一种盆式绝缘子表面电荷三维测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于高电压设备和静电测量技术领域的一种盆式绝缘子表面电荷三维测量装置及方法，该装置包括弧面和斜面测量探头、探头支架导轨、探头径向运动控制机构、连杆机构、360度旋转控制盘、读数机构、提升控制丝杠和控制机构、密封转接腔体、控制运动的主轴、联轴器和操作平台底座，并将整套机构与GIS试验腔体密封连接；本测量装置能够实现在实际盆式绝缘子表面进行电荷测量的三维操控；保证试验装置的气密性，从而实现在高电压设备和高气压环境中对盆式绝缘子表面电荷进行全角度，全径向的三维测量，对于各种不同盆式绝缘子表面的测量，具有较高的电荷分辨率和空间分辨率。同时能够用于气密性要求较高的环境中并观察其测量过程。

【技术实现步骤摘要】
一种盆式绝缘子表面电荷三维测量装置的测量方法
本专利技术属于高电压与绝缘测量
，特别涉及一种盆式绝缘子表面电荷三维测量装置及方法。
技术介绍
气体绝缘组合电器(GIS)具有绝缘强度高、可听噪音低、无火灾危险、检修周期长、节约占地面积和维护量少等优势，正逐渐成为现代变电站设备的代表，是低维护、甚至免维护、高可靠性、高安全性的象征。目前在我国已建或新建的330kV及500kV变电站多采用气体绝缘开关装置。然而，随着GIS电压等级的提高和投入系统运行台数的增多，GIS设备的内部故障也随之增多。大量研究表明，当绝缘子表面积聚了大量的电荷时，这些电荷就会改变绝缘子表面的电场分布，如果介质表面较长时间内一直积聚有电荷，则会使沿面闪络电压下降，有的场合甚至会减小30％左右，因此绝缘子表面电荷是造成绝缘子沿面闪络，导致GIS运行可靠性降低的重要因素。由于之前国内外学者缺乏对实际252kVGIS中盆式绝缘子表面电荷积聚特性的研究，所研究的对象大部分为圆柱形绝缘子或绝缘薄膜，所得的结果可能不能准确地反映实际运行中的GIS盆式绝缘子表面电荷的分布情况，因此有必要对实际252kVGIS盆式绝缘子表面电荷积聚特性进行研究。绝缘子表面电荷的测量属于静电测量的范畴，不能用传统的电工仪表进行测量。目前，表面电荷的测量方法主要包括粉尘图法，基于Pockels效应的光学测量方法和静电探头法。粉尘图法最初由Lichtenberg于1778年提出，其原理是利用某些带电的有色固体(如带正电的红色的Pb3O4，带负电的白黄色的S)，会与绝缘子表面的电荷发生吸附效应，比如负电荷会吸附带正电的Pb3O4，正电荷会吸附带负电的S。当将这些特殊的固体粉末喷洒在介质表面时，可以根据介质表面的这些固体粉末的颜色分布来判断介质表面的电荷极性及电荷分布。其优点是方便、直观，缺点是不能定量表征表面电荷，且在喷洒粉尘过程中，可能改变介质表面的电荷分布。Pockels效应光学测量方法即线性电光效应法，对于不具有对称中心的晶体来说，当其处在电场中时，其折射率的变化与所加的电场强度成正比关系，即,在电场不太强时已经表现得比较明显,因而可以通过测量电场作用下晶体折射率的变化来反映电场的变化，但此方法只适用于透明薄膜，对盆式绝缘子固体表面并不适合。目前静电探头法是目前国际上表面电荷测量领域中使用较广泛的方法。静电探头主要由内部感应导体、内部支撑绝缘体和外部接地屏蔽层组成。对绝缘子表面电荷进行测量时，将探头垂直于待测介质表面且距离恒定，绝缘子表面电荷会在感应导体上激发感应电压，可对输出感应电压进行测量。