本实用新型涉及电力系统中设备内绝缘研究领域，尤其涉及一种绝缘子表面电荷测量实验装置。
背景技术：
气体绝缘电气设备是电力系统中应用较为广泛的装置，相比于传统敞开式配电设备，其具有运行可靠、占用空间小、不受外界环境影响等优势。电力系统的气体绝缘电气设备中，需要用到大量的绝缘件如盆式的支撑绝缘子。气体绝缘电气设备在运行期间，尤其是在直流电压的作用下，气体绝缘电气设备内部的支撑绝缘子表面易积聚大量电荷，导致沿面闪络特性下降。因此，需要对绝缘子表面电荷集聚现象进行研究，探究绝缘子表面电荷的分布规律。传统的，针对真型设备的绝缘子表面电荷测量实验装置中，在对绝缘子表面进行电荷扫描测量时，各电极会对测量探头产生干扰，使测量探头出现扫描盲区，难以做到扫描区域的全覆盖，影响研究结果。
技术实现要素：
基于此，本实用新型在于克服现有技术的缺陷，提供一种便于绝缘子表面电荷的测量、对绝缘子实现全覆盖扫描的绝缘子表面电荷测量实验装置。
其技术方案如下：
一种绝缘子表面电荷测量实验装置，包括内部设有中空腔体的腔体外壳，所述腔体外壳内设有绝缘子安装机构，所述绝缘子安装机构沿中空腔体长度方向的两侧均设有接地电极、导体以及滑动触头，所述接地电极与腔体外壳沿中空腔体的长度方向滑动连接，所述接地电极为中空筒状，所述导体位于与之对应的接地电极的中部，所述滑动触头套设在与之对应的导体外侧并能够相对于所述导体沿中空腔体的长度方向滑动，每侧所述滑动触头上分别设有绝缘拉杆，所述绝缘拉杆远离滑动触头的一端伸出对应侧的腔体外壳外部。
在其中一个实施例中，每块所述接地电极的外壁上分别设有滑块，所述滑块上设有沿中空腔体长度方向的齿条，所述齿条配设有齿轮，所述齿轮对应设有驱动其运动的第一驱动机构，所述腔体外壳的内壁上与所述滑块对应处设有沿中空腔体长度方向的导轨。
在其中一个实施例中，所述接地电极靠近所述绝缘子安装机构的一侧设有第一屏蔽电极，所述滑动触头靠近所述绝缘子安装机构的一侧设有第二屏蔽电极。
在其中一个实施例中，所述腔体外壳为气密金属罐体。
在其中一个实施例中，所述绝缘子安装机构包括转盘轴承、蜗轮、蜗杆和第二驱动机构，所述转盘轴承的外圈与所述腔体外壳的内壁连接，所述转盘轴承的内圈与所述蜗轮连接，绝缘子安装在所述蜗轮上，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述第二驱动机构与所述蜗杆连接，所述转盘轴承的轴线、蜗轮的轴线以及安装后的绝缘子的轴线均与中空腔体的长度方向平行。
在其中一个实施例中，所述绝缘子表面电荷测量实验装置还包括探头扫描测量机构，所述探头扫描测量机构安装在所述接地电极与腔体外壳的内壁之间，所述探头扫描测量机构包括旋转驱动机构、直线驱动机构、探头支架以及测量探头，所述旋转驱动机构与所述腔体外壳的内壁连接，所述旋转驱动机构的输出轴与所述直线驱动机构的运动轴连接，所述探头支架的第一端与所述直线驱动机构连接，所述探头支架的第二端与所述测量探头连接，所述测量探头的测量中心与绝缘子相对。
在其中一个实施例中，所述探头扫描测量机构还包括探头旋转座，所述探头旋转座安装在所述探头支架的第二端，所述探头旋转座能够沿一A轴转动，所述测量探头安装在所述探头旋转座上，所述测量探头能够沿与A轴相交的另一B轴转动。
在其中一个实施例中，所述直线驱动机构的运动轴的轴线以及A轴均与中空腔体的长度方向平行，所述B轴与所述A轴垂直正交。
在其中一个实施例中，所述探头支架的第一端与所述测量探头的测量中心之间的直线连线长度与绝缘子的外缘半径长度相等，所述探头支架的第一端与 绝缘子的外缘任一点正对。
在其中一个实施例中，所述探头支架呈与所述腔体外壳的内壁轮廓相匹配的圆弧状。
本实用新型的有益效果在于：
