[发明专利]基于电声脉冲法的高压直流电缆空间电荷二维成像方法

摘要

本发明涉及一种基于电声脉冲法的高压直流电缆空间电荷二维成像方法，本发明基于PEA法，对空间电荷施加一个脉冲电场，空间电荷受脉冲电场力做直线振动，振动产生的声波为球面分布，球面传播的声波强度与声波传播的角度有关。脉冲电压在空间上的分布取决于脉冲电压的幅值和空间点与原点的距离，脉冲电场强度与该距离成反比。根据空间点的坐标、传感器坐标、声波的衰减特性、直线振动产生声波的方向系数和脉冲电场的分布计算出空间点与传感器的传递函数，根据测量信号和传递函数计算出空间电荷的二维分布。本发明提供的技术方案克服传统空间电荷测量系统应用中精度低、测量信息不全面、测量费时、效率低等缺点，提高电缆空间电荷测量的准确性。

主权项

1.一种基于电声脉冲法的高压直流电缆空间电荷二维成像方法，所述方法用的装置包括高压直流电源、脉冲电源、挤包绝缘电缆、铝电极、压电传感器、声吸收层和信号放大器；所述高压直流电源和脉冲电源分别连接在导体线芯上；所述铝电极设置在挤包绝缘电缆外部；所述压电传感器贴合于铝电极外部；所述声吸收层位于压电传感器一侧，信号放大器用于放大压电传感器输出的信号；其特征在于，所述方法包括下述步骤：(1)以电缆的导体线芯中心为坐标原点，构建圆柱坐标系，导体线芯中心为z轴，垂直有z轴的平面为r和θ平面，z＝0平面为空间电荷成像横截面；(2)在电缆外屏蔽层的外侧布置压电传感器，压电传感器输出电压信号，每个压电传感器接收到的信号均包含空间电荷在整个成像横截面上的分布信息；(3)压电传感器的数量至少为2，当压电传感器数目为2时，两个压电传感器不能布置在绝缘横截面的同一直径上，压电传感器多角度获得电声脉冲PEA信号，电声脉冲PEA信号经过放大器放大；(4)空间电荷在脉冲电场作用下直线振动，振动方向与具有散度的脉冲电场在空间电荷处的方向重合；(5)直线振动产生的声波信号具有辐射特性，不同的声波传播方向上声波强度不同，根据声波传播方向计算声波在压电传感器方向上的方向系数；(6)确定空间点与压电传感器之间的传递函数和声波到达压电传感器的时延；(7)设定脉冲电压为一理想的冲击信号，根据压电传感器输出的测量信号、传递函数，反解出空间电荷的二维分布，对空间电荷进行二维成像；(8)对空间电荷分布特性进行全面分析，得到出水树枝、电树枝、杂质在绝缘中的位置、大小和形状；所述步骤(5)中，声波在压电传感器方向上的方向系数如下式所示；式中：J₁(*)为第一类一阶贝塞尔函数；k为波数，即单位长度内声波周期数；a为声源半径；μ为偏离声源振动的方向角；当振动粒子的位移接近或小于粒子半径时，粒子振动产生的声波为球面波，即声波在压电传感器方向上的方向系数D(k，μ)在各个方向上近似相等，D(k，μ)＝1。