球形电场测量系统在高压测量领域中的应用

球形电场测量系统由球形探头和光纤传输系统两部分组成。根据探头表面剖分不同，可分为一维、二维、三维三种。本文在介绍球形探头测量基本原理，以及电场测量系统的组成和结构的基础上，综述了球形电场测量系统的研究状况及其在高电压测量领域（包括电场强度测量、高电压测量及其他参量测量）中的应用，并分析了球形电场测量系统应用于高电压测量领域中需进一步解决的问题。     

500kV变电站开关操作瞬态电场测量与研究

变电站断路器和隔离开关操作会产生瞬态电场。该文对国内正在调试的两座500kV变电站开关操作产生的瞬态电场进行了测量。这是国内首次进行现场测量。本次测量使用三维球形有源瞬态电场探头，该探头最大可测48kV/m。测量项目包括隔离开关分合空载母线和短线、断路器合长线和投空载变压器等。对测量的数据进行分析获得关于断路器和隔离开关操作产生瞬态电场的一些重要特征。这些结果对变电站电磁干扰分析和保护与控制设备抗扰度研究具有重要的理论意义和实用价值。     

基于静电探头法的表面电荷密度分布及电场分布的改进反演算法研究

积聚在绝缘材料表面的电荷会畸变电场并降低绝缘水平,因此表面电荷积聚现象引起越来越广泛的关注。该文首先讨论了表面电荷密度分布与静电探头输出电位之间的关系,进而提出一种根据输出电位分布反演计算表面电荷密度和电场分布的改进反演算法。该算法利用二维离散傅里叶变换(2D-DFT)将时域中的卷积运算转化为频域中的乘积运算,大大减小了计算量。考虑了测量过程中静电探头对表面电位的影响,并采用维纳滤波技术减小噪声信号的影响。此外研究了电荷分布半径对噪声抑制以及算法精确度的影响,并评估了测量系统的空间分辨率以及算法的计算准确度。利用改进算法计算了雷电冲击电压下PMMA样品的表面电荷密度以及表面电场。结果表明:计算得到的电荷密度与电场分布具有良好的分辨率,当静电探头与材料表面间距1mm时,该测量系统分辨率达到0.3341mm,均方误差峰值仅为0.23%;减小网格单元的大小可以有效地抑制噪声干扰,对于提高算法精度具有重要作用。因此,该改进反演算法具有良好的分辨率和准确度,可准确计算绝缘材料表面积聚的电荷密度及电场分布。     

基于比例差分探头的真空灭弧室真空度在线监测

采用了新型的比例差分双通道电场探头,通过监测真空灭弧室屏蔽罩电位和周期性高频脉冲电压,并将这两个测量值与实际电压值取比率,经过标定后,将该比率作为监测参数,来分析真空灭弧室真空度的变化趋势。现场试验表明,使用该探头可有效消除各相系统电压波动和灭弧室外围空间电场对测量精度的影响,实现有效测量,使用该方法的测量系统具有实际应用的价值,可完成真空灭弧室真空度在线监测任务。     

无线工频电场测量与警示仪及应用

研究了一种基于无线传输的工频电场测量警示仪,该测量警示仪采用电压感应式传感器测量目标点的工频电场强度,采用数码管显示测量点的电场强度大小.如果测量值超出设定的标准值,仪器可以采用声音报警提示目标场所处的范围,电力职工可以根据测点电场强度以及相关标准判断在该区域的工作时间.此外,测量仪还能以无线传输的方式将测量值发送给到...     

适应高湿度环境的输变电工程电场强度测量与试验

电磁环境监测是输变电工程环保工作的重要课题,针对目前广泛应用的电场监测仪器无法实现在环境湿度大于80%条件下的工频电场测量问题,首先对工频电场测量的两种基本原理即光学测量法和电学测量法进行了详细阐述,对悬浮式电场探头和地参考型电场探头的基本原理和测量方法进行了理论对比分析。在此基础上,通过分析湿度对电场监测仪器的影响,构建基于地参考型探头的高湿度条件下工频电磁场测量系统。在不同环境湿度条件下,对选取的试验线路进行对比测试与数据分析。试验结果表明,空气湿度对工频电场的分布基本没有影响,本文构建的测量系统可以实现高湿度条件下电场强度监测,可以为雨天或湿度较大天气下电磁环境测量提供有力的技术支撑。     

电力线通信网络电磁辐射近场测量系统

为了解决低压高速电力线通信(power line communication,PLC)网络电磁辐射准确测量的问题,研制一套基于球形探头的近场电场测量系统。从理论上分析球形探头的场强变换原理,设计测量系统,并获得了变换因子的表达式。研究进一步提高测量系统灵敏度的方法,设计高输入阻抗的电压跟随电路。通过大量的试验进行验证,得到了测量系统在1～30MHz频率范围内所能测量PLC网络电磁辐射场强的范围,研究表明,在现有PLC网络电磁辐射限值下,该近场电场测量系统能够满足测量要求。     

