基于电声脉冲法的空间电荷测量装置

为了从微观角度分析绝缘材料老化和击穿的原因,研制了一套基于电声脉冲法(PEA)直接测量聚合物中空间电荷分布的试验装置。分析了电声脉冲法测量空间电荷的原理;设计了一种基于测试系传递函数的陡脉冲(幅值600V,脉宽10ns),以消除由系统硬件引起的过冲;讨论了各种干扰对测量结果的影响,设计了前置宽带高频小信号放大电路(增益34dB,带宽340MHz)和压电传感器。试验表明,该测量装置的分辨率可达到30μm,输出波形能直接反映试样中空间电荷分布,避免了复杂的数学处理,并以此装置实测了变频电机绝缘用聚酰亚胺膜中空间电荷的分布。     

适用于PEA空间电荷测量系统的高压脉冲发生器设计

电声脉冲法(PEA)是一种目前较为流行的空间电荷分布测量技术,使用该法的一个前提条件是必须产生一个高压脉冲。阐述了电声脉冲法(PEA)测量电介质中空间电荷的原理,并分析了高压脉冲波形对测量信号的影响。在分析传统高压脉冲发生器的基础上,介绍了一台新型带相位检测的高压脉冲发生器,从而使PEA空间电荷测量系统能够适合交流电压下的电缆绝缘测试,该发生器能够形成50 ns、100 ns和200 ns的5 kV陡脉冲电压信号。     

适用于脉冲电声法的ns级超窄高压脉冲发生器的研制

对于电声脉冲法空间电荷测试系统中的高压脉冲电源,论文提出了采用脉冲形成线及振荡电路原理来实现超窄高压脉冲。论文在对脉冲发生原理及形成线的参数对波形影响进行了详细论述与分析的基础上,对超窄高压脉冲电源进行了制作和测试。从测试的结果可以看出,基于脉冲形成线原理的高压脉冲发生器能够形成稳定的超窄高压脉冲(ns级),其脉冲宽度随脉冲形成线的长度增加而线性增加,可适用于不同空间分辨率的电声脉冲法空间电荷测量系统。     

一种纳秒级高压脉冲发生器的研制

电声脉冲法(PEA)是一种目前较为流行的空间电荷分布测量技术,使用该法的一个前提条件是必须产生一个幅值大于400 V、脉宽小于20 ns的高压脉冲。笔者研制了一种纳秒级高压脉冲发生器,利用水银继电器作为开关,贮能电容通过此开关对匹配负载放电,经试验能产生脉冲幅值600 V、脉宽小于10 ns的陡脉冲电压信号。     

不同脉冲注入方式下长电缆中空间电荷测量结果的等效性分析

国际上针对同轴电缆用电声脉冲(pulsed electro-acoustic,PEA)法空间电荷测量技术主要分为3种:高压导芯耦合脉冲注入法、外半导电层局部剥离耦合脉冲注入法和测量电极耦合脉冲注入法。该文基于本实验室现有的同轴电缆用PEA空间电荷测量系统,测量了3种脉冲注入方式下同轴电缆中空间电荷波形的变化规律,仿真计算了3种脉冲注入方式的影响因素及耦合效率的等效性。研究结果表明:相同注入脉冲幅值下,脉冲耦合效率越高,电荷声波信号幅值越大;在高压导芯脉冲注入法中,截面越大或电缆长度越长,脉冲耦合效率越低;在外半导电层局部剥离脉冲注入法中,电缆长度越长,脉冲耦合效率逐渐增加并达到饱和态;在测量电极脉冲注入法中,轴向阻抗越大,脉冲耦合效率越高。     

基于外半导电层注入的全尺寸电缆用脉冲电声法空间电荷测量技术

高压交联聚乙烯电缆是直流输电的关键装备,但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。基于脉冲电声(PEA)法空间电荷测量技术,根据待测电缆绝缘厚度,合理选择脉冲宽度幅值及压电传感器厚度;采用电缆外半导电层注入脉冲技术实现了高电压、长电缆下空间电荷的测量;同时分析了同轴电缆中的声波传输特点及波形矫正方法。结果表明:半导电层注入脉冲方式是测量高电压、长电缆下空间电荷特性最简单有效的办法,但脉冲沿外半导电层的分压作用会导致脉冲幅值衰减;测量系统的精度和分辨率可通过合理选择脉冲宽度幅值及压电传感器厚度而实现;另外,该系统中采用示波器对地隔离,电脑与示波器间引入数字光纤隔离技术,有效避免了传统模拟光纤对测量波形频带的限制。     

