[发明专利]用于周期电场下空间电荷测量的自动均分移相检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是测量技术领域，具体是一种适用于任意波形周期电场下空间电荷测量的自动均分移相检测系统。

背景技术

电力、电子设备内部的绝缘材料在长期运行中不可避免的会产生空间电荷积累，当空间电荷积累达到一定程度后，绝缘材料内部的电场将发生严重畸变，从而加速绝缘材料的老化，影响设备的安全稳定运行。目前绝缘材料内空间电荷测量技术正在逐步发展，但是主要集中在直流电场下的检测，而周期性电场下的检测比较复杂，发展相对缓慢。

限制周期性电场下空间电荷测量的技术瓶颈在于激励源频率，由于工频等周期性电场下试样内部的空间电荷分布变化很快，要获得不同相位的空间电荷分布，需要在不同相位施加激励信号，且检测相位越多，激励频率要求越高，因此传统的检测技术中需要激励源输出的激励频率必须很大于电场频率。

为克服激励源频率的限制，国内外曾提出配置移相电路的方法以调整激励源输出激励和周期电场的相位关系，从而实现不同相位的空间电荷测量，但移相电路存在以下几个缺陷：1)调整需要手动控制，不同检测相位间的间距很难保证相等，故移相精度不高，且手动控制操作时间过长、效率低；2)激励频率要求高于周期电场频率，无法适用于高频周期电场的检测；3)采用现有移相电路技术，最高相位分辨率一般在20°左右，且仅适合于交流电场下的简单波形，对其他波形的周期电场，移相电路过于复杂，设计困难且成本过高。因此为实现交流、方波和其他波形周期电场下的空间电荷测量，同时为了提高测量的相位分辨率，必须采用新的测量技术。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103605008A，公开(公告)日2014.02.26，公开了一种基于电声脉冲法的高压电缆空间电荷测量系统和方法，其特点是，高压脉冲源与高压电容串联后接试样两端的测量电极，高压电源通过限流电阻也连接试样上下端的测量电极，压电传感器紧贴在下测量电极，压电传感器采集应力波信号经过处理后送计算机构成的测量系统，交流高压电源接相位检测单元，相位检测电路输出同步控制信号到高压脉冲源的脉冲发生单元，高压电源通过电极在电力电缆的绝缘层中形成的空间电荷，再通过高压脉冲源使电力电缆绝缘中电荷产生扰动，形成动态应力波，测量系统采集压力传感器信号，分析出电力电缆空间电荷分布情况。该技术与本发明相比，其采用的相位检测单元由电路控制，电路设计复杂且移相操作时间过长，仅适用于简单的工频交流电场，另外高压脉冲频率必须高于交流电场频率，因此在其它波形周期电场下的空间电荷检测中适应性不强。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种适用于任意波形周期电场下空间电荷测量的自动均分移相检测系统，利用周期电场和激励信号频率的非整倍数特性，实现不同波形周期电场下不同相位的空间电荷自动均分移相检测，不仅能够提高空间电荷测量的相位分辨率，缩短移相扫描周期，而且对激励信号的频率范围并无要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：任意波形函数发生器、高压电源、激励模块、空间电荷检测模块、电阻分压器和处理单元，其中：任意波形函数发生器的第一信号输出端与高压电源的输入控制端相连并传输任意波形信号，任意波形函数发生器的第二信号输出端与激励模块的输入控制端相连并传输激励触发信号，高压电源的输出端分别与空间电荷检测模块和电阻分压器的高压输入端相连并传输任意波形周期电场信号，激励模块输出端和空间电荷检测模块相连并提供激励信号，空间电荷检测模块的输出端与处理单元相连并传输表征空间电荷信息的电压信号，电阻分压器的输出端与处理单元相连并传输表征任意波形周期电场相位信息的电压信号。

所述的自动均分移相是指高压电源与激励模块频率值满足特征方程N_a/f_a＝N_p/f_p，其中：f_a和f_p分别是高压电源和激励模块的频率值，两者为非整数倍关系；N_a和N_p分别是完成一个自动均分移相扫描周期所需的高压电源最小整周期数和激励模块激励数。

所述的自动移相检测系统的相位分辨率为2π/N_p，完成单次自动均分移相扫描的周期时间为N_a/f_a。

所述的空间电荷检测模块包括：电极系统、待测试样和电压信号转化电路，其中：电极系统分别与高压电源和激励模块相连，待测试样置于电极系统中，电压信号转化电路将待测试样内部形成的表征空间电荷信息的非电信号转化为电信号。