耦合，通过测量感应电荷和静电探头对试品表面之间的等效电容的比值可以得到静电探头的电压，将静电探头测得的电压信号传输至数据采集处理器上，数据采集处理器对电压信号采集和处理。本案中采用静电探头避免了其与试品之间存在放电的风险，另外由于静电探头与试品之间存在耦合电容，能够有效降低测量误差，提高了对试品表面电荷测量的准确度。
附图说明
图1为一实施方式中的复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置的示意图；
图2为图1中的局部示意图；
图3为图1中数据采集处理组件的示意图；
图4为一实施方式中的复合绝缘子伞裙表面电荷测试方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
请参阅图1，为一实施方式中的复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置10，该装置能够以电晕放电的形式在复合绝缘子伞裙试品20的表面积聚电荷，通过静电探头400对试品20表面的电荷进行检测。具体地，复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置10包括支撑盘100、电极组件200、直流电源300、静电探头400及数据采集处理组件500。
支撑盘100用于支撑待测试的复合绝缘子伞裙试品20。例如，支撑盘100可以为圆盘，支撑盘100可以为绝缘材质制成。支撑盘100可转动或可移动，因此可以带动试品20转动或移动，以改变试品20的位置。当然，在其它的实施方式中，也可以将支撑盘100固定，而通过单独使试品20移动或转动来改变位置即可。
具体到本实施方式中，复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置10还包括接地电极110，接地电极110设置于支撑盘100上，测试时，接地电极110位于待测试的复合绝缘子伞裙试品20与支撑盘100之间。经过几次试验后，支撑盘100本身也会积累电荷，因此会对试品20表面电荷的测试产生干扰。本实施方式中增加了接地电极110，接地电极110可以将支撑盘100上的电荷导走，进而保证支撑盘100本身不会对试品20电荷产生干扰。
请一并参阅图2，电极组件200包括放电电极210及支撑架220，放电电极210设置于支撑架220上，放电电极210与支撑盘100间隔相对设置。例如，放电电极210可以为针形电极，针形电极的直径可以为0.5mm。通过升高电压，针形电极产生电晕放电在试品20表面积聚电荷。当然，在其它的实施方式中，放电电极210还可以为网格状的金属网等等。
具体到本实施方式中，电极组件200还包括第一旋转调节件230，放电电极210的一端通过第一旋转调节件230设置于支撑架220上，以调节放电电极210的高度。具体地，第一旋转调节件230按照螺纹方式可以从竖直方向调节放电电极210的高度，以与试品20保持一定的距离。
请再次参阅图1，直流电源300与放电电极210电连接，直流电源300对放电电极210施加直流电压。具体地，直流电源300通过导线与放电电极210电连接，直流电源300能够提供20kV以内的正或负极性输出电压，输出电流为0～0.7mA。
静电探头400设置于支撑架220上，且与放电电极210间隔设置，静电探头400与支撑盘100间隔相对设置，静电探头400用于对复合绝缘子伞裙试品20的表面进行电荷测量。支撑盘100可转动或可移动，测试时，用于将位于放电电极210的下方的复合绝缘子伞裙试品20移动至静电探头400的下方。静电探头400可以为开尔文探头，以对试品20的表面积聚的电荷进行测试。
具体到本实施方式中，静电探头400通过第二旋转调节件(图未示)设置于支撑架220上，以调节静电探头400的高度。具体地，第二旋转调节件按照螺纹方式可以从竖直方向调节静电探头400的高度，以与试品20保持一定的距离。
静电探头400是基于静电感应法利用积聚表面的电荷密度以及电荷产生的感应静电场场强之间的容性耦合关系进行表面电荷测量。测量过程中，静电探头400与试品20的表面保持一定的距离。试品20表面积聚的电荷通过静电感应在静电探头400的表面产生悬浮电势，该悬浮电势取决于试品20与静电探头400之间的容性耦合。因此，通过测量感应电荷和静电探头400对试品20的表面之间的等效电容的比值可以得到静电探头400的电压。
