CN112415290A - 基于法珀腔光学测量的gis全景电荷测量系统 - Google Patents

基于法珀腔光学测量的gis全景电荷测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，包括腔体外壳，腔体外壳内部设置有转轴且一端穿出腔体外壳的顶部，转轴穿出腔体外壳的一端套接有外部操作机构，转轴位于腔体外壳内的一端垂直连接有水平绝缘导杆，水平绝缘导杆的两端分别垂直连接有竖直绝缘导杆a和竖直绝缘导杆b，竖直绝缘导杆a和竖直绝缘导杆b的底端连接有测试罩子，测试罩子的凹侧沿其圆周均匀的设置有若干基于法珀腔的光学测量传感器，测试罩子的顶部设置有空心的凸起，凸起与测试罩子连通，凸起内设置有高压电极，高压电极外部套接有屏蔽环，测试罩子的底端与腔体外壳连接并形成密闭的试验腔体，能够精准且全面的测量在同一时刻绝缘材料表面所有电荷的分布。

Description

基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统
技术领域
本发明属于绝缘子表面电荷测量技术领域，具体涉及一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统。
背景技术
随着我国电力输电的用电等级越来越高，高压、超高压以及特高压设备的飞速发展，对直流输电技术的要求也越来越严格。一种新型电能传输方式的气体绝缘开关电器(Gas Insulated Switchgear，以下简称GIS)是目前电力系统中广泛使用的电力开关设备，相比于传统的电力开关设备，GIS具有占地面积小、运行可靠性高、绝缘性能好且便于维修等优势。但在直流电压下，GIS内部的盆式绝缘子表面极易积聚大量电荷，这些积聚的电荷会导致绝缘子周围电场严重畸变，从而使得闪络电压下降，进而严重威胁GIS绝缘系统的运行稳定性。所以GIS内部绝缘子表面电荷分布的测量技术变得尤为重要，该技术可以研究绝缘子表面电荷的行为特性以便于探究电荷衰退的机理，因此该技术逐渐得到了大量研究者们的关注。深入研究绝缘子表面电荷积聚特性有助于提高GIS内部绝缘子的绝缘强度，提高电力输电线路和用电设备的稳定性。
现有的常用的绝缘子表面电荷测量技术主要有：粉尘图法、静电探头法。其中，粉尘图法是通过利用某些有色固体(如带正电的红色的Fb3O4，带负电的白黄色的S)会与绝缘材料的表面电荷发生吸附效应这一原理，通过对绝缘材料表面喷洒该固体材料可以根据颜色观察到表面电荷情况。该方法利于观察且操作简单，但不能定量测量表面电荷，特别是喷洒的粉尘固体材料有可能会改变绝缘材料的表面电荷分布。
静电探头测量表面电荷的方法是目前最常用的方法，操作简单，设备简易，成本低且易于操作。但同时也存在着许多缺陷，目前静电探头测量方法主要是对单个点，一条线或者整个表面的电荷进行测量。单个点测试只能获取该探头所能探测位置处的表面电荷信息，很难通过单点测试方法分析整个绝缘子表面电荷的分布以及表面电荷的衰退特性；一条线测量是通过移动探头沿着绝缘材料表面的一个方向运动测量绝缘材料的表面电荷，相比于单点测量一条线测量能比较多的测量表面电荷的分布情况，有利于研究电荷衰退特性；面测量法是运用探头沿着绝缘材料表面的长度和宽度方向(也就是在绝缘材料上建立一个X、Y坐标，静电探头可沿X、Y坐标方向移动)测量表面电荷，可以全面的测量表面电荷的分布，更有利于分析表面电荷衰退特性的研究。
但是以上方法所获得的绝缘子表面电荷信息不够精准，且在绝缘材料表面充电完成后都需要通过移动探头或者绝缘材料完成测量，随着时间的变化表面电荷逐渐衰退，在测量的过程中很难做到所测得的每一个位置的信息都是同一时间所测得的，会存在时间上的误差。此外，探头在移动的过程中很难保证每次所测的位置都相同，定位不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，能够精准并且全面的测量在同一时刻绝缘材料表面所有电荷的分布。
本发明所采用的技术方案是，一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，包括腔体外壳，腔体外壳内部设置有移动机构，移动机构的底部连接有测试机构，测试机构与腔体外壳的底端连接。
本发明的特点还在于，
移动机构包括转轴，转轴设置于腔体外壳的内部且一端穿出腔体外壳的顶部，转轴穿出腔体外壳的一端套接有外部操作机构，转轴位于腔体外壳内的一端垂直连接有水平绝缘导杆，水平绝缘导杆的两端分别垂直连接有竖直绝缘导杆a和竖直绝缘导杆b。
测试机构包括测试罩子，测试罩子分别与竖直绝缘导杆a和竖直绝缘导杆b连接，测试罩子的凹侧沿其圆周均匀的设置有若干基于法珀腔的光学测量传感器，测试罩子的顶部设置有空心的凸起，凸起与测试罩子连通，凸起内设置有高压电极，高压电极外部套接有屏蔽环，测试罩子的底端与腔体外壳连接并形成密闭的试验腔体。
测试罩子通过连接环与竖直绝缘导杆a、竖直绝缘导杆b连接。
基于法珀腔的光学测量传感器包括外壳，外壳内部顶端设置有陶瓷插针，陶瓷插针与光纤连接，光纤设置于外壳的外部且与外壳连接，外壳的底部粘接有压电薄膜，压电薄膜的上表面镀有上电极板，压电薄膜的下表面镀有下电极板，外壳与压电薄膜之间形成法珀腔，外壳与测试罩子连接。
