[发明专利]一种GIL环氧树脂表面电荷的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及GIL环氧树脂绝缘件表面的电荷测量技术领域，尤其涉及了一种基于直流脉冲联合作用下GIL环氧树脂表面电荷的测量方法。

背景技术

近年来，随着高压直流输电技术的发展，越来越多的国家开始关注和研究其在输电领域的优势，并建立了高压直流输电系统。气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)作为一种新型的输电方式，因其传输容量大、损耗小、可靠性高等优点，可以应用到大容量、长距离的高压直流输电系统中。环氧树脂制造成本低廉，具有优异的机械和电气性能，被用来制造GIL的主要绝缘部件，包括盆式绝缘子、支撑绝缘子、平板绝缘子等。GIL盆式绝缘子在运行过程中受外电场的影响，自由电荷会在其固气交界面累积形成表面电荷，而表面电荷的大量积累会使绝缘子表面电场发生畸变，降低绝缘子的耐受电压。研究表明，绝缘子的表面电荷积累对于沿面闪络的发生有着重要的影响。

GIL盆式绝缘子不同于其他绝缘系统的是在其实际运行过程中，不仅要承受正常的直流工作电压，还有可能承受因为操作过电压等原因引起的非正常脉冲过电压。GIL中绝缘子的特殊工作环境，使得对其工作状态和老化程度的研究比较复杂。因此，有必要对直流和脉冲电压联合作用下环氧树脂的表面电荷积聚和消散特性进行深入的研究以提高GIL的工作可靠性。这对于保证整个输电系统的安全运行都具有重要的学术价值和工程意义。

发明内容

基于现有技术，本发明提出了一种GIL环氧树脂表面电荷的测量方法，基于直流与脉冲联合作用下，通过对环氧树脂施加不同电压类型的电晕作用，再利用表面电位测量技术测量并记录树脂表面的电位分布和电荷消散过程，然后分析其内部的电荷输运特性，并能够准确判断环氧树脂的老化状态及寿命。

本发明的一种GIL环氧树脂表面电荷的测量装置，该装置包括高压充电装置和电位测量装置两部分，所述高压充电装置用于向被测环氧树脂表面注入电荷，所述电位测量装置用于进行被测环氧树脂表面的静电电位测量；其中，

所述高压充电装置中，针电极1位于被测环氧树脂表面中心的正上方，且针尖距离被测环氧树脂表面的高度是5mm，所述针电极1通过转换开关5分别与高压交流电源4和脉冲电源3相连接，在被测环氧树脂6的背面上紧贴有铝箔，作为背电极并接地；

所述电位测量装置中，静电电位计8与测量探头9连接，测量探头9距离被测环氧树脂表面的高度是3mm；所述静电电位计8的测量探头9与电机驱动的滑轨7连接，在电机的控制下精确地在被测环氧树脂表面上方横向移动，以测出被测环氧树脂表面不同位置的电位分布。

所述针电极1与转换开关5之间还连接一限流装置2。

本发明的一种GIL环氧树脂表面电荷的测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将待测GIL环氧树脂表面用酒精擦拭，并晾干10分钟；

步骤二、在待测GIL环氧树脂表面的背面贴上铝箔，此背面作为背电极并接地；

步骤三、将不同类型的电压作用施加至待测GIL环氧树脂表面，加压过程为电晕放电，通过转换开关迅速地切换施加在待测GIL环氧树脂表面上的高压直流电压和脉冲电压；不同类型的电晕作用是指直流电压、脉冲电压、直流与脉冲复合电压作用；电晕放电处理后的待测GIL环氧树脂表面被注入电荷，再进行待测环氧树脂表面电位测量过程，迅速对待测GIL环氧树脂表面不同位置的电位分布及电位消散测量结果进行记录；

步骤四、计算出电荷的入陷和出陷状态和试样的陷阱能级分布特性：

表面电荷的消散过程往往与试样表面的陷阱能级和陷阱密度有关系，陷阱能级E_m可以由下面的式子计算出来

E_m＝kTln(νt)(1)

其中，k为玻尔兹曼常数，且k＝1.38×10^-23J(单位：K)，T为实验温度(单位：K)，ν为被陷阱俘获的电荷的逃逸频率因子(单位：s^-1)，t为电荷消散的某个时间。

在某个时刻t，流过试样的电流密度J可表示为

其中，e为电子的电量(单位：C)，L为试样的厚度(单位：m)，t为表面电荷消散的某个时刻(单位：s)，N_t为陷阱能级密度分布函数。同时，t时刻的电流密度J也可由试样表面电位的衰减速率表示为