一種高壓直流電纜絕緣層電荷注入量表征方法技術

本申請提供一種高壓直流電纜絕緣層電荷注入量表征方法，包括：內部空間電荷注入量測量過程和表面電荷注入量測量過程；通過內部空間電荷注入量測量過程和表面電荷注入量測量過程，經高壓直流電源極化和注入電荷處理的試樣，可以分別測量出絕緣層內部和表面積聚電荷，從而表征金屬/半導電層向絕緣層電荷注入量。另外，內部空間電荷注入量測量過程和表面電荷注入量測量過程可同步進行，簡化了電荷注入量表征的方法。

【技術實現步驟摘要】
一種高壓直流電纜絕緣層電荷注入量表征方法
本申請屬于表面電荷測量
，具體涉及一種高壓直流電纜絕緣層電荷注入量表征方法。
技術介紹
高壓直流電纜絕緣系統中的空間電荷積聚嚴重影響高壓直流輸電系統的可靠性，也制約著更高電壓等級直流設備的發展。絕緣材料空間電荷會導致材料局部電場發生畸變，長時間作用會使材料發生老化，影響其絕緣性能，嚴重時直接導致材料發生擊穿破壞。因此，研究絕緣介質空間電荷注入量的表征方法對于直流絕緣系統中空間電荷效應的機理研究和高電壓等級直流絕緣系統的發展具有重要的意義?，F有絕緣材料內部電荷注入或積聚主要采用電聲脈沖法(PEA)，但PEA中半導電層主要用于聲阻抗匹配，無法表征半導電層自身向絕緣層的電荷注入。此外，由于電極附近存在感應電荷，無法區分絕緣層表面電荷注入量。
技術實現思路
本申請的目的在于提供一種高壓直流電纜絕緣層電荷注入量表征方法，包括：內部空間電荷注入量測量過程和表面電荷注入量測量過程；所述表面電荷注入量測量過程包括電荷注入過程和衰減測試過程，電荷注入過程可采用極化裝置實現，表面電荷注入量測量過程采用衰減測試裝置實現；所述極化裝置包括：第一溫控箱，設置在第一溫控箱中的第一上電極，與第一上電極對應設置的第一下電極，第一上電極和第一下電極與高壓直流源相連，還包括第一控制單元，用于設置第一溫控箱的內部溫度、設置高壓直流源加壓電壓和控制高壓直流源的開閉；所述衰減測試裝置包括用于放置試樣的地電極，與地電極第一位置相對的探頭，與探頭連接的第二靜電計，第二靜電計與地電極連接，第二靜電計還與第二數據記錄裝置連接，還包括第三控制單元，用于設置第二靜電計的采樣間隔；所述電荷注入過程為：將試樣放置在極化裝置的第一上電極和第一下電極之間，根據實驗需要通過第一控制單元設置實驗參數，其中主要包括第一溫控箱的內部溫度和高壓直流源的加壓電壓，當溫度達到設定溫度時，通過第一控制單元接通高壓直流源對試樣進行加壓，以注入電荷；所述衰減測試過程為：電荷注入過程結束后，通過第一控制單元切斷高壓直流源，并通過第一控制單元設置第一溫控箱的內部溫度為室溫，將試樣的溫度降至室溫；然后在絕緣條件下取出注入電荷的試樣，并移入衰減測試裝置中，并放置于地電極的第一位置上，接通探頭和第二靜電計，通過第三控制單元設置第二靜電計的采樣間隔，第二靜電計測得試樣表面電位隨時間變化的數據，第二數據記錄裝置讀取第二靜電計的數據，并根據數據繪制出表面電位衰減曲線。作為優選，內部空間電荷注入量測量過程包括：極化過程和去極化過程，其中，極化過程采用極化裝置實現，去極化過程采用去極化裝置實現；所述極化過程為：將試樣放置在極化裝置的第一上電極和第一下電極之間，根據實驗需要通過第一控制單元設置實驗參數，其中主要包括第一溫控箱的內部溫度和高壓直流源的加壓電壓，當溫度達到設定溫度時，通過第一控制單元接通高壓直流源對試樣進行加壓，高壓直流源的加壓電壓為設定值；所述去極化過程為：極化過程結束后，通過第一控制單元切斷高壓直流源，并通過第一控制單元設置第一溫控箱的內部溫度為室溫，將試樣的溫度降至室溫；然后在絕緣條件下取出試樣，放入去極化裝置中進行去極化過程。