无源电场测量仪在工频电场测试中的应用

一、电场测量长期以来电场测量是电气设备制造、运行部门所关心的,特别是随着电压等级的提高,许多输变电设备自身电场分布越来越被人们所重视,但电场测试一直未能很好地解决,特别空间三维电场的测试更是存在问题。如何减小由于测量仪器引入被测场后,对被测场造成畸变,这是电场测量的关键。多年来所使用的电解槽模拟法电有相当的局限性,能否找出一种准确、经济的测量方法和仪器用于测量空间电场分布?从理论上讲,可在一个无限大的均匀电场中,引入一个金属球(见图1),且电场     

湿度对高压输电线路工频电场测量的影响

工频电场对人类居住环境的影响越来越受到重视,其中湿度增大导致工频电场测量数值偏大的情况已被广泛关注。为了说明所测数值偏大是由于湿度引起测量仪器及其支架电气性能发生变化,而非对空间电场分布产生影响,对输电线路下方的工频电场分布进行了理论分析,讨论了湿度增大引起测量仪器性能变化的主要原因,并进行了试验验证。通过试验发现,采用憎水性绝缘支架测量时,随着湿度的增大,所测工频电场值基本保持不变。而对于木支架,当空间相对湿度60%时,仪器所测电场值的最大误差≤12%;而当相对湿度60%时,电场测量值的平均误差在35%左右,最大误差达到85.4%。因此,分析认为仪器绝缘支架绝缘性能发生变化导致探头附近电场产生畸变是使测量数据偏大的主要原因。空间湿度较大时,工频电场测量值不能作为环境评价的依据。     

工频电场测量仪支架材质对空间电场影响研究

工频电场测试仪是测量电力设备运行电压对地表1.5 m高度处电场强度的设备。为保证电场测试仪测量结果的准确性,需要尽量减小测试仪及其附件对空间电场分布的影响;但是由于电场测试仪及其附件的介电常数与空气不同,实际测试时电场测试仪改变了周围电场,尤其是探头所在区域的电场,因此有必要对电场测试仪支架材质对空间电场的影响进行深入研究。基于有限元法,利用ANSYS MAXWELL建立电场测试仪支架材质对空气电场影响的分析模型,通过对不同材质支撑杆对空间电场分布的影响进行分析,为电场测试仪及其附件的材质选取、优化设计制造提供参考。     

光纤传感电场测试仪及其在高压电机上的应用

一、引言为了追求高经济技术指标,世界各国都把高电压、大容量发电机组作为电机发展的主攻方向。随着发电机电压等级的不断提高,电机定子线圈端部由于电场集中将发生电晕,腐蚀主绝缘,导致绝缘击穿,缩短使用寿命,严重威胁大电机的发展。因此,槽部和端部的防晕处理成了必须解决的关键技术问题,而搞好防晕处理的前提是准确地检测定子线圈的电场分布。众所周知,电机线棒端部电场是非均匀电场,测量其电场分布是比较困难的。传统的检测手段,例如静电电压表等,一方面因其感度低不能满足实用要求,另一方面,由于传输电信号的金属导体引入被测电场之中,在使导体静电感应的同时,感生电荷所建立的电场将引起被测电场产生畸变,使发电机定子线圈端部电场产生畸变,不能真实反映定子线圈的电场分布。     

脉冲电场微型传感探头的研制

为研究车辆、飞机、舰船仓部等小空间电场环境的电磁兼容与防护问题,需要在尽可能不影响被测电场分布的情况下,实现对脉冲电场的测试。为此,通过特殊的结构和电路设计,利用传感器的外壳实现天线和屏蔽功能,通过高阻耦合、直接电光转换和天线-电容方式实现衰减与降噪等技术,研制成功了一种带有尾纤的、截面积1cm2,长度6cm,能够直接将几Hz至数GHz的脉冲电场信号转换为强度调制的激光波输出的微型有源宽带脉冲电场传感器。测试结果表明,它具有良好的宽带性能和很高的灵敏度,不失真输出动态范围超过60dB,成功解决了小空间环境条件下对宽带脉冲电场的测试问题。     

