固體聚合物電介質(zhì)表面電荷測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、近年來(lái),聚合物固體絕緣電介質(zhì)廣泛地應(yīng)用于氣體絕緣設(shè)備中,主要起導(dǎo)體支撐和絕緣的作用。然而,在外施電壓作用下,聚合物電介質(zhì)制成的固體絕緣子表面會(huì)逐步積聚電荷,積聚的電荷不僅會(huì)畸變絕緣子附近的電場(chǎng)分布,還會(huì)為沿面放電過(guò)程的形成提供大量自由電荷,嚴(yán)重時(shí)可造成絕緣子沿面閃絡(luò),導(dǎo)致氣體絕緣設(shè)備運(yùn)行可靠性降低。相較于交流系統(tǒng),直流電壓下絕緣子表面電荷積聚現(xiàn)象更加嚴(yán)重,已成為直流氣體絕緣設(shè)備安全運(yùn)行的一大問(wèn)題,受到本領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。因此,研

2、究直流高壓下絕緣子表面電荷的積聚和消散特性,對(duì)于提高直流氣體絕緣設(shè)備運(yùn)行的可靠性具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。
  本文研制了一套采用有源靜電探頭法測(cè)量固體絕緣表面電荷的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),用于模擬直流下氣體絕緣設(shè)備內(nèi)部固體絕緣表面的電荷積聚過(guò)程,從而研究電荷的積聚和消散特性。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括測(cè)量探頭、靜電電位計(jì)、GIS模擬罐體、三維操控機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)等。其中測(cè)量探頭和靜電電位計(jì)主要用于固體絕緣子表面積聚電荷的測(cè)量,可獲取絕緣

3、子表面電位分布信息;GIS模擬罐體用于模擬SF6氣體絕緣設(shè)備內(nèi)部的運(yùn)行環(huán)境,能夠承受-0.1~+0.5MPa氣壓;三維操控機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要用于控制測(cè)量探頭對(duì)絕緣子表面進(jìn)行全徑向、全角度的掃描,其軸向移動(dòng)精度和轉(zhuǎn)動(dòng)精度分別達(dá)到1mm和1°。
  在此基礎(chǔ)上,研究了兩種基于表面電位測(cè)量的表面電荷反演計(jì)算方法,即有限元矩陣分析法和模擬電荷法,通過(guò)具體的算例計(jì)算表明,兩種方法的計(jì)算結(jié)果較為接近,但模擬電荷法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單,精確度高,更

4、改方便,優(yōu)先推薦使用。接著采用平行平板電極,對(duì)直流高壓下兩種不同外形絕緣子表面電荷的積聚過(guò)程進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)加壓時(shí)間、幅值的增長(zhǎng)會(huì)促進(jìn)絕緣子表面電荷的積聚,電壓極性的改變會(huì)影響絕緣子表面電荷的分布,絕緣子表面的法向場(chǎng)強(qiáng)分量是絕緣子表面電荷積聚的根本原因,自由電荷通過(guò)氣體側(cè)傳導(dǎo)的方式是絕緣子表面電荷積聚的主要途徑。
  最后,采用電暈帶電法使圓柱形絕緣子表面積聚電荷,研究正電荷、負(fù)電荷的消散過(guò)程,發(fā)現(xiàn)正、負(fù)電暈作用后,隨著

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