高压直流GIL三支柱绝缘子表面电荷测量平台及测量方法与流程

高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台及测量方法
技术领域
1.本技术涉及表面电荷测量技术领域，特别涉及一种高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台及测量方法。


背景技术：

2.气体绝缘输电线路(gas insulated line，gil)的绝缘系统是由绝缘子与绝缘气体组成。其中，绝缘子分为盆式绝缘子与三支柱绝缘子，主要用于支撑中心导杆以及保持其对地绝缘。gil绝缘子为掺杂al2o3的高电阻率环氧树脂，广泛应用于交流gil。但由于绝缘子表面电荷积聚，直流gil绝缘子仍然是制约直流gil发展的关键因素之一。这主要是因为，gil绝缘子的表面电荷消散极其缓慢，容易导致沿面闪络。因此，为揭示绝缘子表面电荷分布特性，有必要建立表面电荷测量平台。
3.准确地测量绝缘子表面电荷分布是研究电荷积聚的前提。相比于盆式绝缘子，三支柱绝缘子无法实现gil单元之间的气密封，导致其使用量较少。此外，三支柱绝缘子几何结构复杂。因此，对于三支柱绝缘子表面电荷的观测滞后于盆式绝缘子。黎卫国等人于试验腔体的上下两侧分别开设测量腔，通过电荷扫描控制机构实时调整测量探头的轴向位置，结合旋转控制器，从而实现支柱绝缘子腿部区域的表面电荷的测量。此外，为了测量支柱绝缘子腹部区域的表面电荷，于下侧测量腔铺设静电探头导轨。因此，该测量系统可实现整个三支柱绝缘子表面电荷的测量。
4.为了提高测量的准确性，静电探头与被测绝缘子表面之间的距离仅3mm左右。因此，被测绝缘子表面周围电场不可避免地受探头支架的影响，从而降低了测量的准确性。此外，绝缘子表面电荷分布取决于周围电场分布。于试验腔体上下侧开设测量腔，改变了初始的同轴圆柱结构，容易畸变原有的电场分布。因此，测量系统的准确性较低。
5.本发明提出的三支柱绝缘子表面电荷测量平台，基于静电探头位置控制系统调整探头的扫描轨迹，简化了探头支架，减少了探头支架对测量结果的影响。采用t型试验管道，避免了对绝缘子周围电场的影响，从而提高了测量的准确性。


技术实现要素：

6.本技术提供一种高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台及测量方法，提高了三支柱绝缘子表面电荷测量的准确性。
7.本技术第一方面实施例提供一种高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台，包括：移动装置，用于控制被测三支柱绝缘子移动；静电探头位置控制装置，用于控制所述静电探头的位置，实现所述静电探头沿所述被测三支柱绝缘子的轴向运动和绕所述被测三支柱绝缘子的旋转运动；探头支架，所述探头支架的一端安装所述静电探头，另一端与所述静电探头位置控制装置连接，用于调整所述静电探头与所述被测三支柱绝缘子表面的角度；控制件，所述控制件与所述移动装置和静电探头位置控制装置连接，用于控制所述移动装置将所述被测三支柱绝缘子移动至所述静电探头的预设范围内，控制所述静电探头位置
控制装置使得所述静电探头绕所述被测三支柱绝缘子的中心轴旋转和所述探头支架同步自转的同时所述静电探头垂直于所述被测三支柱绝缘子，使得所述静电探头沿所述被测三支柱绝缘子中心轴的移动，通过调整所述静电探头与所述被测三支柱绝缘子表面的角度，完成整个所述被测三支柱绝缘子表面电荷的测量；数据采集系统，用于采集所述静电探头采集的所述被测三支柱绝缘子的表面电荷，并对表面电荷进行显示。
8.可选地，在本技术的一个实施例中，所述移动装置包括：水平滑轨；接地环，所述接地环设置于所述水平滑轨上，沿所述水平滑轨在水平方向移动；中心导杆，所述中心导杆内嵌于高压导杆内部，设置于所述水平滑轨上方，且与所述水平滑轨平行，所述中心导杆一端设置支撑三支柱绝缘子，所述支撑三支柱绝缘子竖直设置，与所述接地环刚性连接，所述中心导杆另一端设置所述被测三支柱绝缘子，所述被测三支柱绝缘子竖直设置，与所述接地环通过滚轮滑动连接。
