直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路絕緣子表面電荷測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于高壓直流固體絕緣材料表面電荷積聚特性測量技術領域，尤其涉及一 種基于Pockels效應的直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路盆式絕緣子表面電荷測量裝置。
【背景技術】
[0002] 氣體絕緣金屬封閉輸電線路（GIL，Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line)具有傳輸容量大、損耗小、電容小、占地少、可靠性高、適用于惡劣環(huán)境的特點，在海拔 落差大，地形、氣象條件惡劣或者輸電容量大的場合得到了廣泛應用。但目前，實現(xiàn)商業(yè)運 行的均為交流GIL，直流GIL卻沒能在實際工程中得到規(guī)?；瘧?。主要原因是在直流電壓 作用下，直流GIL中支撐絕緣子的表面電荷積聚嚴重，畸變了沿面電場分布，降低了絕緣子 的耐受電壓。特別是在直流高壓設備電壓極性反轉時，所帶來的電場畸變影響尤為突出。
[0003] 要解決直流GIL表面電荷積聚所帶來的電場畸變問題，首先需要對絕緣子表面積 聚電荷進行準確測量，以研宄電荷積聚特性。至20世紀80年代以來，各國學者針對該問題 展開了廣泛的研宄。目前表面電荷的測量方法包括：粉層圖法，電容探頭法，電光效應法。
[0004] 粉塵圖法是利用某些帶電的有色固體（如帶正電的紅色的Pb3O4，帶負電的白黃色 的S)會與絕緣子表面的電荷發(fā)生吸附效應這一原理，將這些特殊的固體粉末噴灑在介質 表面時，可以根據(jù)介質表面的這些固體粉末的顏色分布來判斷介質表面的電荷極性及電荷 分布。其優(yōu)點是方便、直觀，缺點是不能定量表征表面電荷，且在噴灑粉塵過程中，可能改變 介質表面的電荷分布。
[0005] 電容探頭法分為動電容探頭法和靜電容探頭法兩種。動電容探頭法是將靜電信 號轉化為動態(tài)信號來測量，可以不用考慮前置運算放大器前置電流對輸出信號的影響。為 了提高測量系統(tǒng)的分辨率，要求電容探頭本身的電容值以及測試線路的入口電容值較為穩(wěn) 定，但是這在探頭高速振動過程中難以實現(xiàn)。同時動電容探頭法難以對形狀比較復雜的絕 緣子表面進行測量。由于近年來高輸入阻抗，低輸入偏置電流的運算放大器的發(fā)展，動電容 探頭法由于其自身的局限性逐漸遭到淘汰。靜電容探頭法是目前國際上表面電荷測量領域 中使用較廣泛的方法，其原理是通過一個微型金屬探頭靠近帶電的絕緣子表面，由于靜電 感應，探頭也將帶電，測出其感應面電荷密度后可反演計算出絕緣子表面電荷密度。靜電容 容探頭的優(yōu)點是簡單易行。但缺點是金屬探頭接近后絕緣子表面電場分布可能發(fā)生改變， 將引起被測表面電荷密度發(fā)生變化，不能直接得到人們最感興趣的表面電場或電荷。
[0006] 鑒于靜電容探頭法難以實現(xiàn)在線測量，Kawasaki等人于1991年提出利用 Pockels(普克爾斯）效應測量介質表面電荷。Pockels效應即線性電光效應，對于不具有 對稱中心的晶體來說，當其處在電場中時，其折射率的變化與所加的電場強度成正比關系， 在電場不太強時已經(jīng)表現(xiàn)得比較明顯，因而可以通過測量電場作用下晶體折射率的變化來 反映電場的變化。
[0007] 綜上所述，粉層圖法和靜電容探頭法都無法對直流GIL絕緣子表面積聚電荷進行 準確測量。本發(fā)明基于Pockels效應設計一套盆式絕緣子表面電荷測量裝置，為研宄直流 GIL絕緣子表面電荷積聚提供一種新的測量手段。

【發(fā)明內容】

[0008] 為克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明提供了一種基于Pockels效應的直流氣體絕 緣金屬封閉輸電線路盆式絕緣子表面電荷測量裝置，包括一個圓柱體的試驗腔體，試驗腔 體頂部外裝有外部操控機構，試驗腔體頂部中心軸處安裝有轉軸，轉軸中部水平裝有絕緣 導桿，絕緣導桿可繞轉軸旋轉，絕緣導桿一端裝有滑塊，滑塊可在絕緣導桿上水平滑動，滑 塊上豎直裝有絕緣真空管，絕緣真空管從頂部到底部依次裝有激光器、偏光分離器、1/8波 片；硅酸鉍晶體探頭；高速攝像機通過螺栓固定于絕緣真空管上，并與偏關分離器始終保 持在同一水平線上，以確保出射光被準確捕捉；試驗腔體底部同軸反扣放置作為測量目標 的盆式絕緣子，盆式絕緣子頂部從下往上依次安裝有屏蔽環(huán)和高壓電極；滑塊與轉軸均由 外部操控機構通過步進電機與齒輪控制，實現(xiàn)在試驗腔體內的上下、左右平移與旋轉，完成 對直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路中盆式絕緣子表面電荷的全方位測量。
[0009] 所述的娃酸祕晶體厚度為0· 75mm~1mm。
[0010] 所述激光器為氦氖激光器，發(fā)出波長為65 Inm的紅光。
