电极声阻抗对电声脉冲法恢复算法与测量结果的影响

采用电声脉冲法测量空间电荷分布时,对畸变的测试波形进行准确恢复至为关键。基于电极与试样界面压力波的等效传输模型,提出上电极与试样声阻抗的不同会影响实际测试得到的电极界面压力波幅值,同时结合电脉冲下不同区域内压力波的传播过程,分析指出声阻抗差异会影响衰减恢复与电荷量转换两个过程。进一步,基于衰减系数与电压-电荷转换系数的推导,提出考虑上电极声阻抗影响的单双层介质界面与空间电荷的改进恢复算法,不同电极材料下测试波形的恢复结果验证了算法具有更高的精确度。与以往算法的对比结果表明,即使采用半导电上电极,在恢复计算中仍需计入其与试样的声阻抗差异。最后由双层介质测试波形的恢复结果表明,改进算法可推广应用于多层介质的空间电荷波形恢复中。     

基于PEA的测试信号处理的研究现状

国内外普遍采用电声脉冲法(PEA)来测量固体电介质中空间电荷的分布。但受固体介质的声学特性和系统频带响应的影响,所测信号的波形会产生畸变,一方面,信号幅值产生衰减,波形脉宽展宽;另一方面,信号产生过冲,严重影响对空间电荷形成机理及分布的判断。针对引起波形畸变的两个主要因素:介质的衰减和色散及测量系统的频带响应引起的非线性相位失真和损耗,综述了国内外关于不同固体电介质形状的空间电荷波形恢复的方法,对比了不同方法的恢复效果,并指出了基于PEA的波形恢复的发展方向和要求。     

双层介质的电声脉冲法空间电荷波形恢复

基于双层介质电声脉冲法测试中压力波的形成和传播过程的分析,提出针对双层介质的电声脉冲法空间电荷波形恢复方法。理论分析表明双层介质的电声脉冲法测试中,压力波主要由界面处的介电常数不连续以及介质内的体空间电荷和绝缘界面处的界面空间电荷引起。实际测量中,由于系统的非线性失真,压力波在有损介质中传播的幅值衰减和经过绝缘界面时的透射和反射等因素,使得测试信号发生畸变。文章提出以低电场下加压瞬间的测试结果作为参考波形,获取系统传递函数、衰减系数和标定系数,为双层介质的空间电荷波形恢复提供相应参数。通过对实测波形的处理发现,文中提出的方法不仅能恢复电极界面处的电荷峰,还能很好地恢复绝缘界面及介质体内的电荷分布,为双层介质中空间电荷特性的研究提供了基础。     

温度梯度场下同轴电缆中空间电荷测量波形的算法矫正

直流电场下电缆绝缘中的空间电荷积聚效应导致绝缘内电场严重畸变,直接影响电缆长期运行可靠性,因此对全尺寸长电缆空间电荷特性的实时测量显得尤为重要。然而,由于高压直流电缆运行时,内导体的发热会导致电缆绝缘中温度梯度效应,电缆绝缘材料密度变得不均匀。此外,电缆的同轴结构也会导致测量波形畸变。该文首先设计了一种改进的脉冲注入方式和波形信号检出的温度梯度下同轴电缆空间电荷测量装置;然后针对同轴电缆下电场分布的不均匀性和声波传播的发散性,对测量电荷波形进行了恢复;最后通过在声波传递方程虚部中引入二次项近似的方法,有效实现对声波衰减和时域平移现象的矫正。利用此算法,成功实现了温度梯度下同轴电缆的空间电荷测量波形的矫正。     

基于反卷积原理的一种信号恢复技术研究

由于声波在固体介质中传递存在衰减和色散,导致PEA空间电荷测量信号发生畸变。在分析PEA空间电荷分布信号的基础上,采用高斯函数模拟电极附近的空间电荷分布信号,对声波传递过程中不同频率信号衰减因子进行求取,利用反卷积技术实现了空间电荷分布曲线的恢复。利用该数据处理技术对不同老化时间的电缆绝缘材料的空间电荷分布信号进行恢复,结果表明:通过信号的恢复,绝缘体中的空间电荷分布更加明显;随着老化时间的增加,绝缘体中的缺陷增多,其空间电荷也越来越多。因此可采用空间电荷分布状态实现对绝缘老化状态的评估。     

全尺寸直流电缆脉冲电声法（PEA）空间电荷测量系统设计及声信号衰减与色散补偿

脉冲电声法（PEA）空间电荷测量是交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流电缆材料选型与评价的主要技术手段,被广泛应用于直流电缆薄膜试样。但应用该方法测量厚尺寸平板试样和大尺寸同轴试样以研究材料体效应对空间电荷的影响时,声波信号在材料中传播时的衰减与色散将直接影响电荷密度测量的精度和空间分辨率。提出了在空间电荷校准过程中利用理论计算直流电场的方法确定内外电极表面的电容电荷密度,然后计算确定在绝缘介质中传播的脉冲声波信号传递函数（该函数含有衰减和色散系数）,再对原始信号进行反卷积分运算以去除系统响应。在频域利用测量信号乘以传递函数获得脉冲声波信号经过衰减、色散恢复后的信号,从而保证大尺寸直流电缆试样测量中电荷密度及空间分辨率的测量精度。同时,设计了全尺寸直流电缆空间电荷测量系统,并在LabVIEW环境下开发了数据采集与处理系统。     