9.可选地，在本技术的一个实施例中，所述静电探头位置控制装置包括：x轴滑轨；y轴滑轨，所述y轴滑轨与所述x轴滑轨相连，且与x轴滑轨垂直，通过y轴滑轨与所述x轴滑轨控制所述静电探头绕所述被测三支柱绝缘子旋转；z轴滑轨，所述z轴滑轨与所述y轴滑轨相连，控制所述静电探头沿被测支柱轴向的运动。
10.可选地，在本技术的一个实施例中，所述探头支架与所述静电探头之间通过环氧树脂片保持电气绝缘。
11.可选地，在本技术的一个实施例中，所述探头支架为空心铝合金管。
12.可选地，在本技术的一个实施例中，所述控制件包括：第一步进电机，所述第一步进电机安装于所述x轴滑轨上，所述第一步进电机的旋转轴与所述探头支架刚性连接，控制所述探头支架旋转并带动所述静电探头，保持静电探头的有效测量区域始终位于所述被测三支柱绝缘子表面。
13.可选地，在本技术的一个实施例中，所述数据采集系统包括：trek静电电压计，用于输出所述静电探头采集的表面电荷；示波器，用于对表面电荷进行显示。
14.可选地，在本技术的一个实施例中，还包括：t型试验管道，所述测量平台设置于所述t型试验管道内部。
15.本技术第二方面实施例提供一种高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量方法，利用上述实施例所述的高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台，在测量之前，断开外施电压，高压导杆接地，所述测量方法包括以下步骤：控制移动装置将被测三支柱绝缘子移动至静电探头的预设范围内；控制静电探头位置控制装置，将所述静电探头移动至所述被测三支柱绝缘子预设距离位置，并控制所述静电探头绕所述被测三支柱绝缘子腿部区域的中心轴旋转的同时，控制探头支架自转，完成所述被测三支柱绝缘子腿部区域的圆周方向的表面电荷测量；控制所述静电探头位置控制装置，调整所述静电探头于所述被测三支柱绝缘子表面的角度，并控制所述静电探头沿所述移动装置的水平方向移动，以测量所述被测三支柱绝缘子腹部区域的表面电荷，完成整个所述被测三支柱绝缘子表面电荷的测量。
16.可选地，在本技术的一个实施例中，还包括：利用数据采集系统采集整个所述被测三支柱绝缘子的表面电荷，并进行显示。
17.本技术实施例提出的高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台及方法，通过控制移动装置将被测三支柱绝缘子移动至静电探头的预设范围内，控制静电探头位置控制
装置使得静电探头绕被测三支柱绝缘子的中心轴旋转和探头支架同步自转的同时静电探头垂直于被测三支柱绝缘子，使得静电探头沿被测三支柱绝缘子中心轴的移动，通过调整静电探头与被测三支柱绝缘子表面的角度，完成整个被测三支柱绝缘子表面电荷的测量。
18.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
19.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1为根据本技术实施例提供的一种高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台示意图；
21.图2为根据本技术实施例提供的一种具体地高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台示意图；
22.图3为根据本技术实施例提供的一种静电探头测量轨迹示意图；
23.图4为根据本技术实施例提供的一种高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量方法的流程图。
具体实施方式
24.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
25.具体而言，图1为根据本技术实施例提供的一种高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台示意图。