电场保鲜冰箱的电场优化

电场保鲜是近年来在冰箱中应用的一种新型保鲜技术.基于以往对工频电场的研究成果,本文采用静电场的理论,提出了在电场保鲜冰箱中通过在冰箱内胆四周缠绕金属线的方法来优化空间的电场分布的方案.经过理论分析及实际的测试证明,此种方案不仅可以提升冰箱中电场的最小值,还可以优化冰箱空间的电场分布.     

大尺寸油纸绝缘结构空间电场非接触式测量的光学传感器

油纸绝缘结构可靠的绝缘设计对保证电力变压器乃至电网的安全可靠运行至关重要,目前其设计可靠性主要依靠电场仿真计算及简易等效模型下的电场实测校验。对于换流变压器出线装置等大尺寸复杂结构,现有的电场测量手段无法有效应用,难以获得复杂结构内空间电场/电荷特性,对其绝缘设计和校核提出了挑战。基于Kerr电光效应,研发一种可用于大尺寸油纸绝缘结构内部空间电场测量的小型化传感器及相应的测量系统。该传感器内部采用多反射结构有效减小了器身尺寸,并显著提升了测量灵敏度,采用聚砜非金属材料降低了传感器的引入对待测电场的影响,定制化光学元件及合理的内部结构设计保证了其结构的小型化。利用平板电极,对所研制传感器的关键技术性能参数进行试验标定。利用所研发传感器,针对换流变压器阀侧出线装置大尺寸模型,进行直流电压模型内部油中空间电场特性的实验测试。测试结果表明:直流电压下,无论正负极性,随着加压时间的延长,内侧油道油中电场逐渐增加,最大增幅可达118.8%;中间油道同样逐渐增加,但达到稳态时间更短,增幅更小;外侧油道油中电场逐渐降低,最大降幅可达75.0%。该空间电场非接触式光学传感器可为进一步研究油纸绝缘空间电场和电荷分布特性提供新的方法和手段。     

油纸绝缘结构的空间电场测量技术及应用评述

换流变压器是高压直流输电系统的核心设备,其绝缘设计的有效性与合理性十分关键。就换流变压器油纸绝缘空间电场而言,目前的研究多集中在其不同运行工况下的数值计算方法,但其有效性与准确性缺乏有效的空间电场强度实测数据的支持,因为油纸绝缘中空间电场的测量方法一直是测量研究中的难点问题。针对可以应用到油纸绝缘空间电场测量的模拟实验法、Pockels效应法和Kerr效应法等三种测量技术的现状及其应用的情况展开评述,认为Kerr效应法具有不引入其他介质、不改变原有电场的分布、响应时间快以及可以进行二维电场测量的优点,在油纸绝缘空间电场的测量中具有较大的潜力。基于Kerr效应的研究发现,在不同极性直流电压下油纸绝缘空间电场的暂态和稳态特征差异显著,极性效应明显。这或许是由于油纸绝缘中界面电荷在直流电场作用下的产生过程及影响因素存在特殊性所致,而利用目前应用广泛的RC模型则难于对此做出合理的解释。     

无电极型工频电场传感器的设计

分析了电力系统中工频电场测量的技术手段和应用现状,指出现有手段的存在的问题;利用集成光学技术研制了一种基于铌酸锂晶片铁电畴反转的无电极电场传感器,该传感器内部没有金属部分,具有集成度高、对被测电场影响较小等优点;分析了传感器的设计要点,针对电力设备工频电场测试的实际需求完成传感器的参数设计,并研究相关的工艺流程;针对传感器半波电场太大的特点设计了合适的方案测试传感器的特性;根据国标GB/T12720-1991建立工频电场测试系统,并利用该系统完成传感器的工频电场标定测量实验。实验结果表明,该传感器在较大测量范围内具有较好的线性度,适合于电力系统工频电场的测量。     

