用于宽频带时域电场测量的光电集成电场传感器

电场测量是电气工程领域的基础研究手段。光电集成电场传感器具有无源、小尺寸、宽频带、动态范围大等优点,能够满足电力工程领域不同场合的电场测量需求。首先介绍了光电集成电场传感器的半波电场、静态偏置点可控性、温度稳定性和湿度稳定性四方面的关键技术问题以及相关解决措施,并提出了未来相关方向的具体研究工作思路及其改进方案。另外就所研制的光电集成电场传感器的线性测量范围、时域响应、频率响应等关键电气特性进行了比较分析。最后,结合近年的工作,介绍了利用所研制光电集成电场传感器在直流、工频、μs级暂态、ns级暂态等典型时域电场中的测量应用。     

光电集成强电场测量系统及其应用研究

为研发高性能强电场测量系统,在分析高压电场测量的特殊要求后,介绍了光电电场测量系统的基本原理、最新进展及其在高压测量领域的优势。通过对光电集成电场测量系统及传感器体系结构、关键参数的分析,研制了一种光电集成强电场传感器并测量它的输入输出特性。用研制的测量系统测量棒板间隙击穿过程冲击电场与复合绝缘子工频场,证明光电集成电场测量系统在高压测量研究领域的广阔应用前景。     

基于光电电场传感器的复合绝缘子内部绝缘故障检测

为提高电场分布法检测复合绝缘子内部故障的灵敏度,基于光电集成电场传感器搭建了一套用于复合绝缘子内部故障检测的实验系统。使用该系统模拟进行绝缘子故障检测,得到了绝缘子附近的电场分布曲线,验证了其检测绝缘子短路故障的可行性。然后对老化实验所得绝缘子和现场运行过的绝缘子进行了故障检测实验,结果表明:绝缘子表面附近轴向电场分布的测量点位于距离伞群边缘10 mm(外侧)时,内部绝缘故障检测具有最佳灵敏度,此时传感器可测量出的最小短路故障为长20 mm的短路故障。     

利用光电电场传感器测量合成绝缘子的沿面场强

利用光电电场传感器对复合绝缘子表面场强的分布进行了测量,采用平行金属板对研制的电场传感器进行了工频标定实验,并测量了绝缘子棒身表面附近的轴向电场和伞裙下方的径向电场分布。对绝缘子和连接金属导体进行了建模,并利用边界元法计算了绝缘子表面场强的分布,计算结果和测量值基本符合。     

无电极型工频电场传感器的设计

分析了电力系统中工频电场测量的技术手段和应用现状,指出现有手段的存在的问题;利用集成光学技术研制了一种基于铌酸锂晶片铁电畴反转的无电极电场传感器,该传感器内部没有金属部分,具有集成度高、对被测电场影响较小等优点;分析了传感器的设计要点,针对电力设备工频电场测试的实际需求完成传感器的参数设计,并研究相关的工艺流程;针对传感器半波电场太大的特点设计了合适的方案测试传感器的特性;根据国标GB/T12720-1991建立工频电场测试系统,并利用该系统完成传感器的工频电场标定测量实验。实验结果表明,该传感器在较大测量范围内具有较好的线性度,适合于电力系统工频电场的测量。     

三维脉冲电场传感器的时域校准及不确定度评定

为了满足脉冲电场的校准需求,以三维脉冲传感器为例,建立了一套基于GTEM室的时域校准系统,并对传感器进行了时域校准和不确定度评定。该不确定度分析考虑了场均匀性、输入电压、测量距离以及传感器和标准电场之间的相互关系等因素,通过不确定度合成,得出了在置信概率95%时,校准的总不确定度为5.82%。并在此基础上,对三维脉冲电场进行了时域校准,校准结果表明:传感器的线性度良好,拟合的确定系数为0.998。该研究对于分析电场传感器的时域校准有一定的参考意义。     

增量位移集成光电传感器设计

为了提高处理增量位移信息的集成光电传感器输出信号的有效精度,降低输出阻抗,以保证光电传感器的性能.基于0.35 μm CMOS工艺,采用Cadence设计了1款用于处理增量位移信号的光电传感器,并对关键参数进行了理论推导以及验证.实验结果表明,该光电传感器输出信号有效精度优于10 bit,输出阻抗低于5 Ω,各项性能指标均符合行业标准,并且能够稳定地运行.     