尽管对绝缘介质的表面电荷进行准确测量时，采用传统的标度方法会存在误差，但是，当只是考察表面电荷的分布规律及影响因素，对不同条件下的实验结果进行横向比较时，采用传统的线性标度方法来计算绝缘子表面电荷是可行的。综上所述，对绝缘固体表面来说，常用的测量方法为静电电容探头法，但是由于盆式绝缘子表面形状复杂，而且GIS内部一般情况下充有4-5个大气压的SF6气体，静电探头对盆式绝缘子表面电荷进行测量比较复杂，因此有必要根据静电电容法测量绝缘子表面电荷的原理，研制一套可用于实际252kVGIS盆式绝缘子表面电荷测量的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种盆式绝缘子表面电荷三维测量装置及方法，该装置包括作为静电测量探头的弧面和斜面测量探头、探头支架导轨、探头径向运动控制机构、连杆机构、360度旋转控制盘、读数机构、提升控制丝杠和控制机构、密封转接腔体、控制运动的主轴、联轴器和操作平台底座，并将整套机构与GIS试验腔体密封连接；其特征在于，GIS试验腔体罩在盆式绝缘子盆边上，弧面测量探头固定在弧面测量探头支架导轨下端，斜面测量探头固定在斜面测量探头支架导轨下端；弧面测量探头支架导轨和斜面测量探头支架导轨的上端对称固定在包括内轴和外轴的主轴外的锥形支架上，随主轴旋转；在主轴外的锥形支架下面与主轴同轴固定双向旋转控制器，连杆机构连接双向旋转控制器和两个测量探头支架导轨，主轴上端固定在GIS试验腔体顶面中心，GIS试验腔体通过密封转接腔体固定于操作平台底座上；探头径向运动控制机构与操作平台底座固定；探头径向运动控制机构侧面布置360度旋转控制机构和探头运动读数机构；探头径向运动控制机构顶面中心固定内外轴联轴器和提升控制丝杠，提升控制丝杠通过丝杠螺母与提升控制机构连接；内外轴联轴器与主轴连接。所述探头径向运动控制机构顶面设置接线盘，后端测量计算机连接在接线盘上，纳伏表和后端测量计算机连接。所述360度旋转控制机构通过主轴的控制齿轮与主轴啮合，控制主轴进行360度旋转。所述探头径向运动控制机构通过与主轴的控制齿轮啮合，控制两个探头在导轨上移动，并将移动位置信息显示在探头运动读数机构中。所述连杆机构和双向旋转控制器通过与主轴的控制齿轮啮合，互相配合实现斜面探头和弧面探头的交替控制。所述提升控制丝杠通过丝杠螺母的配合，与主轴的内轴固定，控制主轴的升降。本专利技术的有益效果是提出的盆式绝缘子表面电荷三维测量装置具有以下优点：1、测量装置可对实际252kVGIS盆式绝缘子进行表面电荷测量，能够保证试验装置的气密性，通过接线法兰盘将电源和测量信号线引出，而且当不测量电荷时，机构整体升起，可不影响设备正常运行时腔体内的场强分布，因此从而实现在高电压设备和高气压环境中对盆式绝缘子表面电荷进行全角度，全径向的三维测量。2、三维操控机构，可以实现测量探头提升，旋转，爬行三种维度的运动，而且只通过简单更换探头支架导轨即可实现对任意形状绝缘子表面进行电荷测量，具有较高的电荷分辨率和空间分辨率。3、探头与被测绝缘件表面之间的距离保持恒定，通过探头支架导轨和提升控制机构，本装置能够在测量中始终保持探头对盆式绝缘子表面点垂直且距离不变，而且来回移动过程中不会产生影响，因此保证了试验测量的可靠性准确性。4、测量机构可人为控制，保证在需要的测量区域或测量要求下进行绝缘子表面电荷测量。附图说明图1为盆式绝缘子表面电荷三维测量装置整体结构示意图。图2为图1的A-A视图。具体实施方式本专利技术提供了一种盆式绝缘子表面电荷三维测量装置及方法。