气体绝缘金属封闭输电线路(Gas Insulated metal enclosed transmission,GIL)具有输送容量大,占地面积小,输电可靠性高的优点在解决中国输送走廊紧张,高海拔大落差地区电力输送的问题意义重大。正常工作运行电压条件下,三支柱绝缘子的表面会积聚电荷,表面电荷的存在会使空间电场发生畸变,诱发局部放电甚至沿面闪络事故,因此对三支柱绝缘子表面电荷特性进行研究十分重要。但由于三支柱绝缘子结构较为复杂,目前尚无针对三支柱绝缘子实体的表面电荷测量装置,因此有必要开展GIL三支柱绝缘子的表面电荷测量装置的研制工作。研究表明,绝缘子表面的电场的法向分量是导致电荷积聚的主要动力,绝缘子表面电场及电场的法向分量集中的位置是电荷测量的重点区域,因此本文针对实际500kV GIL结构,对交流电压和直流电压作用下三支柱绝缘子表面电场分布进行了仿真研究,重点分析电场及电场法向分量的分布,结果表明交流电压下,电场分布主要集中于支柱区域,并在支柱的0°方向上柱面与腹部间的过渡圆弧位置达到峰值,电场法向分量的分布主要集中于腹部区域,并在腹部的中心位置达到峰值;直流电压下,电场分布主要集中于支柱区域,并在柱面的中间位置达到峰值,电场法向分量主要分布在支柱区域的顶端和柱面与腹部间的过渡圆弧位置,其中峰值位于柱面顶端位置。综上,支柱区域的顶端和中间位置、支柱向腹部过渡的圆弧区域的0°方向以及腹部的中心位置为电荷测量的重点区域。本文针对三支柱绝缘子的结构特点和电荷测量重点区域的分布,研制了一套GIL三支柱绝缘子表面电荷三维扫描测量装置,主要包括探头运动控制机构和表面电荷测量系统。支柱区域探头运动控制机构包含3个探头,使用1个探头沿着与柱面轮廓线匹配的仿形导轨做曲线运动,并通过旋转对柱面实现范围100%的测量,由于柱面与腹部过渡圆弧区域不规则,因此使用2个探头,按照0°和60°方向的轮廓设计,通过旋转可对过渡圆弧区域的6个方向进行测量,移动精度为1mm和1°。腹部区域探头运动控制机构包含1个探头,通过两个正交布置的圆弧导轨对腹部表面进行测量,可对腹部表面包含腹部中心位置的88%的区域进行测量,移动精度0.02mm。表面电荷测量系统基于静电容探头法,经过标定探头的电荷分辨率可达0.0588μC/(m2·mV),空间分辨率为6.7mm2。该装置能够对实际GIL三支柱绝缘子的表面电荷分布进行准确的测量。