[0011] 所述偏光分離器是由兩個直角棱鏡的斜面相互粘合而成的立方體，每個棱鏡斜面 上有多層介質膜涂層。
[0012] 所述高速攝像機拍攝速度大于1000幀/秒。
[0013] 所述高速攝像機與計算機相連，計算機利用高速攝像機測得的光強度分布，處理 后得出電荷量的大小和分布。
[0014] 本發(fā)明的有益效果在于：設計易于實現(xiàn)，操作簡單，為研宄直流GIL中盆式絕緣子 表面電荷積聚提供了有效的測量手段。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明提供的一種基于Pockels效應的直流GIL盆式絕緣子表面電荷測量 原理示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明提供的一種基于Pockels效應的直流GIL盆式絕緣子表面電荷測量 裝置結構示意圖；
[0017] 其中：1-氦氖激光器；2-偏光分離器；3-高速攝像機；4-1/8波片；5-硅酸鉍晶 體探頭；6-絕緣真空管；7-絕緣導桿；8-轉軸；9-滑塊；10-試驗腔體；11-盆式絕緣子； 12-屏蔽環(huán)；13-高壓電極；14-外部操控機構。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖，對優(yōu)選實施例進行詳細說明。
[0019] 本發(fā)明的工作原理如圖1所示，具體說明如下：
[0020] 當不具有對稱中心的晶體介質的光軸與入射光的光軸相同，且光振動方向與晶體 主振動方向成45°角時，根據(jù)Pockels效應，作用于晶體的電場分布E z(x，y)的大小與該電 場作用下晶體產(chǎn)生雙折射的偏光相位差Δ Θ有以下的關系：
【主權項】
1. 一種基于Pockels效應的直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路盆式絕緣子表面電荷測 量裝置，其特征在于，包括一個圓柱體的試驗腔體，試驗腔體頂部外裝有外部操控機構，試 驗腔體頂部中心軸處安裝有轉軸，轉軸中部水平裝有絕緣導桿，絕緣導桿可繞轉軸旋轉，絕 緣導桿一端裝有滑塊，滑塊可在絕緣導桿上水平滑動，滑塊上豎直裝有絕緣真空管，絕緣真 空管從頂部到底部依次裝有激光器、偏光分離器、1/8波片；硅酸鉍晶體探頭；高速攝像機 通過螺栓固定于絕緣真空管上，并與偏關分離器始終保持在同一水平線上，以確保出射光 被準確捕捉；試驗腔體底部同軸反扣放置作為測量目標的盆式絕緣子，盆式絕緣子頂部從 下往上依次安裝有屏蔽環(huán)和高壓電極；滑塊與轉軸均由外部操控機構通過步進電機與齒輪 控制，實現(xiàn)在試驗腔體內的上下、左右平移與旋轉，完成對直流氣體絕緣金屬封閉輸電線路 中盆式絕緣子表面電荷的全方位測量。
2. 根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征在于，所述娃酸祕晶體厚度為0. 75mm~1_。
3. 根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征在于，所述激光器為氦氖激光器，發(fā)出波長為 65Inm的紅光。
4. 根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征在于，所述偏光分離器是由兩個直角棱鏡的斜面 相互粘合而成的立方體，每個棱鏡斜面上有多層介質膜涂層。
5. 根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征在于，所述高速攝像機拍攝速度大于1000幀/秒。
6. 根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征在于，所述高速攝像機與計算機相連，計算機利用 高速攝像機測得的光強度分布，處理后得出電荷量的大小和分布。
【專利摘要】本發(fā)明屬于高壓直流固體絕緣材料表面電荷積聚特性測量技術領域，尤其涉及一種基于Pockels效應的直流GIL盆式絕緣子表面電荷測量裝置，包括：由氦氖激光器、偏光分離器、高速攝像機、1/8波片、硅酸鉍晶體、絕緣真空管、滑塊、轉軸和絕緣導桿。測量時，將硅酸鉍探頭貼于盆式絕緣子表面，氦氖激光器發(fā)出紅光，經(jīng)偏光分離器及1/8波片變?yōu)闄E圓偏振光，光線射入硅酸鉍探頭，并在硅酸鉍與盆式絕緣子的分界面產(chǎn)生反射，再次透過1/8波片，在偏光分離器發(fā)生直角折射進入高速攝像機，測得光強度分布，經(jīng)計算機處理后得到電荷量的大小。該測量裝置結構簡單，操作方便，為研究直流GIL中盆式絕緣子表面電荷積聚提供了有效的測量手段。
【IPC分類】G01R29-24
【公開號】CN104777374
【申請?zhí)枴緾N201510221919
【發(fā)明人】李成榕, 周宏揚, 馬國明
【申請人】華北電力大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年5月4日