所述绝缘子表面电荷测量实验装置，接地电极能够沿中空腔体的长度方向相对于腔体外壳滑动，滑动触头套设在导体上，通过推拉绝缘拉杆使滑动触头也能够沿中空腔体的长度方向移动。在对绝缘子表面进行电荷测量前开展高电压实验时，可以通过调整接地电极和滑动触头的位置，使接地电极与安装在绝缘子安装机构上的绝缘子接触，滑动触头与绝缘子的中心导体部分接触，形成与实际气体绝缘电气设备一致的电场结构进行实验。高电压实验结束后，可以再次调节接地电极与滑动触头的位置，使二者远离绝缘子，即可方便后续对绝缘子的表面进行电荷测量。所述绝缘子表面电荷测量实验装置带有可移动的接地电极与滑动触头，能够使中空腔体内在正常加电压实验过程中保持与真实设备一致的电场结构，也能够在绝缘子扫描过程中使电极与绝缘子间保持一定距离，为测量提供方便，进行电荷测量时不易出现扫描盲区，实现全覆盖扫描。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述的绝缘子表面电荷测量实验装置的剖面示意图；
图2为本实用新型实施例所述的绝缘子安装机构的剖面示意图；
图3为本实用新型实施例所述的探头扫描测量机构的结构示意图。
附图标记说明：
10、腔体外壳，12、导轨，20、绝缘子安装机构，22、转盘轴承，222、外圈，224、内圈，24、蜗轮，26、蜗杆，28、第二驱动机构，30、接地电极，32、第一屏蔽电极，40、导体，50、滑动触头，52、第二屏蔽电极，60、绝缘拉杆，70、滑块，80、齿条，90、齿轮，100、探头扫描测量机构，110、旋转驱动机构，112、输出轴，120、直线驱动机构，122、运动轴，130、探头支架，140、测量探头，150、探头旋转座，1、绝缘子。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例进行详细说明：
如图1所示，一种绝缘子表面电荷测量实验装置，包括内部设有中空腔体的腔体外壳10，所述腔体外壳10内设有绝缘子安装机构20，所述绝缘子安装机构20沿中空腔体长度方向的两侧均设有接地电极30、导体40以及滑动触头50。所述接地电极30与腔体外壳10沿中空腔体的长度方向滑动连接，所述接地电极30为中空筒状，所述导体40位于与之对应的接地电极30的中部，所述滑动触头50套设在与之对应的导体40外侧并能够相对于所述导体40沿中空腔体的长度方向滑动，每侧所述滑动触头50上分别设有绝缘拉杆60，所述绝缘拉杆60远离滑动触头50的一端伸出对应侧的腔体外壳10外部。本实施例中，所述腔体外壳10为气密金属罐体，可承受一定气压，保证中空腔体内气体组分及压力保持在一定范围内，保证气体环境达到实验环境要求。所述中空腔体的长度方向即为所述腔体外壳10的轴线方向。
所述接地电极30为金属结构的中空筒状结构，在进行高电压实验时，能够与安装在绝缘子安装机构20上的绝缘子1形成良好的电接触，作为地电极使用。导体40与滑动触头50组成高压电极，滑动触头50与绝缘子1中央金属部分形成良好的电接触，与高电压输出装置连接进而为本实施例所述的绝缘子表面电荷测量实验装置实验装置提供高电压。所述腔体外壳10、接地电极30、滑块70、导轨12、齿条80、齿轮90以及绝缘子安装机构20之间有良好的电接触，能够时刻保持各部件处于同一电位。所述导体40与滑动触头50之间也有良好的电接触，能够时刻保持其处于同一电位。本实施例中，所述接地电极30靠近所述绝缘子安装机构20的一侧设有第一屏蔽电极32，所述滑动触头50靠近所述绝缘子安装机构20的一侧设有第二屏蔽电极52，能够改善电场结构，模拟真实设备的电场结构，提高测量的准确度。
所述绝缘子表面电荷测量实验装置，接地电极30能够沿中空腔体的长度方向相对于腔体外壳10滑动，滑动触头50套设在导体40上，通过推拉绝缘拉杆60使滑动触头50也能够沿中空腔体的长度方向移动。在对绝缘子表面进行电荷 测量前开展高电压实验时，可以通过调整接地电极30和滑动触头50的位置，使接地电极30与安装在绝缘子安装机构20上的绝缘子1接触，滑动触头50与绝缘子1的中心导体40部分接触，形成与实际气体绝缘电气设备一致的电场结构进行实验。高电压实验结束后，可以再次调节接地电极30与滑动触头50的位置，使二者远离绝缘子1，即可方便后续对绝缘子1的表面进行电荷测量。所述绝缘子表面电荷测量实验装置带有可移动的接地电极30与滑动触头50，绝缘子与周围电极间位置关系可调，能够使中空腔体内在正常加电压实验过程中保持与真实设备一致的电场结构，也能够在绝缘子扫描过程中使电极与绝缘子间保持一定距离，为测量提供便利，进行电荷测量时不易出现扫描盲区，可实现全覆盖扫描。
