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随着我国输电电压等级的不断提高，复合绝缘子越来越多地应用于输电线路。与传统的瓷、玻璃绝缘子相比，复合绝缘子具有重量轻、强度高、耐污闪能力强、制造维护方便等优点，尤其是在重污秽地区将优先采用复合绝缘子。然而，绝缘子长期运行于直流高压作用下，表面会积聚大量电荷。表面电荷畸变绝缘子原有电场，使电场分布变得极不均匀，在电压足够高的情况下将引起绝缘子沿面异常闪络。研究复合绝缘子在直流电压下的表面电荷积聚特性对改善其绝缘性能具有重要意义。为了研究高压直流复合绝缘子表面电荷积聚现象，本文研制了一套新型的可用于具有伞裙结构的绝缘子的表面电荷检测装置。装置使用改进的电容探头，通过GPRS无线通讯方式进行数据传输，并借助于LabVIEW软件进行数据处理；设计了机械控制装置来带动探头对绝缘子进行360度精确扫描。此装置可以实现复合绝缘子伞裙和护套表面的自动精确测量。利用研制的电荷测量系统搭建高压直流复合绝缘子表面电荷观测实验平台，对不同电压条件下的绝缘子表面电荷进行测量，研究电压幅值、电压作用时间及环境因素对电荷分布的影响。测量结果显示，在阴极端第一个伞裙表面电荷积聚量相对较大，伞裙表面整体电荷分布极不均匀，其中负电荷密度峰值较大。随着电压作用时间的延长，负电荷密度最大值增大幅度远大于正电荷，而且在较高电压等级的作用下，电荷分布在多个位置出现峰值。伞裙表面局部涂污使得污秽粘附位置有较为明显的电荷积聚。针对表面电导电流不一致引起的电荷积聚方式，本文采用有限元软件对绝缘子表面电荷分布情况进行仿真分析，结果显示当绝缘子表面污秽电导率较大时，由电导率不均匀引起的电荷积聚是作为一种主要的积聚方式，使得污秽附近积聚大量电荷。当绝缘子表面污秽电导率较小或是在洁净干燥条件下时，仅受切向场强的影响沿面电导率分布不均匀程度较小，此种机制不起主要作用，复合绝缘子表面电荷主要来源为电极附近的局部放电，伞裙表面的强法向电场分量是造成第一个伞裙表面大量电荷积聚的主要原因。