请一并参阅图3，数据采集处理组件500包括静电计510、分压器520及数据采集处理器530。静电计510与静电探头400电连接，静电计510与分压器520及数据采集处理器530电连接，数据采集处理器530用于采集和处理通过静电探头400测得的电压信号。
具体到本实施方式中，静电探头400通过导线电连通静电计510，静电计510经导线先后连接分压器520和数据采集处理器530，静电计510将静电探头400测得的电压信号进行记录并削弱，在此基础上，分压器520以预定比例进一步降低电压信号的强度，从而使得数据采集处理器530可以实现电压信号的采集和处理。该预定比例可以为4：1。
上述复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置10的具体工作原理如下：
进行表面电荷测试时，将待测试的复合绝缘子伞裙试品20置于接地电极110上，通过第一旋转调节件230调整放电电极210的位置，使放电电极210正对于试品20的中心处，试品20位于放电电极210的正下方，放电电极210与试品20间隔相对，接地电极110位于支撑盘100上。通过直流电源300对放电电极210施加4kV的直流电压，放电电极210以电晕放电的形式在试品20的表面逐渐积聚电荷。
经过一定时间的电晕放电后，立即通过旋转支撑盘100将试品20移动至静电探头400的正下方，静电探头400正对着试品20的中心并保持一定距离的间隔，静电探头400对试品20表面积聚的电荷产生的电势进行测量。此外，将静电探头400沿径向直线对试品20进行扫查，可获得试品20表面电势的分布情况。
静电计510将静电探头400测得的电压信号进行记录并削弱，在此基础上，分压器520以预定比例进一步降低电压信号的强度，从而使得数据采集处理器530可以实现电压信号的采集和处理。
本实施方式中采用静电探头400避免了其与试品20之间存在放电的风险，另外由于静电探头400与试品20之间存在耦合电容，能够有效降低测量误差，提高了对试品20表面电荷测量的准确度。
请参阅图4，本发明还提供一种复合绝缘子伞裙表面电荷测试方法，具体包括以下步骤：
步骤S110，将测试的复合绝缘子伞裙试品20置于支撑盘100上。支撑盘100用于支撑待测试的复合绝缘子伞裙试品20。例如，支撑盘100可以为圆盘，支撑盘100可以为绝缘材质制成。支撑盘100可转动或可移动，因此可以带动试品20转动或移动，以改变试品20的位置。当然，在其它的实施方式中，也可以将支撑盘100固定，而通过单独使试品20移动或转动来改变位置即可。
具体到本实施方式中，复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置10还包括接地电极110，接地电极110设置于支撑盘100上，测试时，接地电极110位于待测试的复合绝缘子伞裙试品20与支撑盘100之间。经过几次试验后，支撑盘100本身也会积累电荷，因此会对试品20表面电荷的测试产生干扰。本实施方式中增加了接地电极110，接地电极110可以将支撑盘100上的电荷导走，进而保证支撑盘100本身不会对试品20电荷产生干扰。
步骤S120，测试前，用静电探头400对待测试的复合绝缘子伞裙试品20表面电势进行扫查，确保没有残余电荷。
步骤S130，使试品20位于放电电极210的下方，放电电极210与复合绝缘子伞裙试品20间隔相对。放电电极210相对于试品20的高度可通过第一旋转调节件230调节，以保证放电电极210与试品20之间具有一定的间距。
步骤S140，通过直流电源300对放电电极210施加直流电压，通过放电电极210的电晕放电在复合绝缘伞裙子试品20的表面逐渐积聚电荷。
步骤S150，将复合绝缘子伞裙试品20移动至静电探头400下方，静电探头400与复合绝缘子伞裙子试品20间隔相对。例如，可以通过转动或移动支撑盘100的方式，将试品20从放电电极210的下方移动至静电探头400的下方。