作為優選，所述去極化過程可采用熱刺激電流測試系統，所述去極化過程為：極化過程結束后，通過第一控制單元切斷高壓直流源，并通過第一控制單元設置第一溫控箱的內部溫度為室溫，將試樣的溫度降至室溫；然后在絕緣條件下取出試樣，放入去極化裝置第二上電極和第二下電極之間，通過第二控制單元設置第一靜電計采樣間隔、第二溫控箱的升溫區間和升溫速率，并用第一靜電計間隔采集升溫過程中的電流數據，第一數據記錄裝置讀取并存儲電流數據，進而得到熱刺激去極化電流，再通過積分運算得到內部空間電荷注入量。作為優選，所述表面電荷注入量測量過程的電荷注入過程和衰減測試過程在集成裝置中完成；所述集成裝置包括衰減測試裝置，還包括：第三溫控箱，衰減測試裝置設于第三溫控箱內；與地電極的第二位置對應設置的柵電極，與柵電極對應設置從而為柵電極加壓的針電極，與針電極和地電極相連的高壓直流源；其中衰減測試裝置的第三控制單元同時用于設置第三溫控箱的內部溫度、高壓直流源的加壓電壓和控制高壓直流源開閉；所述電荷注入過程為：將試樣放置在地電極上的第二位置，調節針電極、柵電極與地電極的間距，通過第三控制單元設置第三溫控箱的內部溫度和高壓直流源的加壓電壓，并通過第三控制單元接通高壓直流源，使得針電極通過柵電極向試樣加壓，完成電荷注入過程；所述衰減測試過程為：通過第三控制單元切斷高壓直流源，并通過第三控制單元設置第三溫控箱的內部溫度為室溫，將試樣的溫度降至室溫；然后將注入電荷的試樣移入地電極的第一位置，接通探頭和第二靜電計，通過第三控制單元設置第二靜電計的采樣間隔，通過第二靜電計測得試樣表面電位隨時間變化的數據，第二數據記錄裝置讀取第二靜電計的數據，并根據數據繪制出表面電位衰減曲線。作為優選，極化過程和電荷注入過程中，所述預定的溫度的選取范圍為-50℃至160℃，和/或，所述預定的電場的加壓電壓范圍為1kV/mm-80kV/mm。作為優選，所述極化過程也可以在所述集成裝置中進行；具體地，將試樣放置在地電極和柵電極之間，調節第三溫控箱的內部溫度，當溫度達到設定溫度時，接通高壓直流源對試樣進行加壓，高壓直流源的加壓電壓為設定值。作為優選，所述去極化過程在熱刺激電流測試系統中進行；具體地，將試樣放置在熱刺激電流測試系統的第二上電極和第二下電極之間，根據實驗需要通過第二控制單元設置實驗參數，其中主要包括第二溫控箱的升溫區間和升溫速率，以及第一靜電計的采樣間隔；測試中，通過第二控制單元將開關S1接通，使試樣表面泄漏電流釋放；然后將開關S2接通，對試樣進行去極化處理；當第二溫控箱在第二控制單元的控制下開始自動調節溫度后，通過第一靜電計采集升溫過程中的電流數據，并通過第二控制單元進行數據的采集和顯示，得到熱刺激去極化電流；進一步地，通過積分運算得到試樣內部空間電荷注入量。作為優選，所述極化過程中在相同的條件下處理兩個相同的試樣，即第一試樣和第二試樣；極化過程和電荷注入過程：將第一試樣和第二試樣放入極化裝置的第一上電極和第一下電極之間，調節第一溫控箱的內部溫度為T1，當溫度達到設定溫度時，接通高壓直流源對試樣加壓，進行極化和注入電荷，加壓時間為t1，高壓直流源的加壓電壓為E1；去極化過程：待試樣冷卻至室溫，將第一試樣移入熱刺激電流測試系統的第二上電極和第二下電極之間進行測試，調節第二溫控箱的升溫區間和升溫速率，獲得熱刺激去極化電流，通過積分運算得到內部空間電荷注入量Q1；衰減測試過程：將完成電荷注入的第二試樣冷卻至室溫，移入衰減測試裝置中，放置于地電極上與探頭相對的第一位置；接通探頭、靜電計與地電極，從而測得試樣的表面電位衰減曲線；進一步地，通過積分運算得到試樣表面電荷注入量Q2。作為優選，所述極化過程中在相同的條件下處理兩個相同的試樣，即第三試樣和第四試樣；...