三维脉冲电场传感器的建模仿真与设计

为了克服传统脉冲电场传感器只能测量单极化方向电场这一缺点,研制了一种三维全向脉冲电场传感器,传感器由3个互相垂直的三棱锥锥面电小天线构成,同时与光纤传输系统配合,可实现全空间内脉冲电场的测量。通过对全尺寸三维电场传感器的理论建模,分析了电场传感器对被测电场以及负载阻抗和天线尺寸对测试特性的影响,确定了最佳三维电场传感器的设计参数。在此基础上制作了三维脉冲电场传感器探头并对其主要性能指标进行了测试。测试结果表明,它具有良好的宽带性能,测试带宽可达1 kHz~1 GHz,不失真输出动态范围60 dB,符合设计要求。     

直流电场下变压器油中电场分布特性

直流电场下油纸绝缘系统中,因油中和油/纸界面空间电荷的产生和积聚,会畸变原有电场分布。油中的电场分布特性在直流绝缘结构优化设计中非常重要,它呈现出的特性与交流下有较大的不同。采用一种基于Kerr电光效应的非接触式测量手段,实际测量了6 mm间隙平板电极结构下油中空间电场分布特性。实验结果表明:直流电场下,平板电极间油中电场为非均匀电场;空间电场测量值与施加于电极间的直流电场之比在0.87~1.05之间变化;相同的外加电压情况下,靠近正电极位置处的电场强度要高于靠近负电极位置的电场强度,并且从负电极至正电极呈单调递增趋势;按照施加于电极间的直流电场进行归一化的电场曲线大致可分为3个阶段;结合变压器油中载流子产生、迁移和扩散过程及变压器油的电导特性进行了初步的探讨。     

环境湿度对输电线路下方空间电场测量结果的影响

为了研究高湿度地区工频电场强度测量值偏大的问题,本文从环境湿度对测量系统的绝缘木支架电气特性参数的影响入手,用复介电常数描述木支架的电气特性,建立了准静态场的求解模型,应用有限元法求解了输电线路下方的空间电场分布,以数值模拟的方法获得了环境湿度对空间电场测量结果的影响规律。研究表明,在实际工况中环境湿度通过改变木支架含水率影响了支架的导电特性,导致支架附近的空间电场发生畸变,是引起电场强度增大的主要因素。提出了为高湿度地区的紧急工频电场强度测试时利用金属支架测量并修正结果的方法。     

冲击电压下变压器油中空间电场测量方法及装置

冲击电压下油纸绝缘结构的电场分布特性是变压器绝缘设计的关键环节,目前主要利用仿真软件基于容性场等效进行变压器电场的计算,并在容性场计算结果的基础上乘以一定的裕度系数,作为冲击电压下变压器绝缘涉及的参考依据,但仿真结果缺乏实测手段的支撑和验证。该文提出了冲击电压下油纸绝缘空间电场分布的非接触式实时测量方法,构建了由光路系统、光电转换器件、密封腔体、冲击电源构成的油纸绝缘空间电场测量装置,并利用平板电极对装置性能进行了标定和检验。在17~47k V雷电冲击电压下获得了电场测量值曲线和电场实际值曲线,并用相关系数描述二者之间的吻合程度。结果表明本装置最小可测峰值为3.49k V/mm的雷电冲击电场,最大误差小于3.56%,满足冲击电场测量的试验需求。     

电场场域可视性复杂网络模型研究

应用复杂网络作为分析手段,提出基于可视性原理的场域可视性建网方法,分析了电场的内在特性,挖掘出电场包含的重要信息。通过对平板电极均匀电场以及高压SF_6断路器稍不均匀电场进行复杂网络模型构建,引入复杂网络理论对电场场域分布进行研究,发现平板电极均匀电场网络呈现出规则网络特点,不同开距下的SF_6断路器灭弧室内稍不均匀电场网络均具有无标度及小世界特性,属于复杂网络特征。结果表明,场域可视性方法建立网络继承了电场的部分特性,通过引入复杂网络理论,可从一个新的视角来研究电场分布。     

