[發明專利]一種同心圓環電極標度的方法及裝置

有效

• 申請號: 201611067217.X
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106646312B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 趙軍平;杜乾棟;吳治誠;馬徑坦;劉浩宇;李曉昂;張喬根;崔博源;何潔;陳允
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;國家電網公司;中國電力科學研究院;國網山東省電力公司檢修公司
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00;G01R29/24
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 張波濤;管瑩

本發明公開了一種同心圓環電極標度的方法，包括：將若干塊同心圓環電極電路板按照圓環直徑標號；將第圓環電極電路板上的圓環電極與直流電壓源連接；將靜電容探頭垂直放置在圓環中心；將靜電容探頭的輸出接至電位計；使用電橋測量第i塊圓環電極電路板上的圓環電極與距離d的探頭末端之間的電容C_i；將電橋移除，打開直流電壓源，對圓環電極R_i施加不同幅值的直流電壓。本發明公開了一種同心圓環電極標度的裝置。根據本發明所提供的對靜電容探頭進行標度的裝置和方法，可以分別獲得靜電容探頭在各個單環電極下的感應電壓，得到探頭在特定距離下的空間分辨率A_eqv，使靜電容探頭標度的準確性得到顯著提升。

技術領域

本發明屬于高壓設備用盆式絕緣子表面電荷測量領域，具體涉及對靜電容探頭標度方法的改進。

背景技術

SF₆金屬封閉開關設備(GIS)內部以SF₆氣體作為絕緣介質，具有良好的絕緣性能，被越來越廣泛地用于電力系統中。在GIS的連接母線中，盆式絕緣子起著隔離氣室、支撐導體和電氣絕緣等重要作用，但其在長時間交流或直流運行中，表面會有不同程度的電荷積聚，這些積聚電荷會畸變空間中的原有電場，嚴重時可能引發絕緣子沿面閃絡，導致GIS設備故障，造成巨大經濟損失。因此，研究盆式絕緣子在交直流或沖擊電壓作用下的表面電荷積聚現象，具有重要的工程意義。

在高壓領域，表面電荷的測量方法主要有粉塵圖法、超聲波法、電容探頭法等，其中電容探頭法分為動電容探頭法和靜電容探頭法。靜電容探頭法自20世紀90年代初開始為一些研究者所采用，是目前國際上表面電荷測量領域中使用較廣泛的方法。

圖1示出了采用同心圓環電極標度靜電容探頭的一個實施例的原理圖。直流電壓源(1)連接在圓環電極電路板(2)上，靜電容探頭(3)垂直放置在圓環電極中心上方一定距離處，電位計(4)與靜電容探頭的輸出端相連以讀取探頭的感應電壓值，而電橋(5)用于測量探頭末端與金屬圓環之間的電容。

靜電容探頭法的原理如說明書附圖1所示，探頭的結構主要包括：感應探針、屏蔽罩、探針與屏蔽罩之間的絕緣支撐。圖中C₁表示探針與絕緣子表面之間的等效電容，C₂表示探頭自身電容與后級測量系統入口電容之和，C₃表示絕緣子表面電荷的對地等效電容。

記探頭正下方絕緣子表面所帶電荷量為Q，電荷Q的對地電位為U_i，探頭輸出電位為U_o。不考慮電荷泄漏的情況下，式(1)(2)成立：

Q＝σA (1)

其中σ為電荷密度，A為電容探頭正對的絕緣子表面的等效面積。又因為：

Q＝C_eqU_i (3)

由式(1)～(4)可得輸出電壓U_o與絕緣子表面電荷密度σ的關系式：

由式(5)可定義標度系數M，M的值由標度實驗獲得：

通常情況下由于C2＞＞C1，因此標度系數通過對電容探頭的標度，可以獲得M值，并由此將測量時探頭的輸出電壓通過反演計算轉化為絕緣子表面電荷密度。傳統的電容探頭標度方法如說明書附圖2所示。其中圖中的1為直流電壓源，2為金屬板電極，3為電容探頭，4為靜電計；d-探頭與板電極之間的距離。

保持探頭與板電極垂直且距離為d(d常取為2mm～10mm)，探頭連接至靜電計以讀取輸出電壓值。對于特定的距離d，對金屬板電極施加不同幅值的直流電壓，記錄探頭輸出電壓隨施加直流電壓的變化關系，獲得標定曲線。由附圖2及式(6)可得標度系數如式(7)所示：