[發明專利]基于電聲脈沖法的高壓直流電纜空間電荷二維成像方法

有效

• 申請號: 201510906114.7
• 申請日: 2015-12-09
• 公開（公告）號: CN106855536B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 徐恒山;賀之淵;曹均正;黃永章;于濤;趙志斌
• 申請（專利權）人: 國網智能電網研究院;國網浙江省電力公司;國家電網公司;華北電力大學
• 主分類號: G01N27/61
• 分類號: G01N27/61
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種基于電聲脈沖法的高壓直流電纜空間電荷二維成像方法，所述方法用的裝置包括高壓直流電源、脈沖電源、擠包絕緣電纜、鋁電極、壓電傳感器、聲吸收層和信號放大器；所述高壓直流電源和脈沖電源分別連接在導體線芯上；所述鋁電極設置在擠包絕緣電纜外部；所述壓電傳感器貼合于鋁電極外部；所述聲吸收層位于壓電傳感器一側，信號放大器用于放大壓電傳感器輸出的信號；其特征在于，所述方法包括下述步驟：

(1)以電纜的導體線芯中心為坐標原點，構建圓柱坐標系，導體線芯中心為z軸，垂直有z軸的平面為r和θ平面，z＝0平面為空間電荷成像橫截面；

(2)在電纜外屏蔽層的外側布置壓電傳感器，壓電傳感器輸出電壓信號，每個壓電傳感器接收到的信號均包含空間電荷在整個成像橫截面上的分布信息；

(3)壓電傳感器的數量至少為2，當壓電傳感器數目為2時，兩個壓電傳感器不能布置在絕緣橫截面的同一直徑上，壓電傳感器多角度獲得電聲脈沖PEA信號，電聲脈沖PEA信號經過放大器放大；

(4)空間電荷在脈沖電場作用下直線振動，振動方向與具有散度的脈沖電場在空間電荷處的方向重合；

(5)直線振動產生的聲波信號具有輻射特性，不同的聲波傳播方向上聲波強度不同，根據聲波傳播方向計算聲波在壓電傳感器方向上的方向系數；

(6)確定空間點與壓電傳感器之間的傳遞函數和聲波到達壓電傳感器的時延；

(7)設定脈沖電壓為一理想的沖擊信號，根據壓電傳感器輸出的測量信號、傳遞函數，反解出空間電荷的二維分布，對空間電荷進行二維成像；

(8)對空間電荷分布特性進行全面分析，得到出水樹枝、電樹枝、雜質在絕緣中的位置、大小和形狀；

所述步驟(5)中，聲波在壓電傳感器方向上的方向系數如下式所示；

式中：J₁(*)為第一類一階貝塞爾函數；k為波數，即單位長度內聲波周期數；a為聲源半徑；μ為偏離聲源振動的方向角；當振動粒子的位移接近或小于粒子半徑時，粒子振動產生的聲波為球面波，即聲波在壓電傳感器方向上的方向系數D(k，μ)在各個方向上近似相等，D(k，μ)＝1。

2.如權利要求1所述的高壓直流電纜空間電荷二維成像方法，其特征在于，所述步驟(6)中，根據每個壓電傳感器的二維坐標和空間二維坐標的位置關系，結合聲波在絕緣介質中的衰減特性和聲波在絕緣介質中的傳播速度，以及壓電傳感器之間的坐標關系，計算空間點與壓電傳感器之間的傳遞函數和聲波到達壓電傳感器的時延，即像素點與傳感器的距離l除以聲波在絕緣介質中的聲速c。