[發明專利]一種基于光彈效應的改進電聲脈沖法空間電荷分布測量平臺

在審

• 申請號: 202110374942.6
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113092886A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 李慶民;史昀禎;程思閎;綦天潤;叢浩熹;王健;任翰文;高浩予;李承前
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01R29/24
• 分類號: G01R29/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于光彈效應的改進電聲脈沖法空間電荷分布測量平臺，所述平臺包含電脈沖激勵信號發生單元及激光探測還原單元，其中：電脈沖激勵信號發生單元主要由直流電壓源、脈沖電壓源、匹配電阻、保護電阻、隔離電容、金屬上電極、金屬下電極、環氧樹脂、半導體層、試樣以及彈光取樣傳感器構成；激光探測單元主要由氦氖激光器、分光鏡、起偏器、反射鏡、四分之一波片、沃拉斯頓棱鏡、平衡探測器、光學斬波器、鎖相放大器以及計算機構成。較傳統空間電荷分布測量方法，基于光彈效應的光學測量技術的引入可有效提升測量系統帶寬，具備發展成為高時空分辨率測試方法的潛力。

技術領域

本發明屬于固體絕緣材料空間電荷測量領域，具體是一種基于光彈效應的改進電聲脈沖法空間電荷分布測量平臺。

背景技術

電氣設備運行過程中，由于極化應力的直接作用，其絕緣系統往往積聚有大量的空間電荷，電荷積累所產生的疊加電場極易造成嚴重的電場畸變，進而直接導致系統的介電性能變化和放電現象發生，造成系統絕緣性能的下降。因此，針對電氣裝備絕緣系統中空間電荷分布特性開展研究可對系統絕緣性能及狀況進行更有效評估，從而保證電氣設備的安全可靠運行。

傳統空間電荷測量方法的研究主要集中于直流及工況條件下，但隨著分布式與可再生能源的大規模接入，電氣裝備除承受一般的交、直流應力外，還要經受瞬態 PWM 開關脈沖、高頻類正弦波等強場特殊電應力。當面對高頻瞬變脈沖應力時，受限于測量系統硬件設計及帶寬不足等問題，傳統空間電荷測量方法無法實現對絕緣系統空間電荷積聚特性的準確表征。因此，針對高頻絕緣的電荷積聚問題，高系統帶寬高信噪比空間電荷測量技術的研究迫在眉睫。

發明內容

鑒于現有技術中的上述問題與缺陷，本發明的目的是提供一種基于光彈效應的改進電聲脈沖法空間電荷分布測量平臺，通過光學測量手段的引入，對傳統電聲脈沖法聲電測量模塊進行改進，提升測量系統帶寬，是一種具備高時空分辨率測量潛力的新方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于光彈效應的改進電聲脈沖法空間電荷分布測量平臺，其特征在于所述平臺包括電脈沖激勵信號發生單元和激光探測還原單元，其中：

所述電脈沖激勵信號發生單元由脈沖電壓源（1）、直流電壓源（2）、高壓金屬導電桿（3）、直流絕緣套管（4）、BNC接頭（5）、金屬殼體（6）、匹配電阻（7）、隔離電容（8）、金屬上電極（9）、保護電阻（10）、環氧樹脂（11）、金屬下電極（12）、半導體層（13）、試樣（14）、彈光取樣傳感器（15）構成；

所述激光探測還原單元由氦氖激光器（17）、分光鏡（18）、起偏器（19）、第一反射鏡（20）、第二反射鏡（21）、四分之一波片（22）、沃拉斯頓棱鏡（23）、平衡探測器（24）、光學斬波器（25）、鎖相放大器（26）以及計算機（16）構成；

所述電脈沖激勵信號發生單元中，直流電壓源（2）通過高壓金屬導電桿（3）與保護電阻（10）的一端相連，保護電阻（10）可以在直流電壓源（2）短路情況下保護儀器和設備；高壓金屬導電桿（3）外包裹有直流絕緣套管（4），保護電阻（10）的另一端與金屬上電極（9）相連；脈沖電壓源（1）與金屬殼體（6）外的BNC接頭（5）相連，接頭另一端經隔離電容（8）與金屬上電極（9）相連，該隔直電容器（8）可阻隔脈沖發生器產生的直流信號，以使脈沖發生器產生的交流信號通過隔直電容器（8），并作用在待測絕緣材料（14）上；匹配電阻（7）的一端與BNC接頭（5）和所述隔離電容（8）的公共端相連，另一端與金屬殼體（6）相連接地，匹配電阻（7）對高壓脈沖進行阻抗匹配，以減小高壓脈沖的反射和振動，提高施加到被測樣品上的脈沖電壓的幅值；金屬上電極（9）與待測絕緣材料（14）之間設置有半導體膜（13），以提供良好的聲阻抗匹配，半導電層（13）與絕緣材料（14）試樣緊密接觸，用以削除界面由于阻抗不匹配造成的壓力波衰減現象；與金屬下電極（12）緊貼的彈光取樣傳感器（15）的金屬電介質反射膜用來改變探測光的傳播方向；