机载振动传感器校准技术研究

针对目前机载振动传感器校准时间长、效率低的现状,提出在振动台台面上加装一个转接台面。通过对CS18M F中频校准系统进行深入研究,设计且制作了转接台面,并使用 ANSYS软件对转接台面做了固有模态分析,得出其固有频率大于39 kHz时会产生共振,远高于机载振动传感器对频率的要求。通过实验室试验表明,制作的转接台面可安装多种类型振动传感器,且最多可安装4个传感器同时校准。该台面用于机载振动校准可大大提高工作效率,且校准精度满足课题要求的5％。     

模拟光电式电流互感器的频率特性分析

从模拟光电式电流互感器的组成和实现原理出发,研究了关键器件参数对其传输带宽的影响,并分别对其各组成单元进行了建模,得到了系统光路的传递函数,并对其幅频、相频特性进行了分析;通过稳态和暂态信号传输的仿真及实测结果验证了建模的正确性。试验表明,模拟光电式电流互感器的截止频带可达到500 kHz,即使对1 MHz的高频信号也具有小于1μs的上升响应时间,该互感器对稳态及暂态信号的良好传变特性使其在电气测量领域具有广阔的应用前景。     

高压工频电场警示仪的研究

环评测试表明,在高压线路下和变电站内部分区域,电场强度超过国家标准5kV/m规定的最大值.为了便于电力工作人员及时准确的获得作业场所的电场信息,本文以C8051F020单片机为核心开发研制了高压工频电场警示装置.现场测试表明,该装置不仅可以对电场强度进行测量,当环境的电场强度超过规定值时,其声光报警系统可以自动告警,能满足电力系统对电场环境监测的需要.     

光电电流互感器测试与校验方法

介绍了典型的光电电流互感器的结构原理和输出特点.鉴于传统的电流互感器测试方法已经不适于校验新型的电流互感器,依据IEC标准和误差分析理论,提出了光电电流互感器的测试和校验方法.指出采用虚拟仪器技术的测试系统具有灵活、易于扩充的优点.认为标准通道的各部件需要经过严格的溯源,标准通道的设计需要遵守微小误差原则.所设计的测试系统已成功应用于自行研制的光电电流互感器性能指标的测试.     

横电磁波小室校准系统产生标准电场的不确定度评定

电场传感器需要通过校准才能应用于电场测量,校准系统的不确定度反映了传感器校准结果的可信赖程度,所以需要评定校准系统的不确定度。横电磁波(TEM)小室具有成本低、内部电场均匀性好、幅值较高等优点,适用于产生标准电场,进行电场传感器的校准工作。针对光电集成电场传感器的校准需求,建立了一套TEM小室电场传感器校准系统,分析了该系统产生标准电场的各项影响因素包括场均匀系数、TEM小室特征阻抗实部、半空间距离和净输入功率,计算了这些影响因素的标准不确定度。通过不确定度合成,得出TEM小室校准系统在≥95.45%的置信概率下,产生标准电场的扩展不确定度为5.9%,满足校准电场传感器的需求。     

便携式工频电场测量装置的设计

为了了解设备表面和内部的工频电场,从而更好地研究设备运行的状态及优化改进设备,笔者介绍了一维球型电场传感器的测量原理,设计了一种基于C8051F410单片机的便携式工频电场测量装置,讨论了不同形状及规格电场探头对测量结果的影响并完成了电场探头的选型。在500 kV交流输电线下方和实验室简化同心圆球电极内使用该装置与国外标准仪器进行了对比测量,现场测试结果表明该装置测量数据与国外仪器相比具有较大的相关度,能准确地测量电力系统工频电场,具有很好的实用性。     

工频电场、磁场标准对比及建议

介绍了国外工频电场、磁场标准的建设情况,对国外的标准进行了探讨,并与我国现行推荐标准进行了对比;对国内500kV输电线路进行了实测分析;对减小工频电场、磁场提出了几点建议。     

高压电能计量装置整体误差校验台

针对目前高压电能计量装置检测过程繁琐,无法标定计量准确度的问题,研制了一套性能稳定可靠的高压电能计量装置整体误差校验台,填补了高压电能计量领域整体误差检测技术空白。本文介绍了高压电能计量装置整体误差校验台的设计原理、硬件和软件构成,给出了主要技术指标与用途,并对校验台的误差进行了分析,最后介绍了校验台对一套高压电能计量装置进行整体校验的情况,并和传统校验结果进行了比对。