【技術保護點】
1.一種高壓直流電纜絕緣層電荷注入量表征方法，其特征在于，包括：內部空間電荷注入量測量過程和表面電荷注入量測量過程；/n所述表面電荷注入量測量過程包括電荷注入過程和衰減測試過程，電荷注入過程可采用極化裝置實現，表面電荷注入量測量過程采用衰減測試裝置實現；/n所述極化裝置包括：第一溫控箱，設置在第一溫控箱中的第一上電極，與第一上電極對應設置的第一下電極，第一上電極和第一下電極與高壓直流源相連，還包括第一控制單元，用于設置第一溫控箱的內部溫度、設置高壓直流源加壓電壓和控制高壓直流源的開閉；所述衰減測試裝置包括用于放置試樣的地電極，與地電極第一位置相對的探頭，與探頭連接的第二靜電計，第二靜電計與地電極連接，第二靜電計還與第二數據記錄裝置連接，還包括第三控制單元，用于設置第二靜電計的采樣間隔；/n所述電荷注入過程為：將試樣放置在極化裝置的第一上電極和第一下電極之間，根據實驗需要通過第一控制單元設置實驗參數，其中主要包括第一溫控箱的內部溫度和高壓直流源的加壓電壓，當溫度達到設定溫度時，通過第一控制單元接通高壓直流源對試樣進行加壓，以注入電荷；/n所述衰減測試過程為：電荷注入過程結束后，通過第一控制單元切斷高壓直流源，并通過第一控制單元設置第一溫控箱的內部溫度為室溫，將試樣的溫度降至室溫；然后在絕緣條件下取出注入電荷的試樣，并移入衰減測試裝置中，并放置于地電極的第一位置上，接通探頭和第二靜電計，通過第三控制單元設置第二靜電計的采樣間隔，第二靜電計測得試樣表面電位隨時間變化的數據，第二數據記錄裝置讀取第二靜電計的數據，并根據數據繪制出表面電位衰減曲線。/n...