贮罐电场数值计算软件设计与应用

贮罐内电场分布是贮罐静电安全评价、贮罐抗静电设计必须解决的问题。如果没有定量地掌握贮罐静电的规律,贮罐静电测量及其他防静电措施将带有很大的误差或盲目性。贮罐内电场是空间电荷产生的电场。由于贮罐几何形状的不规则性和向罐内引入局外导体的可能     

平行板型三维脉冲电场传感器的研制

宽频带传感器是脉冲电磁场测量的关键设备之一,目前用于脉冲电场测量的传感器大都是单极化形式,只能测量半空间、单极化方向上的电场。为此,研制了一种可用于脉冲电场测量的三维平行板型结构传感器,它由三维电场天线和光发射机组成,与相应的光纤传输系统配合,可以对三维脉冲电场进行同时、全空间测量。应用FDTD法对三维电场测量天线模型进行了数值模拟,重点分析了三维天线的极间耦合、三维场分量的合成与频率特性。计算结果表明,平行板型三维电场天线可以满足脉冲电场测量要求。根据数值模拟的结果实际制作了三维电场传感器并对该传感器进行了实验验证。测量结果表明,该三维电场传感器的性能达到了设计要求。     

脉冲电场测试系统标定方法

为保证脉冲传感器对脉冲电场测试结果的准确性,必须对其进行标定。针对实验室难以产生几十kV/m的电场环境,提出了基于弱场环境标定低灵敏度脉冲传感器的方法,即利用频谱仪窄带接收特性降低噪声获得传感器输出响应,同时由标准场强仪测得传感器所测环境电场强度(简称场强),通过传递标准法来标定传感器。另对标定环境进行分析得到:当测试频率500 MHz时,宜采用开阔试验场远场区;测试频率500 MHz时,宜采用GHz横电磁波传输室标定传感器。根据提出的标定方法标定了低灵敏度脉冲传感器,得到传感器输出电压值与被测场强的关系,即当传感器测试场强时,终端设备示波器每mV电压值对应约为200 V/m的电场强度。最后通过强场环境标定传感器,标定结果与弱场环境标定结果相差1 dB,验证了弱场环境标定结果的准确性,表明基于弱场环境标定低灵敏度脉冲传感器的方法是合理的。     

基于电光效应电场测量系统的设计与电场实测

介绍了设计并实现的一套基于Pockels电光效应的电场测量系统,并介绍了标准电压校正和工频电场的实测过程。对被测电场进行了建模和有限元仿真计算,通过分析实测结果和仿真计算的差异,得出电场测量对电压耦合的影响因素,提出了对标准电场发生器电容分压模型的修正意见。     

交直流混合电场旋转式一体化测试仪的研制

研究了一种直流电场、交流电场和交直流混合电场一体化旋转式电场测量仪。首先导出了一体化旋转式电场测量仪的输出电流与直流电场强度、交流电场强度和交直流混合电场强度的关系。在此基础上采用窄带通滤波法设计了感应信号后续处理电路,分离出感应信号中的直流分量与交流分量,并对电场仪进行了标定与现场测试。该电场仪测量精度高,线性度好,可以同时测量同一地点的交流电场、直流电场和交直流混合电场,对于超/特高压交直流同走廊和同塔输电线路混合电场研究和电磁环境监测具有重要意义。     

大电机线棒端部电场测定及其改善方法

本文主要讨论。 (一)用静电伏特计测定电场分布,分析了正加压法和反加压法在测试电场分布时的误差,提出电场分布曲线代替电位分布曲线可以避免许多系统误差,大大提高测量可靠性。