PEA空间电荷波形恢复的数据处理法

分析声波在绝缘材料内传播过程中发生的色散和衰减现象对PEA测试结果的影响,建立相应的数学模型,编制相关软件计算损耗介质中的衰减系数,并对已畸变的输出信号进行恢复,重建空间电荷分布的波形。     

不同热老化程度油纸绝缘介质在直流电场中的空间电荷特性

为理解油纸绝缘介质的热老化程度与其体内空间电荷特性间的关系,对由#25矿物变压器油和普通植物纤维素绝缘纸组合而成的油浸绝缘纸试样进行加速热老化试验,应用电声脉冲（PEA）法测量了不同热老化程度下试样在直流电场（20 kV/mm）作用时和作用后的空间电荷密度分布图像,讨论了热老化程度对试样内部空间电荷分布及电荷总量的影响。结果表明：随着油浸绝缘纸试样热老化程度的加深,外加直流电场时试样中部空间电荷注入量呈增大趋势,电荷密度到达极值所需时间延长;去压后试样内部积聚电荷消散所需时间明显延长,将致使材料内部场强畸变时间增加。研究得到去压后试样内空间电荷密度极值及电荷总量与消散时间呈现指数衰减关系,可用衰减时间常数τ来表征不同老化状态油纸绝缘的电荷消散能力。该研究成果为进一步评价油纸绝缘介质在不同热老化程度下的空间电荷特性提供了参考依据。     

直流耐压试验对交联聚乙烯电缆绝缘的危害性

聚合物绝缘介质中存在着大量的电荷陷阱，在直流电场的作用下，电荷的注入或添加剂的电离化，在绝缘中形成了严重的空间电荷效应。通过试样击穿的极性效应、ＸＬＰＥ电缆绝缘中空间电荷分布的测量，阐明空间电荷对电场的畸变，畸变可使绝缘中的最大电场强度达到击穿强度。通过聚乙烯的直流击穿电场强度和预压短路击穿电场强度的比较，说明短路放电也可以引起电缆绝缘的击穿或损伤。     

表面氟化聚乙烯中的空间电荷分析

根据在高场强下聚合物中的空间电荷主要来源于电荷的注入，而电荷的注入决定于聚合物的界面特性，用氟气表面处理聚乙烯试样改变表面层化学结构，来研究表面层的极性对空间电荷形成和注入的影响。测量了在不同场强下加压一定时间后短路条件下聚乙烯和表面氟化聚乙烯中空间电荷的分布情况，发现表面氟化聚乙烯的电荷注入的起始场强比聚乙烯试样的低，而且在相同场强下界面和介质中的空间电荷比聚乙烯多，在80kV／mm的高场强下表面氟化聚乙烯产生了空穴的注入，并通过测量材料的红外谱图对以上现象给出了微观的物理解释。     

应用改进脉冲电声法的空间电荷波形恢复技术

脉冲电声法(pulsed electro-acoustic,PEA)测量信号因压力波的衰减与色散,传感器与外电路的滤波作用而产生畸变。介质内部体电荷产生的相对较弱信号会受到电极–介质界面处面电荷的干扰。现有信号恢复技术由于无法得到可靠的高频区压力波衰减与色散因子,其只能处理低频范围内的PEA信号。采用频率幂函数规律和时间因果理论,得到了适用于较宽频带范围的衰减与色散因子;同时,构造出除去界面面电荷对体电荷信号干扰作用的新反卷积方程,采用结合后验停止规则的迭代正则化ν方法求解该反卷积方程。通过对低密度聚乙烯PEA信号的恢复处理,验证了该文提出的改进方法。     

Analysis of the behavior of ions produced by pulsed coronadischarge

The motion of an ion cloud which is produced by a corona discharge with the high-voltage pulse of a short duration and is introduced into parallel plate electrodes was calculated numerically. The ion cloud initially placed at the tip of a needle electrode was simulated by a number of ring charges and the trajectories of individual ring charges were calculated by using electric field strength obtained with a charge simulation method. Not only movement of the ion cloud but also the waveform of the induced current flowing through a ring electrode located at the center of the parallel plate electrode were simulated and analyzed. The ion cloud with an initial diameter of 0.5 mm expands to 5 mm by electrostatic repulsion within 10 μs after the beginning of drift. During drifting toward the counter electrode, the ion cloud extends wider to a diameter of around 20-25 mm. The size and velocity of ion clouds agree with those estimated by experiments and the waveform of induced current obtained by experiments was reproduced by this simulation     

A finite element method for the determination of space chargedistributions in complex geometry