下面结合实施例对专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提出的盆式绝缘子表面电荷三维测量装置，其结构如图1、2所示，GIS试验腔体7罩在盆式绝缘子21盆边上，作为静电测量探头的弧面测量探头1和斜面测量探头3分别固定在弧面测量探头支架导轨2下端和斜面测量探头支架导轨4下端；弧面测量探头支架导轨2和斜面测量探头支架导轨4的上端对称固定在包括内轴和外轴的主轴8外的锥形支架上，随主轴8旋转；在主轴8外的锥形支架下面为与主轴8同轴固定双向旋转控制器5与主轴的径向控制伞群齿轮8.2，连杆机构6连接双向旋转控制器5和两个测量探头支架导轨，连杆机构6和双向旋转控制器5通过与主轴的径向控制伞群齿轮8.2啮合，互相配合实现斜面探头和弧面探头的交替控制；主轴8上端固定在GIS试验腔体7顶面中心，GIS试验腔体7通过密封转接腔体9固定于操作平台底座11上；探头径向运动控制机构12与操作平台底座11固定；探头径向运动控制机构12侧面布置360度旋转控制机构10和探头运动读数机构13；360度旋转控制机构10通过主轴齿轮与主轴8啮合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盆式绝缘子表面电荷三维测量装置，该装置包括作为静电测量探头的弧面和斜面测量探头、探头支架导轨、探头径向运动控制机构、连杆机构、360度旋转控制盘、读数机构、提升控制丝杠和控制机构、密封转接腔体、控制运动的主轴、联轴器和操作平台底座，并将整套机构与GIS试验腔体密封连接；其特征在于，GIS试验腔体罩在盆式绝缘子盆边上，弧面测量探头固定在弧面测量探头支架导轨下端，斜面测量探头固定在斜面测量探头支架导轨下端；弧面测量探头支架导轨和斜面测量探头支架导轨的上端对称固定在包括内轴和外轴的主轴外的锥形支架上，随主轴旋转；在主轴外的锥形支架下面与主轴同轴固定双向旋转控制器，连杆机构连接双向旋转控制器和两个测量探头支架导轨，主轴上端固定在GIS试验腔体顶面中心，GIS试验腔体通过密封转接腔体固定于操作平台底座上；探头径向运动控制机构与操作平台底座固定；探头径向运动控制机构侧面布置360度旋转控制机构和探头运动读数机构；探头径向运动控制机构顶面中心固定内外轴联轴器和提升控制丝杠，提升控制丝杠通过丝杠螺母与提升控制机构连接；内外轴联轴器与主轴连接。

【技术特征摘要】
1.一种盆式绝缘子表面电荷三维测量装置的表面电荷三维测量方法，该盆式绝缘子表面电荷三维测量装置包括作为静电测量探头的弧面和斜面测量探头、探头支架导轨、探头径向运动控制机构、连杆机构、360度旋转控制盘、读数机构、提升控制丝杠和控制机构、密封转接腔体、控制运动的主轴、联轴器和操作平台底座，并将整套机构与GIS试验腔体密封连接；其特征在于，具体测量步骤如下：1)试验加压完毕后，将360°旋转控制机构(10)回复到零点，使用提升控制机构(17)将三维操控机构落下，使主轴(8)上旋转控制齿轮(8.1)与旋转控制机构啮合；2)三维操控机构继续落下使主轴(8)上径向控制伞群齿轮(8.2)与探头径向运动控制机构啮合，待到达2mm位置标尺处时，固定提升控制机构(17)和360°旋转控制机构(10)，使静电测量探头距离绝缘子2mm并在0°下进行径向方向测量；3)径向运动测量时启动双向旋转器(5)，斜面测量时，探头径向运动控制机构(12)按顺时针旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐波，李成榕，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11