基于法珀腔的光学测量传感器的个数为5个。
本发明的有益效果在于：本发明一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，在模拟绝缘子表面充电过程完成后，测试表面电荷时，可以在同一时刻测得绝缘材料所有表面的电荷分布情况，能够精准并且全面的测量在同一时刻绝缘材料表面所有电荷的分布，更有利于研究表面电荷衰退行为，对研究绝缘子表面电荷积聚机理以及闪络性能大有帮助。
附图说明
图1是本发明一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统的结构示意图；
图2是本发明一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统中测试罩子的俯视图；
图3是本发明一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统中测试罩的侧视图；
图4是本发明一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统中基于法珀腔的光学测量传感器的结构示意图。
图中，1.外部操作机构，2.腔体外壳，3.竖直绝缘导杆a，4.竖直绝缘导杆b，5.转轴，6.水平绝缘导杆，7.测试罩子，8.屏蔽环，9.高压电极，10.绝缘材料试样，11.连接环，12.基于法珀腔的光学测量传感器，13.光纤，14.陶瓷插针，15.外壳，16.法珀腔，17.上电极板，18.下电极板，19.压电薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，如图1所示，包括腔体外壳2，腔体外壳2内部设置有移动机构，移动机构的底部连接有测试机构，测试机构与腔体外壳2的底端连接。
移动机构包括转轴5，转轴5设置于腔体外壳2的内部且一端穿出腔体外壳2的顶部，转轴5穿出腔体外壳2的一端套接有外部操作机构1，外部操作机构1能够带动转轴5旋转及上下移动，转轴5位于腔体外壳2内的一端垂直连接有水平绝缘导杆6，水平绝缘导杆6的两端分别垂直连接有竖直绝缘导杆a3和竖直绝缘导杆b4。
测试机构包括测试罩子7，测试罩子7通过连接环11分别与竖直绝缘导杆a3和竖直绝缘导杆b4连接，如图2和图3所示，测试罩子7的凹侧沿其圆周均匀的设置有若干基于法珀腔的光学测量传感器12，所述测试罩子7的顶部设置有空心的凸起，凸起与测试罩子7连通，凸起内设置有高压电极9，高压电极9外部套接有屏蔽环8，测试罩子7的底端与腔体外壳2连接，测试罩子7、腔体外壳2与竖直绝缘导杆a3和竖直绝缘导杆b4形成密闭的试验腔体，基于法珀腔的光学测量传感器12的个数为5个。
如图4所示，基于法珀腔的光学测量传感器12包括外壳15，外壳15内部顶端设置有陶瓷插针14，陶瓷插针14与光纤13连接，光纤13设置于外壳15的外部且与外壳13连接，外壳15的底部粘接有压电薄膜19，压电薄膜19的上表面镀有上电极板17，压电薄膜19的下表面镀有下电极板18，外壳15与压电薄膜19之间形成法珀腔16，外壳15与测试罩子7连接。
本发明一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统的工作过程为：将绝缘材料试样10放置于测试罩子7下方，高压电极9置于绝缘材料试样10上，当中心的高压电极9未给绝缘材料试样10表面充电时，测试罩子7通过外部操作机构1控制转轴5以及水平绝缘导杆、竖直绝缘导杆a3、竖直绝缘导杆b4上下移动、旋转靠近绝缘材料试样10表面来测量表面电荷的分布情况，此时绝缘材料试样10表面是无电荷分布的；当中心的高压电极给绝缘材料试样10表面充电时，随着充电时间的加长，绝缘材料试样10表面会积聚大量的电荷，此时通过外部操作机构1控制转轴5以及水平绝缘导杆、竖直绝缘导杆a3、竖直绝缘导杆b4上下移动、旋转使测试罩子7靠近绝缘材料试样10，因为该测试罩子7内部装有基于法珀腔的光学测量传感器12，所以可在同一时刻测得绝缘材料整体表面的电荷分布情况。
当缘材料试样10表面积聚电荷时，带有基于法珀腔的光学测量传感器12的测试罩子7靠近缘材料试样10表面，距离为1mm，此时基于法珀腔的光学测量传感器12敏感侧的下电极板18会感应出相同数量的异极性电荷，从而与上电极板17形成一个电势差△u，使得压电薄膜19发生形变，改变了法珀腔16腔体的长度，腔体变化量为△l，腔体长度改变后陶瓷插针14接收光学信号经过光纤13连接入解调仪将光信号解析为电信号，表征出缘材料试样10表面电荷的分布情况。
通过上述方式，本发明一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，能够精准并且全面的测量在同一时刻绝缘材料表面所有电荷的分布，避免了时间上的误差对测试结果的影响，在模拟绝缘子表面充电过程完成后，测试表面电荷时，可以在同一时刻测得绝缘材料所有表面的电荷分布情况，打破了现有的测量技术在测量每个点处时存在时间先后的误差。