电动汽车无线充电系统的有源磁屏蔽研究

为了降低电动汽车无线充电过程中车身周围的磁感应强度,本文提出了一种有源线圈屏蔽的方法.首先,建立了有源磁屏蔽系统和无线充电系统的联合模型,推导了有源磁屏蔽系统的理论方法及设计步骤.然后,通过有限元仿真验证了该有源磁屏蔽方法的有效性,最后,设计了一套3.3 kW无线充电系统的有源磁屏蔽台架,成功实现了电动汽车无线充电系统的有源磁屏蔽,并通过进一步优化有源磁屏蔽线圈中的电流幅值和相位,实现了最佳的有源磁屏蔽效果,证明了该有源磁屏蔽理论及设计方法的有效性.     

基于nRF905模块的无线通信直流电场测量系统设计

受导线产生的空间离子、风等因素的影响,直流输电线路的合成电场变化较大。为获取线路直流电场的横向分布特性,需要在测量断面上多点同时进行测量并统计分析。有线通信方式的直流电场测量系统在测量布置、调整测点位置等方面非常繁琐,并可能导致不同时段的测量结果难以反映电场的真实分布情况。为解决这一问题,采用MSP430单片机设计了基于nRF905模块的无线通信直流电场测量系统,通过对软件和硬件的优化设计消除了无线通信本身带来的干扰测量信号、通信可靠性降低、测量单元扩展受限等问题,制作样机并进行了现场试验。测试结果表明,该系统与有线通信直流电场测量系统具有相同的测量准确度,测试过程中通信正常,通信距离可达100m,可覆盖直流线路横向测量断面200m区域,完全可以满足直流电场测量的需要,同时可有效提高直流电场测量效率。     

分布式脉冲磁场测量系统研究

脉冲磁场测量是电磁防护领域的重要研究内容之一,是电磁脉冲研究的基础.基于巨磁电阻(GMR)片研制的三维脉冲磁场测量探头,具有结构简单、体积小、测量范围宽,响应频率高等优点.通过实验标定,探头可以较好地测量三维脉冲磁场,磁场强度的测量范围为-40～+40 Gs,测量频率范围0～1 GHz.将探头测量的磁场信号转换为电压信号后,由TMS320F28335 DSP采集并存储在SD卡后,通过CAN总线组网,构建分布式脉冲磁场测量系统.结果证明,该系统具有组态灵活、测点容量大、抗干扰能力强、并能够实现三维脉冲磁场测量等特点.     

1100kV直流电阻标准分压器电场仿真分析和方案设计

目前,我国直流电压比例标准的最高电压等级为800 kV,若直接套用该标准进行1100 kV直流电压互感器现场校准实验,其周围电场的分布仍不均匀,将导致准确度降低,故文中针对这些问题研究设计了1100 kV直流电阻标准分压器。本文基于Ansys仿真软件搭建了1100 kV直流电阻标准分压器的有限元模型,计算并分析了分压器周围和沿测量电阻层方向上的电场分布,得出了均压环的尺寸和位置对分压器周围最大场强的影响特性,通过合理设置均压环的圆心到地面的距离、内环半径、圆心到对称轴的距离,可大幅改善分压器周围最大场强。本算例中,分压器周围最大场强的大小从6869.37 V/mm降低到1566 V/mm,提高了绝缘水平;施加屏蔽电阻层后,沿测量电阻层上的电场强度减小到142.17 V/mm,且分布均匀,提高了测量准确度。本设计对分压器设计、制造、运行等部门有较好的借鉴作用。     

Charge distribution measurement on a truncated cone spacer under DC voltage

A system for measuring charge distribution on an insulating spacer is developed. An electrostatic probe is set close to the spacer, and it moves along its surface maintaining a small gap. The accumulated charge is inversely calculated from the measured data by utilizing the relationship that is obtained through the numerical electric field computation. Using this system, the surface charge distribution on a truncated cone spacer of 80 mm diameter and 15 mm height is measured. The number of measured points is 3402, and the spatial resolution is 3.9 mm. After the application of DC 10 kV for 19 hours, the spacer surface is charged with a spotted pattern. The charge density reaches 60 pC/mm/sup 2/ at its maximum. In addition, the residual charge distribution of partial discharge from metallic particles on the spacer is observed.     