Electrical breakdown in insulators very often initiate near high field regions of the structure, as found near small-radius impurities or at electrode defects. This is attributed to the development of localized space charges. For this reason many efforts have been made to determine such charge. Various techniques are now available, but they are not directly applicable to complex geometries where it is difficult to determine analytically the field configuration and thus the relation between the measured variables and the space charge distribution. To solve this problem, we propose to use a numerical simulation using a finite element method (FEM). In this paper we describe how it can be implemented in the case of the pressure wave propagation (PWP) method. It is shown that measured signals in insulating samples with divergent electric field regions are well fitted by simulations. We show that this allows for the determination of space charge distribution in such samples     

基于脉冲衰减规律的电缆故障定位方法

针对故障点反射波形难以辨识的问题,提出了一种基于脉冲衰减规律的反射波辨识方法。该方法的实质是将小波方法与脉冲衰减距离规律结合,利用小波寻找反射波头对应的时间,利用脉冲衰减距离规律剔除反射波中不相干波形,实现故障定位。该方法有效解决了小波定位方法的局限性,具有一定的研究意义。     

用于提取局放脉冲的波形匹配识别方法初探

针对现场采集的局部放电信号中经常混杂白噪声和窄带周期干扰现象,本文首次提出使用Laplace小波按照波形匹配的原则来提取局部放电脉冲信号的方法.利用该小波波形与局部放电脉冲波形相吻合程度较好的特点,根据波形匹配的原则对含噪信号在一个由该小波构成的小波基函数空间中进行模式识别,进而去除噪声,提取局部放电脉冲信号.该方法不仅能够用于去噪,而且可以确定脉冲的放电主频率、衰减度、放电时刻及放电个数,从而为故障识别和定位奠定良好的基础.仿真和实验结果显示该算法具有良好的去噪性,同时可以获得更多的局放脉冲信息.     

基于VFC器件在A/D变换时采样波形的畸变与恢复

电力系统故障录波,对分析电网故障、评价保护动作以及故障测距等,均有重要意义。目前,故障录波装置中多采用ＶＦＣ（电压频率变换器）作Ａ／Ｄ器件。若将ＶＦＣ的采样结果直接用于故障录波,则由于故障信号中存在直流衰减分量,导致所录波形产生畸变,不能反映故障信号的真实形态,有违故障录波的本意。为了满意继电保护故障录波的需要,讨论了以ＶＦＣ作Ａ／Ｄ器件引起的波形变问题,并根据畸变产生的原因提出用一周期积分提取衰     

高压直流输电线路行波保护影响因素分析及改进

分析了目前常用行波保护的影响因素,指出电压波形受平波电抗器和直流滤波器的影响使差分计算的电压变化率减小进而导致电压变化率保护拒动,而采用方向行波可以减小影响;方向行波变化率主要受过渡电阻影响,而电压变化量和地模波受线路损耗及色散现象影响较为严重,因此,当远距离故障时,二者定值到达时间的滞后是导致行波保护拒动的重要原因.提出了基于极性比较的不受过渡电阻影响的行波保护原理,基于该原理的行渡保护能够在区内高阻接地故障时可靠动作.基于EMTDC的仿真结果验证了所述工作的正确性和有效性.     

纳秒脉冲电晕放电衰减研究

建立了线－板结构脉冲电晕放电实验模型，研究了沿电晕线的纳秒脉冲电晕放电对其自身波头幅值、波头形状的衰减特性，用高灵敏度紫外光－可见光成像系统摄取了单次纳秒脉冲电晕波电图像并进行了分析。研究表明，纳秒脉冲电晕放电对其自身波头幅值的衰减在电晕线前段的下降具有指数型快速衰减的趋势，且首端所加电压幅值越高，这种衰减越严重。     

Basic study on calibration using waveform variation in space charge measurement by pulsed electroacoustic method

The pulsed electroacoustic method determines the distribution of space charge in an insulation system by applying a pulse voltage and detecting the acoustic response. It estimates the location and magnitude of charges from time-domain signals. For quantitative analysis, a bias voltage is applied to a specimen with no space charge, and the acoustic signal generated from the electrodes only is used as a reference waveform for calibration. However, a full-scale, extra-high voltage insulation system often already contains space charges in it. Therefore, a method of acquiring a reference signal under such a condition was studied. We studied methods to compare voltage variations and response signal variations. We proposed a method that measures the signal difference at different voltages. In addition, we proposed a method of correlating voltage and signal variations that may allo for more rapid signal acquisition. The feasibility was proved using an 11 mm-thick mimic polyethylene specimen.     

纳秒级脉冲电压作用下聚丙烯膜反极性充电现象的研究

采用针-板电极系统，对无纺聚丙烯过滤膜纳秒级脉冲电压作用下电介质膜空间电荷形成过程进行研究。发现了聚丙烯膜积累的空间电荷与所加脉冲电压极性相反的聚合物膜反极性充电现象。正极性脉冲峰值越高越容易引起聚合物膜反极性充电。峰值足够高且脉宽足够窄的负极性脉冲也导致反极性充电。脉宽大于200ns的负极性脉冲作用下，聚合物膜充电过程为同极性充电，并且电荷积累量与脉冲峰值无关，随着脉宽的增大均趋于同一个稳定值。据此，文中提出了基于强场注入和反向注入两种充电过程并存的新理论模型，强调了针-板空气间隙固有放电特性对聚合物膜充电过程的影响。