步骤S160，静电探头400对复合绝缘子伞裙试品20表面积聚电荷产生的电势进行测量。静电探头400是基于静电感应法利用积聚表面的电荷密度以及电荷产生的感应静电场场强之间的容性耦合关系进行表面电荷测量。测量过程中，静电探头400与试品20的表面保持一定的距离。试品20表面积聚的电荷通过静电感应在静电探头400的表面产生悬浮电势，该悬浮电势取决于试品20与静电探头400之间的容性耦合。因此，通过测量感应电荷和静电探头400对试品20的表面之间的等效电容的比值可以得到静电探头400的电压。
步骤S170，将静电探头400测得的电压信号传输至数据采集处理器530。具体地，步骤S170包括：
步骤S171，静电计510将所述静电探头400测得的电压信号进行记录并削弱。
步骤S172，分压器520以预设比例进一步降低电压信号的强度。
步骤S173，数据采集处理器530采集和处理经过进一步降低的电压信号。
本实施方式中采用静电探头400避免了其与试品20之间存在放电的风险，另外由于静电探头400与试品20之间存在耦合电容，能够有效降低测量误差，提高了对试品20表面电荷测量的准确度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置，其特征在于，包括：
支撑盘，用于支撑待测试的复合绝缘子伞裙试品；
电极组件，包括放电电极及支撑架，所述放电电极设置于所述支撑架上，所述放电电极与所述支撑盘间隔相对设置；
直流电源，与所述放电电极电连接，所述直流电源对所述放电电极施加直流电压；
静电探头，设置于所述支撑架上，且与所述放电电极间隔设置，所述静电探头与所述支撑盘间隔相对设置，所述静电探头用于对所述复合绝缘子伞裙试品的表面进行电荷测量；
数据采集处理组件，包括数据采集处理器、静电计以及分压器，所述数据采集处理器用于采集和处理通过所述静电探头测得的电压信号，所述静电计与所述静电探头电连接，所述静电计与所述分压器及所述数据采集处理器电连接；以及
接地电极，设置于所述支撑盘上，测试时，所述接地电极位于待测试的所述复合绝缘子伞裙试品与所述支撑盘之间；
其中，所述支撑盘可转动或可移动，用于将位于所述放电电极的下方的复合绝缘子伞裙试品移动至所述静电探头的下方。
2.根据权利要求1所述的复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置，其特征在于，所述电极组件还包括第一旋转调节件，所述放电电极的一端通过所述第一旋转调节件设置于所述支撑架上，以调节所述放电电极的高度。
3.根据权利要求1所述的复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置，其特征在于，所述放电电极为针形电极或者网格状的金属网。
4.根据权利要求1所述的复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置，其特征在于，所述静电探头通过第二旋转调节件设置于所述支撑架上，以调节所述静电探头的高度。
5.一种复合绝缘子伞裙表面电荷测试方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任意一项所述的复合绝缘子伞裙表面电荷测试装置中，所述测试方法包括以下步骤：
将测试的复合绝缘子伞裙试品置于支撑盘上；
使试品位于放电电极的下方，所述放电电极与所述复合绝缘子伞裙试品间隔相对；
通过直流电源对所述放电电极施加直流电压，通过所述放电电极的电晕放电在所述复合绝缘子伞裙试品的表面逐渐积聚电荷；
将所述复合绝缘子伞裙试品移动至静电探头下方，所述静电探头与所述复合绝缘子伞裙试品间隔相对；
所述静电探头对所述复合绝缘子伞裙试品表面积聚电荷产生的电势进行测量；
将所述静电探头测得的电压信号传输至数据采集处理器。
6.根据权利要求5所述的复合绝缘子伞裙表面电荷测试方法，其特征在于，测试前，用静电探头对待测试的所述复合绝缘子伞裙试品表面电势进行扫查，确保没有残余电荷。
7.根据权利要求5所述的复合绝缘子伞裙表面电荷测试方法，其特征在于，步骤将所述静电探头测得的电压信号传输至数据采集处理器具体包括：
静电计将所述静电探头测得的电压信号进行记录并削弱；
分压器以预设比例进一步降低电压信号的强度；
数据采集处理器采集和处理经过进一步降低的电压信号。
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