便携式工频电场测量装置的设计

为了了解设备表面和内部的工频电场,从而更好地研究设备运行的状态及优化改进设备,笔者介绍了一维球型电场传感器的测量原理,设计了一种基于C8051F410单片机的便携式工频电场测量装置,讨论了不同形状及规格电场探头对测量结果的影响并完成了电场探头的选型。在500 kV交流输电线下方和实验室简化同心圆球电极内使用该装置与国外标准仪器进行了对比测量,现场测试结果表明该装置测量数据与国外仪器相比具有较大的相关度,能准确地测量电力系统工频电场,具有很好的实用性。     

光电集成强电场测量系统及其应用研究

为研发高性能强电场测量系统,在分析高压电场测量的特殊要求后,介绍了光电电场测量系统的基本原理、最新进展及其在高压测量领域的优势。通过对光电集成电场测量系统及传感器体系结构、关键参数的分析,研制了一种光电集成强电场传感器并测量它的输入输出特性。用研制的测量系统测量棒板间隙击穿过程冲击电场与复合绝缘子工频场,证明光电集成电场测量系统在高压测量研究领域的广阔应用前景。     

A Technique for Pressure Measurement in the Active Electrical Zone of a Wire-Cylinder Electrostatic Precipitator

Probe techniques are discussed which have proven useful in the measurement of the current induced pressure distribution in the active electrical zone of a wire-cylinder electrostatic precipitator. The cylindrical electrode configuration is somewhat unique in that the pressure distribution is exactly known in the case of negligible axial flow and thus provides a check on the experimental technique. The measurement strategy combines alignment of the probe on an equipotential surface, control of probe current drainage to a level consistent with the probe's size and location in the field, and use of a guard electrode near the probe insertion point. Pressure measurements made with probe electrical characteristics indicating a minimally perturbed electric field are in close agreement with analytical prediction, and the experimental techniques appear to be applicable to other types of flow measurement in cylinder and duct precipitators.     

特高压冲击电压测量系统线性度试验方法研究

随着特高压输电技术不断发展,为满足设备冲击耐受试验的要求,冲击电压测量系统的额定电压已升至7 000 kV左右,而目前冲击电压测量系统的校准电压在1 000 kV以内,其校准结果不能很好地满足实际试验需要,所以测量冲击电压测量系统在1 000 kV以上的线性度,是目前亟待解决的问题。笔者分析了现有的主要校准方法——直接比对校准、测量电容量,提出在1 000 kV内进行比对校准,1 000～5 000 kV采用增大电压等级逐级比对的实验方案,并以测量发生器效率变化的方法作为佐证,理论上该方案可基本满足7 500 kV冲击电压测量系统在1 000～5 000 kV范围内的工程试验需求。如果试验结果理想,可使用该方法建立一套传递标准,将全国所有特高压冲击测量系统进行比对。文章同时介绍了球隙、标准电容器、利用空间电荷、电场传感器等其他测量线性度的方法,讨论其各自的优缺点,如果投入实际应用,需要进一步的试验验证。     

基于射频同步技术的高压电能计量装置现场校验仪的设计

针对高压电能计量装置校验中无法测量整体误差的问题,设计了一套高压电能计量装置现场校验系统。该系统通过在高压侧安装电压互感器和电流互感器,并基于射频同步技术将测量数据发送到低压侧数据接收终端的方法,实现了高压电能计量装置现场校验整体误差的测量。经实际测试,该套高压电能装置现场校验系统能够在不停电条件下对10kV～35kV高压电能计量装置进行整体校验,达到了有效评估装置计量性能、简化校验环节、减轻工作强度、降低校验安全风险、提高工作效率的目的。     

±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计

±400 kV换流变压器阀侧套管的设计裕度均低于特高压等级换流变压器套管,且±400 kV换流变压器阀侧套管在换流阀厅用量较大,因此有必要针对±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计进行具体分析讨论.分析了±400 kV换流变压器阀侧套管双导电管结构的发热机理,从理论解析角度给出了双导电管结构的设计尺寸,进一步优化设计了套管的芯体绝缘结构,从内、外绝缘配合的角度给出了套管的外绝缘设计方案,并对其整体电场分布情况进行了校核计算:工作电压下其径向电场强度控制在3.11 kV/mm,工频耐压下其轴向电场强度控制在0.51 kV/mm,均满足±400 kV换流变压器阀侧套管设计电场强度控制要求.对研制完成的±400 kV换流变压器阀侧套管进行型式实验,结果表明所研制的套管通过了工频干耐受电压试验并局部放电测量、雷电冲击干耐受电压试验和温升试验等典型型式试验.     

Measurement of streamer charge distribution on an insulator in SF6 Gas

The charge density produced by streamers on an insulator surface in SF₆ has been investigated by using a probe method with a high-speed temporal resolution. Concentric circular probes, which also act as a plane electrode, are used in this probe method. Probe signals are observed oscilloscopically and converted into the charge densities through a numerical calculation. This method reveals the charge distribution before a disturbance caused by the “back discharge.” The charge density thus obtained ranges from several nC/cm² up to about 60 nC/cm². The density depends on the pressure, voltage height and the position of the streamer. The electric field on the insulator is analyzed numerically taking into account the surface charge. The internal electric field of the streamer is found to be 40 ～ 50 kV/cm · atm when the streamer ceases its propagation. However, it partly exceeds the critical one (89 kV/cm · atm) during the propagation.