【技術特征摘要】
1.一種高壓直流電纜絕緣層電荷注入量表征方法，其特征在于，包括：內部空間電荷注入量測量過程和表面電荷注入量測量過程；
所述表面電荷注入量測量過程包括電荷注入過程和衰減測試過程，電荷注入過程可采用極化裝置實現，表面電荷注入量測量過程采用衰減測試裝置實現；
所述極化裝置包括：第一溫控箱，設置在第一溫控箱中的第一上電極，與第一上電極對應設置的第一下電極，第一上電極和第一下電極與高壓直流源相連，還包括第一控制單元，用于設置第一溫控箱的內部溫度、設置高壓直流源加壓電壓和控制高壓直流源的開閉；所述衰減測試裝置包括用于放置試樣的地電極，與地電極第一位置相對的探頭，與探頭連接的第二靜電計，第二靜電計與地電極連接，第二靜電計還與第二數據記錄裝置連接，還包括第三控制單元，用于設置第二靜電計的采樣間隔；
所述電荷注入過程為：將試樣放置在極化裝置的第一上電極和第一下電極之間，根據實驗需要通過第一控制單元設置實驗參數，其中主要包括第一溫控箱的內部溫度和高壓直流源的加壓電壓，當溫度達到設定溫度時，通過第一控制單元接通高壓直流源對試樣進行加壓，以注入電荷；
所述衰減測試過程為：電荷注入過程結束后，通過第一控制單元切斷高壓直流源，并通過第一控制單元設置第一溫控箱的內部溫度為室溫，將試樣的溫度降至室溫；然后在絕緣條件下取出注入電荷的試樣，并移入衰減測試裝置中，并放置于地電極的第一位置上，接通探頭和第二靜電計，通過第三控制單元設置第二靜電計的采樣間隔，第二靜電計測得試樣表面電位隨時間變化的數據，第二數據記錄裝置讀取第二靜電計的數據，并根據數據繪制出表面電位衰減曲線。


2.根據權利要求1的高壓直流電纜絕緣層電荷注入量表征方法，其特征在于，內部空間電荷注入量測量過程包括：極化過程和去極化過程，其中，極化過程采用極化裝置實現，去極化過程采用去極化裝置實現；
所述極化過程為：將試樣放置在極化裝置的第一上電極和第一下電極之間，根據實驗需要通過第一控制單元設置實驗參數，其中主要包括第一溫控箱的內部溫度和高壓直流源的加壓電壓，當溫度達到設定溫度時，通過第一控制單元接通高壓直流源對試樣進行加壓，高壓直流源的加壓電壓為設定值；
所述去極化過程為：極化過程結束后，通過第一控制單元切斷高壓直流源，并通過第一控制單元設置第一溫控箱的內部溫度為室溫，將試樣的溫度降至室溫；然后在絕緣條件下取出試樣，放入去極化裝置中進行去極化過程。


3.根據權利要求2的高壓直流電纜絕緣層電荷注入量表征方法，其特征在于，所述去極化過程可采用熱刺激電流測試系統，所述去極化過程為：
極化過程結束后，通過第一控制單元切斷高壓直流源，并通過第一控制單元設置第一溫控箱的內部溫度為室溫，將試樣的溫度降至室溫；然后在絕緣條件下取出試樣，放入去極化裝置第二上電極和第二下電極之間，通過第二控制單元設置第一靜電計采樣間隔、第二溫控箱的升溫區間和升溫速率，并用第一靜電計間隔采集升溫過程中的電流數據，第一數據記錄裝置讀取并存儲電流數據，進而得到熱刺激去極化電流，再通過積分運算得到內部空間電荷注入量。


4.根據權利要求1的高壓直流電纜絕緣層電荷注入量表征方法，其特征在于，所述表面電荷注入量測量過程的電荷注入過程和衰減測試過程在集成裝置中完成；所述集成裝置包括衰減測試裝置，還包括：第三溫控箱，衰減測試裝置設于第三溫控箱內；與地電極的第二位置對應設置的柵電極，與柵電極對應設置從而為柵電極加壓的針電極，與針電極和地電極相連的高壓直流源；其中衰減測試裝置的第三控制單元同時用于設置第三溫控箱的內部溫度、高壓直流源的加壓電壓和控制高壓直流源開閉；
所述電荷注入過程為：將試樣放置在地電極上的第二位置，調節針電極、柵電極與地電極的間距，通過第三控制單元設置第三溫控箱的內部溫度和高壓直流源的加壓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王婷婷，羅兵，陳少杰，黃若棟，肖微，傅明利，
申請(專利權)人：中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心，
類型：發明
國別省市：廣東;44