电缆本体空间电荷电声脉冲法测量装置的研制

聚合物电缆绝缘层中空间电荷的存在和积累对电缆的电导特性、老化、击穿等有强烈的影响。因此,研究聚合物电缆中空间电荷的分布和积累有着重要意义。鉴于此,介绍了电声脉冲（PEA）法测量空间电荷的基本原理,研制了一套新型的可用于电缆试样的PEA空间电荷测量装置。采用平板型电极,此装置可以测量不同绝缘厚度和曲率半径的电缆。利用此装...     

基于脉冲电声法的同轴塑料电缆空间电荷测量技术的研究进展

空间电荷现象严重制约着高压直流塑料电缆的发展。目前,脉冲电声法（pulse electric acoustic,PEA）是国际上常用的测量固体电介质中空间电荷分布的非破坏性的方法之一。首先从高压脉冲的注入方式出发,简述了几种基于PEA法的同轴塑料电缆空间电荷测量技术;同时,提出了一种基于高压脉冲从测量电极注入电缆试样的改进测量装置,在该装置中通过蓄电池、环氧底座以及光电转换器等将采集数据的示波器进行对地隔离,从而提高了测量系统测量信号的频带宽度;然后,介绍了同轴塑料电缆空间电荷波形的恢复方法;最后,概述了空间电荷测量技术在评估电力电缆老化程度中的应用和未来在线测量空间电荷的可行性及发展方向。     

10kV交联聚乙烯电缆本体交流电压下空间电荷测量

由于交流电压下的空间电荷在交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化过程中起到非常重要的作用,采用新研制的基于电声脉冲(PEA)法的空间电荷测量系统,对10 k V XLPE电缆本体在工频交流电压下的空间电荷进行测量。提出一种采用最高频率为200 Hz的继电器产生高压窄脉冲以及控制脉冲施加到固定工频相位的方法,实现一个工频周波下每隔22.5°为1个测试点,共计16个不同相位的空间电荷信息采集。结果表明:在外施交流电压90°和270°相位处测得的PEA信号峰幅值最大,在0°和180°相位处峰幅值最小。     

温度梯度场下电缆本体脉冲电声法空间电荷测量声波纠正

采用脉冲电声(PEA)法测量电力电缆本体空间电荷时会因电缆筒柱形结构和温度梯度场的作用而使PEA声波在电缆本体中的传播声速发生变化,导致空间电荷测量波形幅值的衰减和采样时间的变化。为此,首先研究了温度梯度场下交联聚乙烯(XLPE)电缆本体PEA测试信号的纠正问题。实验研究发现:PEA系统中声波沿XLPE电缆绝缘径向传至压电传感器时,不仅会受到与切片试样中相同的吸收衰减和散射衰减,而且会因电缆的圆柱型结构而导致声波辐射面扩大并发生扩散衰减,扩散衰减与声波所在位置的半径的平方根成反比;温度梯度场下声速沿电缆本体绝缘径向呈线性分布,且温度越高,声速就越低。然后将电缆本体中声波衰减因子离散成1个传递矩阵,针对试样处在常温和温度梯度场下的不同情况,分别在频域下获取了整个电缆本体绝缘中的空间电荷恢复方程;同时为解决不同温差下以时间为横坐标来比较空间电荷的位置分布的困难,采取将时间轴转换为对应的试样厚度方向的距离来进行比较。纠正结果表明该纠正方法是有效的。     

快速空间电荷测量用高压高频脉冲源的研究

采用电声脉冲法测量空间电荷时需要对试样施加脉冲激励,使试样中的空间电荷发生微弱位移产生机械波。为了获得足够高的信噪比,必须连续采集多个信号进行平均处理,对于多数测试系统平均次数至少需要40次。测量一次所需时间为脉冲频率和平均次数的乘积,因此脉冲源的频率决定了测量的速度。基于高压固体开关设计了高压高频脉冲源,可产生半峰宽5 ns至380 ns的窄脉冲,兼具连续脉冲模式和脉冲簇模式,脉冲重复频率可达3 k Hz,在脉冲簇模式下脉冲间隔最小为1μs,输出脉冲幅值最大为2.5 k V。经设备校验可知脉冲源可有效提高空间电荷测试速度,并适用于交流甚至任意波形下的空间电荷测试。     