Claims (6)

1.一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，其特征在于，包括腔体外壳(2)，所述腔体外壳(2)内部设置有移动机构，所述移动机构的底部连接有测试机构，所述测试机构与腔体外壳(2)的底端连接。
2.根据权利要求1所述一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，其特征在于，所述移动机构包括转轴(5)，所述转轴(5)设置于腔体外壳(2)的内部且一端穿出腔体外壳(2)的顶部，所述转轴(5)穿出腔体外壳(2)的一端套接有外部操作机构(1)，所述转轴(5)位于腔体外壳(2)内的一端垂直连接有水平绝缘导杆(6)，所述水平绝缘导杆(6)的两端分别垂直连接有竖直绝缘导杆a(3)和竖直绝缘导杆b(4)。
3.根据权利要求2所述一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，其特征在于，所述测试机构包括测试罩子(7)，所述测试罩子(7)分别与竖直绝缘导杆a(3)和竖直绝缘导杆b(4)连接，所述测试罩子(7)的凹侧沿其圆周均匀的设置有若干基于法珀腔的光学测量传感器(12)，所述测试罩子(7)的顶部设置有空心的凸起，所述凸起与测试罩子(7)连通，所述凸起内设置有高压电极(9)，所述高压电极(9)外部套接有屏蔽环(8)，所述测试罩子(7)的底端与腔体外壳(2)连接并形成密闭的试验腔体。
4.根据权利要求3所述一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，其特征在于，所述测试罩子(7)通过连接环(11)与竖直绝缘导杆a(3)、竖直绝缘导杆b(4)连接。
5.根据权利要求3所述一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，其特征在于，所述基于法珀腔的光学测量传感器(12)包括外壳(15)，所述外壳(15)内部顶端设置有陶瓷插针(14)，所述陶瓷插针(14)与光纤(13)连接，所述光纤(13)设置于外壳(15)的外部且与外壳(13)连接，所述外壳(15)的底部粘接有压电薄膜(19)，所述压电薄膜(19)的上表面镀有上电极板(17)，所述压电薄膜(19)的下表面镀有下电极板(18)，所述外壳(15)与压电薄膜(19)之间形成法珀腔(16)，所述外壳(15)与测试罩子(7)连接。
6.根据权利要求3或5所述一种基于法珀腔光学测量的GIS全景电荷测量系统，其特征在于，所述基于法珀腔的光学测量传感器(12)的个数为5个。
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