具体的，所述接地电极30与所述腔体外壳10可以采用滑块导轨结构、摇杆机构等结构实现手动或自动滑动连接。本实施例中，每块所述接地电极30的外壁上分别设有滑块70，所述滑块70上设有沿中空腔体长度方向的齿条80，所述齿条80配设有齿轮90，所述齿轮90对应设有驱动其运动的第一驱动机构(图中未示出)，所述腔体外壳10的内壁上与所述滑块70对应处设有沿中空腔体长度方向的导轨12。在第一驱动机构的驱动下，齿轮90旋转带动齿条80沿中空腔体长度方向移动，齿条80带动滑块70沿导轨12移动，进而带动接地电极30移动。所述第一驱动机构为伺服电机或驱动电机，可实现精确的自动控制。采用上述结构，可有效实现实现接地电极30靠近或远离绝缘子安装机构20的目的，且自动化程度高、控制精确。
如图2所示，所述绝缘子安装机构20包括转盘轴承22、蜗轮24、蜗杆26和第二驱动机构28，所述转盘轴承22的外圈222与所述腔体外壳10的内壁连接，所述转盘轴承22的内圈224与所述蜗轮24连接，绝缘子1安装在所述蜗轮24上，所述蜗杆26与所述蜗轮24啮合，所述第二驱动机构28与所述蜗杆26连接，所述转盘轴承22的轴线、蜗轮24的轴线以及安装后的绝缘子1的轴线均与中空腔体的长度方向平行。本实施例优选的，所述转盘轴承22的轴线、蜗轮24的轴线以及安装后的绝缘子1的轴线均与所述腔体外壳10的轴线重合。所述第二驱动机构28为步进电机或伺服电机，控制精度高。
所述绝缘子安装机构20，通过设置转盘轴承22，转盘轴承22的外圈222与腔体外壳10固定不动，转盘轴承22的内圈224能够相对转盘轴承22的外圈222转动，将蜗轮24安装转盘轴承22的内圈224上，绝缘子1安装在蜗轮24上，在第二驱动机构28的驱动作用下，蜗杆26将动力传递至蜗轮24上，即可控制蜗轮24上的绝缘子1进行360°旋转。所述绝缘子安装机构20巧妙使用转盘轴承22，结构简单，既能够安装支承绝缘子1，又能够实现对绝缘子1的360°旋转控制，可以配合探头扫描测量机构100对绝缘子1表面实施扫描测量，简化探头扫描测量机构100的运动控制，为绝缘子1表面测量实验研究提供新的实验手段。
如图3所示，所述绝缘子表面电荷测量实验装置还包括探头扫描测量机构100，所述探头扫描测量机构100安装在所述接地电极30与腔体外壳10的内壁之间。所述探头扫描测量机构100包括旋转驱动机构110、直线驱动机构120、探头支架130以及测量探头140，所述旋转驱动机构110与所述腔体外壳10的内壁连接，所述旋转驱动机构110的输出轴112与所述直线驱动机构120的运动轴122连接，所述探头支架130的第一端与所述直线驱动机构120连接，所述探头支架130的第二端与所述测量探头140连接，所述测量探头140的测量中心与绝缘子1相对。本实施例中，所述旋转驱动机构110为旋转电机，所述直线驱动机构120为直线电机，具体的，旋转电机与直线电机可以为伺服电机或步进电机，控制精度高。
所述旋转驱动机构110可带动直线驱动机构120绕运动轴122的轴线作旋转运动，直线驱动机构120能够沿其自身的运动轴122作直线运动，进而能够带动探头支架130运动，实现探头支架130上的测量探头140的运动控制。通过旋转驱动机构110、直线驱动机构120的驱动，测量探头140能够沿绝缘子1的外缘逐渐向绝缘子1的内圈移动，且测量探头140与绝缘子1之间的检测距离能够改变，配合绝缘子1的转动，能够实现对绝缘子1表面的全覆盖扫描测量。所述探头扫描测量机构100能够与绝缘子安装机构20配合使用，探头扫描测量机构100进行扫描运动设计时，无需额外设计绝缘子1的旋转控制，测量探头140的运动控制较为简单。扫描测量结束以后，可以将探头支架130旋转， 使探头支架130贴近腔体外壳10的内壁，占用装置空间小，不会增大腔体外壳10的体积，本实施例所述的绝缘子表面电荷测量实验装置体积较小、耗气量少，能够节省实验时间。