26.如图1所示，该高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台包括：移动装置100、静电探头位置控制装置200、探头支架300、控制件400和数据采集系统500。
27.其中，移动装置100，用于控制被测三支柱绝缘子移动。
28.静电探头位置控制装置200，用于控制静电探头的位置，实现静电探头沿被测三支柱绝缘子的轴向运动和绕被测三支柱绝缘子的旋转运动。
29.探头支架300，探头支架的一端安装静电探头，另一端与静电探头位置控制装置连接，用于调整静电探头与被测三支柱绝缘子表面的角度。
30.控制件400，控制件与移动装置和静电探头位置控制装置连接，用于控制移动装置将被测三支柱绝缘子移动至静电探头的预设范围内，控制静电探头位置控制装置使得静电探头绕被测三支柱绝缘子的中心轴旋转和探头支架同步自转的同时静电探头垂直于被测三支柱绝缘子，使得静电探头沿被测三支柱绝缘子中心轴的移动，通过调整静电探头与被测三支柱绝缘子表面的角度，完成整个被测三支柱绝缘子表面电荷的测量。
31.数据采集系统500，用于采集静电探头采集的被测三支柱绝缘子的表面电荷，并对表面电荷进行显示。
32.结合图2所示，移动装置100包括：
33.水平滑轨；
34.接地环，接地环设置于水平滑轨上，沿水平滑轨在水平方向移动；
35.中心导杆，中心导杆内嵌于高压导杆内部，设置于水平滑轨上方，且与水平滑轨平行，中心导杆一端设置支撑三支柱绝缘子，支撑三支柱绝缘子竖直设置，与接地环刚性连接，中心导杆另一端设置被测三支柱绝缘子，被测三支柱绝缘子竖直设置，与接地环通过滚轮滑动连接。
36.1号三支柱绝缘子为被测三支柱绝缘子，2号三支柱绝缘子为1号绝缘子提供机械支撑。1号绝缘子与接地环之间通过滚轮连接，2号绝缘子与接地环刚性连接。2号接地环固定于水平滑轨的滑轨上，通过步进电机实现水平位置的调整。中心导杆内嵌于高压导杆内，时刻保持良好的接触。因此，采用水平滑轨通过2号绝缘子驱动中心导电，从而实现1号绝缘子的水平运动。
37.结合图2所示，静电探头位置控制装置包括：
38.x轴滑轨；
39.y轴滑轨，y轴滑轨与x轴滑轨相连，且与x轴滑轨垂直，通过y轴滑轨与x轴滑轨控制静电探头绕被测三支柱绝缘子旋转；
40.z轴滑轨，z轴滑轨与y轴滑轨相连，控制静电探头沿被测支柱轴向的运动。
41.具体地，静电探头安装于探头支架的端部，与支架之间通过环氧树脂片保持电气绝缘。静电探头的初始安装角度，与被测支柱绝缘子表面垂直。探头支架为空心铝合金管，与步进电机旋转轴刚性连接。采用空心铝合金管作为探头支架，简化了探头支架，减少了探头支架对测量结果的影响。步进电机安装于x轴滑轨上，通过该电机旋转探头支架，从而保持静电探头的有效测量区域始终位于被测绝缘子表面。静电探头位置控制系统主要取决于x、y、z轴滑轨以及可旋转的探头支架。其中，xy轴垂直安装于z轴滑轨上，x轴固定于y轴滑轨，且与y轴垂直。通过z轴，可实现静电探头沿支柱绝缘子轴向的运动。基于xy轴，可实现静电探头绕支柱绝缘子的旋转运动。结合探头支架的自转，从而实现支柱绝缘子腿部区域表面电荷的测量，如图3所示。
42.可选地，控制件包括：第一步进电机，第一步进电机安装于x轴滑轨上，第一步进电机的旋转轴与探头支架刚性连接，控制探头支架旋转并带动静电探头，保持静电探头的有效测量区域始终位于被测三支柱绝缘子表面。
43.为了测量三支柱绝缘子腹部区域的表面电荷，于探头支架端部采用轻便型28步进电机调整静电探头的角度，保证探头垂直于绝缘子表面。静电探头沿中心导杆运动，从而测量三支柱绝缘子腹部区域的表面电荷。
44.可选地，数据采集系统包括：trek静电电压计，用于输出静电探头采集的表面电荷；示波器，用于对表面电荷进行显示。
45.数据采集系统500由trek静电电压计和示波器组成。静电探头采集的被测表面电势，由静电计输出至示波器实时存储。
46.每次测量之前，断开外施电压，高压导杆接地。由水平滑轨通过2号三支柱将1号三支柱推出接地环，悬空处理。静电探头由z轴滑轨驱动至距绝缘子表面3mm的位置。然后，静电探头基于xy轴滑轨绕支柱绝缘子腿部区域的中心轴旋转。同时，探头支架同步自转。沿圆周方向测量一圈之后，通过z轴调整静电探头沿支柱绝缘子腿部区域中心轴的位置，开始下一圈的测量。支柱绝缘子腿部区域测量完毕后，调整静电探头的角度。最后，沿中心导杆测
