绝缘子表面电荷消散影响（直流电压下绝缘子表面电荷分布中）

清华大学电机工程与应用电子技术系、西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室的研究人员李大雨、雅等，在2018年第22期《电工技术学报》上撰文指出，在对直流电压下缩比气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）绝缘子表面电荷进行测量时发现，绝缘子表面通常呈现两种不同的电荷分布，可分别称为电荷分布的“基本模式”和“电荷斑”模式。

研究表明，“电荷斑”模式的电荷积聚机理和“基本模式”的不同，无法反映绝缘材料本体特征对电荷积聚的影响规律。为了准确地对电荷积聚特性进行量化表征，需要对“电荷斑”加以分离处理，本文对“电荷斑”形成原因进行分析，利用最大类间方差法对“电荷斑”进行分离，并对分离“电荷斑”以后的基本模式下材料本体的径向电位分布进行量化表征。

结果表明，分离电荷斑以后的表征结果和实验结果以及仿真结果具有较好的一致性。

气体绝缘金属封闭输电线路（Gas Insulated metal enclosed Transmission Line, GIL）是高电压传输中较常采用的一种输电方式，它具有电磁干扰小、传输能力强、电能损耗小和环境适用性强等优点，可以解决我国电力能源由西、北向东、南地区远距离大规模输运的困难，从而缓解我国能源供应和能源消耗的之间地域分布不均衡的矛盾。

图1 缩比GIL绝缘子

图2 表面电荷实验与测量系统

图3 电荷分布的基本模式和“电荷斑”模式

本文主要研究了直流电压下缩比GIL绝缘子表面电荷积聚中的“电荷斑”模式，分析了其特点和形成原因，并用“最大类间方差法”对其进行了分离处理及分离后的量化表征，可得出以下结论：

1）直流电压下缩比GIL绝缘子表面电荷积聚可分为“基本模式”和“电荷斑”模式两种主要模式。

2）类比灰度图像中区分“目标”与“背景”的方法，利用最大类间方差法可以对“电荷斑”模式进行有效地分离。

3）对分离“电荷斑”以后“基本模式”下的电荷积聚进行了量化表征，得到了“基本模式”下的环氧树脂绝缘材料在不同电压作用时间后的电位分布特征，得出了其表面电荷积聚的特点。

4）对分离“电荷斑”以后的径向电位分布与不含“电荷斑”的径向电位分布进行了对比，两者吻合较好，证明了“电荷斑”分离的可行性及对分离以后电荷积聚机理表征的正确性。

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直流电压下绝缘子表面电荷分布中“电荷斑”模式的分析与研究