本实施例中，所述探头支架130呈与所述腔体外壳10的内壁轮廓相匹配的圆弧状。探头支架130与所述腔体外壳10的内壁轮廓相匹配，当扫描测量结束以后，将探头支架130旋转使其贴近腔体外壳10的内侧时，探头支架130能够与腔体外壳10内壁较紧密的贴合，进一步节省空间、减少空间占用。
所述探头扫描测量机构100还包括探头旋转座150，所述探头旋转座150安装在所述探头支架130的第二端，所述探头旋转座150能够沿一A轴转动，所述测量探头140安装在所述探头旋转座150上，所述测量探头140能够沿与A轴相交的另一B轴转动。具体的，探头旋转座150与测量探头140的旋转可通过其自带的驱动电机驱动实现。通过设置探头旋转座150，探头旋转座150自身能够绕A轴旋转，测量探头140的位置会随着探头旋转座150的旋转而移动，且测量探头140自身又能够绕B轴旋转，进而能够保证测量探头140在各个测量位置时均正对待测绝缘子1的表面，不会出现测量盲区，测量结果精确。本实施例中，所述直线驱动机构120的运动轴122的轴线以及A轴均与中空腔体的长度方向平行，所述B轴与所述A轴垂直正交。进而，一方面能够简化测量探头140的运动控制，测量探头140通过较为简单的算法控制即可与绝缘子1的表面正对，另一方面，B轴与A轴垂直正交，能够有效调整测量探头140的测量中心位置，使测量探头140在不同位置能够始终正对待测绝缘子1的表面。
进一步的，所述探头支架130的第一端与所述测量探头140的测量中心之间的直线连线长度与绝缘子1的外缘半径长度相等，所述探头扫描测量机构100安装在所述腔体外壳10内后，所述探头支架130的第一端与绝缘子的外缘任一点正对。进而，初始测量时，探头支架130的第一端与绝缘子的外缘的某一点正对，测量探头140的测量中心可与支撑绝缘子的外缘的另一点相对。测量过程中，测量探头140逐渐由绝缘子1的外缘向内圈移动，测量探头140能够沿着一段中心角为60°的圆弧移动，依次到达每一个测量位置。测量探头140每位于一个测量位置时，直线驱动机构120控制测量探头140与绝缘子1的表面 保持需要的测量距离，探头旋转座150与测量探头140转动以使测量探头140正对绝缘子1的表面，绝缘子1在绝缘子安装机构20的控制下旋转一圈，测量探头140完成在该测量位置时对绝缘子1一圈的电荷测量。当测量探头140移动至与绝缘子的中心相对时，即完成了对绝缘子的全覆盖扫描测量。图3中示意出了绝缘子的待测投影面，其中R点表示测量探头140初始设置位置，O点表示测量结束时测量探头140的设置位置，圆弧RO表示测量过程中测量探头140的移动轨迹。本实施例的探头扫描测量机构100测量时，也可以O点为测量初始点，以R点为测量终点，测量的顺序并不受限制。所述探头扫描测量机构100测量路径规划合理，运动控制简单精确。
本实施例所述的绝缘子表面电荷测量实验装置，接地电极30及滑动触头50能够沿腔体外壳10的轴向方向远离或靠近绝缘子1，绝缘子1与周围电极间位置关系可调，在实现满足高电压实验结构要求的同时，还能够在绝缘子1的扫描过程中，使各电极与绝缘子1间保持一定距离，为绝缘子1的表面扫描测量提供便利。通过采用可实现对绝缘子360°旋转控制的绝缘子安装机构20，并配合探头扫描测量机构100对绝缘子1表面实施扫描测量，有效简化了探头扫描测量机构100的运动控制，为绝缘子表面测量实验研究提供新的实验手段。所述绝缘子表面电荷测量实验装置通过采用可移动的接地电极30、可使绝缘子360°旋转的绝缘子安装机构20以及运动控制较为简单的探头扫描测量机构100，能够有效实现对绝缘子表面的全覆盖扫描，结构简单，测量准确。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。