量三支柱绝缘子腹部区域，从而实现整个三支柱绝缘子表面电荷的测量。
47.如图2所示，还包括：t型试验管道，测量平台设置于t型试验管道内部。采用t型试验管道，避免了测量腔对绝缘子周围电场的影响，减少了探头支架对测量结果的影响，从而提高了测量的准确性。
48.本技术实施例提出的高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台，通过控制移动装置将被测三支柱绝缘子移动至静电探头的预设范围内，控制静电探头位置控制装置使得静电探头绕被测三支柱绝缘子的中心轴旋转和探头支架同步自转的同时静电探头垂直于被测三支柱绝缘子，使得静电探头沿被测三支柱绝缘子中心轴的移动，通过调整静电探头与被测三支柱绝缘子表面的角度，完成整个被测三支柱绝缘子表面电荷的测量。
49.其次参照附图描述根据本技术实施例提出的高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量方法。
50.图4为根据本技术实施例提供的一种高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量方法的流程图。
51.如图4所示，在测量之前，断开外施电压，高压导杆接地，测量方法包括以下步骤：
52.步骤s101，控制移动装置将被测三支柱绝缘子移动至静电探头的预设范围内。
53.步骤s102，控制静电探头位置控制装置，将静电探头移动至被测三支柱绝缘子预设距离位置，并控制静电探头绕被测三支柱绝缘子腿部区域的中心轴旋转的同时，控制探头支架自转，完成被测三支柱绝缘子腿部区域的圆周方向的表面电荷测量。
54.步骤s103，控制静电探头位置控制装置，调整静电探头于被测三支柱绝缘子表面的角度，并控制静电探头沿移动装置的水平方向移动，以测量被测三支柱绝缘子腹部区域的表面电荷，完成整个被测三支柱绝缘子表面电荷的测量。
55.可选地，在本技术的一个实施例中，高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量方法还包括：利用数据采集系统采集整个被测三支柱绝缘子的表面电荷，并进行显示。
56.需要说明的是，前述对高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量平台实施例的解释说明也适用于该实施例的高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量方法，此处不再赘述。
57.根据本技术实施例提出的高压直流gil三支柱绝缘子表面电荷测量方法，将被测三支柱绝缘子移动至静电探头的预设范围内；将静电探头移动至被测三支柱绝缘子预设距离位置，并控制静电探头绕被测三支柱绝缘子腿部区域的中心轴旋转的同时，控制探头支架自转，完成被测三支柱绝缘子腿部区域的圆周方向的表面电荷测量；调整静电探头于被测三支柱绝缘子表面的角度，并控制静电探头沿移动装置的水平方向移动，以测量被测三支柱绝缘子腹部区域的表面电荷，完成整个被测三支柱绝缘子表面电荷的测量图。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或n个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
59.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“n个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
60.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更n个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。