固體聚合物電介質表面電荷測量系統(tǒng)設計與實驗研究.pdf

1、近年來，聚合物固體絕緣電介質廣泛地應用于氣體絕緣設備中，主要起導體支撐和絕緣的作用。然而，在外施電壓作用下，聚合物電介質制成的固體絕緣子表面會逐步積聚電荷，積聚的電荷不僅會畸變絕緣子附近的電場分布，還會為沿面放電過程的形成提供大量自由電荷，嚴重時可造成絕緣子沿面閃絡，導致氣體絕緣設備運行可靠性降低。相較于交流系統(tǒng)，直流電壓下絕緣子表面電荷積聚現(xiàn)象更加嚴重，已成為直流氣體絕緣設備安全運行的一大問題，受到本領域國內外學者的廣泛關注。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，對于提高直流氣體絕緣設備運行的可靠性具有十分重大的現(xiàn)實意義。
　　本文研制了一套采用有源靜電探頭法測量固體絕緣表面電荷的實驗系統(tǒng)，用于模擬直流下氣體絕緣設備內部固體絕緣表面的電荷積聚過程，從而研究電荷的積聚和消散特性。該實驗系統(tǒng)主要包括測量探頭、靜電電位計、GIS模擬罐體、三維操控機構、運動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)等。其中測量探頭和靜電電位計主要用于固體絕緣子表面積聚電荷的測量，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氣體絕緣設備內部的運行環(huán)境，能夠承受-0.1~+0.5MPa氣壓；三維操控機構和運動控制系統(tǒng)主要用于控制測量探頭對絕緣子表面進行全徑向、全角度的掃描，其軸向移動精度和轉動精度分別達到1mm和1°。
　　在此基礎上，研究了兩種基于表面電位測量的表面電荷反演計算方法，即有限元矩陣分析法和模擬電荷法，通過具體的算例計算表明，兩種方法的計算結果較為接近，但模擬電荷法計算過程簡單，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，對直流高壓下兩種不同外形絕緣子表面電荷的積聚過程進行了初步的實驗研究，發(fā)現(xiàn)加壓時間、幅值的增長會促進絕緣子表面電荷的積聚，電壓極性的改變會影響絕緣子表面電荷的分布，絕緣子表面的法向場強分量是絕緣子表面電荷積聚的根本原因，自由電荷通過氣體側傳導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、負電荷的消散過程，發(fā)現(xiàn)正、負電暈作用后，隨著