直流电场下油纸绝缘系统中油中电场测量

油纸绝缘在交直流输电设备主绝缘中有广泛应用，与交流绝缘系统相比，直流系统中空间电荷对系统绝缘性能的影响更为显著；通过实际测量获得电场和空间电荷分布是直流电场下绝缘系统设计中必须考虑的关键问题之一。Kerr效应电场测量方法不会改变待测区域电场分布，能够实现对电场的带电测量。但将其用于测量复杂绝缘系统中的电场分布时，现有测量方案需要专门操作机构移动光测量系统，对空间各点进行分别测量，然后计算得出结果，测量误差大。本项目通过设计激光测量阵列，能在无需借助操作机构的情况下，利用Kerr效应测量直流电场下油纸绝缘系统中油中的电场分布；该方法将光测量阵列中的光电二极管引入高速数据采集系统，结合所建立的光强与电场矢量关系的数学模型，采用数字信号处理器实现对电场变换的实时处理，并结合电场数值计算，得出待测区域中空间电荷的真实分布。得到复杂绝缘系统中空间电荷分布，对直流设备中绝缘结构的设计具有重要

本项目基于kerr效应实现了对两种绝缘介质内部及表面电场分布的在线测量。对kerr常数较小的变压器油，本项目基于交流调制方法实现了对电极空间直流电场分布的实时测量，并用激光二极管阵列实现了对空间多点电场的同时测量。对于光电二极管输出信号的检测，实现了两种方式，一种基于商用单路锁相放大器实现，另一种是采用试制的AD采集系统，结合相位差校正算法实现。此外，针对激光二极管阵列，还基于锁相放大器芯片和24位ADC设计了多通道光信号测量系统。通过对不同电极空间及加入纸板后油道中电场的在线测量，计算分析了油中和油纸界面空间电荷的产生和传播机制；并对油绝缘介质的电导特性及离子迁移率等微观参数尝试进行了测量。对kerr常数较大的碳酸丙烯酯，对平行于电场方向的绝缘子表面电场分布进行了测量。通过对绝缘子沿面闪络发展不同阶段（闪络前、临近闪络、闪络后）表面电场的在线测量，发现时间越临近沿面闪络，受扰动条纹的位移量越大，即电场畸变程度越严重。这个发现首次从实验上证实了“绝缘子表面电荷积聚及表面电场畸变，导致沿面闪络”理论。