Phase-resolved pulsed electro-acoustic technique to detect space charge in solid dielectrics subjected to AC voltage

The PEA technique has been modified to study the space charge development in solid dielectrics subjected to AC electric field. Narrow (5 ns) electrical pulses are applied at various phase angles of the AC waveform. Special software, developed to precisely synchronize the pulse generator with the high voltage supply, applied the narrow pulses at 0deg phase angle and then in steps of 10deg till 360deg. By processing the PEA data at various phase angles of the AC waveform, without resorting to complex mathematical analysis, the electric field at which charges are injected into the polymeric insulation was determined. The phase resolved PEA technique can also provide the dynamics of space charge development under AC fields     

基于高速数字电路的PD UHF信号纳秒级陡脉冲源研制

超高频法是目前电力设备局部放电在线监测广泛使用的监测方法,超高频电磁信号的定量、定位研究需要稳定可靠的UHF信号模拟发生装置,针对这一现实需求,文章设计了一种基于数字电路的纳秒级脉冲源,用于产生PD UHF模拟信号。文章详细分析了利用数字电路产生陡脉冲的原理,选用简单的高速逻辑器件构建了脉冲发生电路,并采用虚拟仪器产生频率可变的方波信号作为脉冲源的触发信号。用Pspice仿真分析了门电路的脉冲响应特性,并搭建了试验电路进行性能测试。实验结果表明,该脉冲源产生的陡脉冲信号幅值可达2 V,脉冲重复率为50 k Hz-20 MHz,上升陡度为1 ns,脉宽为3 ns,能有效模拟PD UHF信号,并进行相关的局部放电实验。     

脉冲电压下聚酰亚胺空间电荷行为及其机理研究

电力电子装备长期处于高重复频率、陡上升时间脉冲电压运行工况,绝缘更容易发生劣化和早期失效。为探究脉冲电压下绝缘失效的微观机理,对ns级别下的脉冲边沿前后空间电荷分布情况进行研究对比,探究了电场强度、硅油对脉冲边沿时刻电荷振动波形的影响。通过分析不同脉冲上升时间下的电荷振动波形及电压波形频谱、电荷积聚特性,阐明了脉冲电压边沿时刻电荷振动机理以及ns脉冲下电荷行为对绝缘劣化影响机理。研究发现,ns脉冲上升沿和下降沿前后电荷分布特性存在差异,在脉冲边沿处发现了特殊的空间电荷迁移行为;电场强度会影响异极性电荷的积累速度及积累量,从而影响电荷振动波形的形状;电极与试样之间涂敷硅油会影响电荷振动波形的极性;5×106～1×107 Hz频段的电压分量对空间电荷振动起主要作用;ns脉冲电压下电荷积聚导致电场畸变更加严重。     

Portable space charge measurement system using the pulsed electrostatic method

The pulsed electroacoustic (PEA) method is used to measure space charge distributions in insulating materials. A high-resolution PEA measurement system and signal procedure has been discussed in previous papers. Since the signal procedure is necessary for high-resolution measurement, the system must include a computer. In this paper, a new PEA system without signal processing is introduced. In order to eliminate the inevitable signal distortion of the conventional PEA method, the new system employs a new voltage waveform generator, one that is different from the very narrow pulse generator used in conventional PEA systems. Using the new waveform, designed based on the impulse response of the measurement system; the output signal can show the space charge distribution directly, without the need to conduct deconvolution. Thus, space charge distributions can be measured on site, such as in a factory, with a portable oscilloscope. The spatial resolution of the space charge measurement of the system is 10 /spl mu/m, which is the same as that of conventional PEA systems. Such a portable PEA system can contribute to various industrial applications.     

脉冲电声法空间电荷测量中波形过冲的纠正

采用脉冲电声法(PEA)测量固体电介质中空间电荷的分布,由于测量系统的频带限制引起非线性相位失真和损耗,在测量波形中发生过冲现象,严重影响对空间电荷形成机理及分布的判断。通过对下电极、传感器以及放大器对波形畸变的研究,在信号有效频率范围内,建立了信号的过冲纠正模型,采用Matlab软件方法实现信号的补偿,对过冲的波形进行重建和纠正,提高了所测波形的准确度,最大程度地再现真实的电荷分布信息。处理结果表明:电荷分布波形中的过冲畸变可以得到很好地纠正。