聚合物中空间电荷及电导电流联合测量装置的研究

作     者：彭潇 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田付强

授予年度：2018年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：空间电荷 电导电流 脉冲电声法 硬件设计 软件设计 

摘      要：高压直流电缆是构建柔性直流输电电网的物理基础和关键装备。直流高场下聚合物绝缘电介质中空间电荷的积聚和迁移是制约高压直流电缆发展的关键技术问题。研究聚合物中空间电荷分布与电导电流特性及其关联关系对于揭示空间电荷形成机理和直流电缆绝缘设计具有重要意义。目前,研究主要是在空间电荷的单独测量方面,而电导电流同时测量方面的研究较少。本文在研究脉冲电声法（Pulsed Electro-acoustic,PEA）空间电荷测量原理的基础上,设计了空间电荷及电导电流联合测量装置的硬件和软件。装置硬件设计主要包括:基于传输线及匹配阻抗的设计研制了脉宽约10ns、幅值1kV的高压纳秒脉冲电源;使用SolidWorks设计了具有屏蔽作用的上下电极系统;选用厚度为28 μm的PVDF压电传感器和增益为63 dB的放大器完成信号采集与处理模块的设计;解决了 6485静电计接入空间电荷测量回路的接地问题,实现了电导电流与空间电荷的联合测量功能。装置软件设计主要是基于LabVIEW编写了联合测量装置的程序框图,实现了空间电荷分布、电场和电位分布、电导电流的显示、存储、分析和处理等功能。其中重点研究了基于反卷积处理的波形恢复、波形恢复的前后期数据处理以及量纲校正等的算法实现。最后利用本装置对聚乙烯及其纳米复合绝缘材料进行了测量和分析,验证了本测量装置的有效性,并对比分析了不同参数设置对测量结果的影响。研究表明,本文设计的空间电荷及电导电流联合测装置能够准确同时测量聚合物绝缘材料中的空间电荷分布和电导电流特性。对厚度为200 μm的0.5%LDPE/BN进行数据分析,得到本测量装置的空间分辨率约为35 μm、空间电荷测量精确度约为0.1 C/m3。另外,通过对空间电荷测量数据的后处理,可以得到绝缘材料中的电场分布和电位分布。