CN205353222U - 一种同轴电缆用pea法中脉冲注入与波形检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，包括与测量电缆试样的线芯相连的高压直流电源以及为测量电缆试样提供测试脉冲的高频脉冲模块，测量电缆试样的下方设置下极测量单元，上部设置压力施加装置；下极测量单元用于采集波形信号，并将声波信号输出给示波器，示波器将波形信号传送至计算机。本实用新型在测量较长的高压直流电缆绝缘介质中空间电荷分布时，保证了操作安全和在不破坏电缆结构的情况下对较长高压同轴电缆绝缘介质中空间电荷的测量；本实用新型实现了对较长高压同轴电缆绝缘介质中空间电荷分布进行更精确地测量，为研究高压电缆绝缘介质中空间电荷的效应提供可靠的实验基础。
Description
【技术领域】
本实用新型属于同轴高压直流电缆的空间电荷测量领域，涉及一种同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统。
【背景技术】
高压直流电缆的传输容量大、造价低、损耗小、不易老化、寿命长，且输送距离不受限制，所以其在电力传输领域具有广阔的应用前景。在高压直流电缆研制的过程中，空间电荷问题是电缆绝缘的难点之一。目前，在基于PEA法的同轴电缆空间电荷测量系统中，高频脉冲的注入方式有多种。一种是采用高频脉冲通过电容耦合从电缆头的线芯注入至测量电缆的方式时，一方面因为高频脉冲在传输过程中会出现衰减现象，所以这种注入方式只适用于较短同轴高压电缆的测量；另一方面由于高频脉冲的电容耦合，在电缆的端部比较容易发生电晕放电不利于操作安全。另一种是在完全去除电缆试样外部的铠装层和屏蔽层、裸露出外半导体层的电缆试样上，在测量处两侧裸露出电缆试样的绝缘层并且保留测量处的半导体层，然后将高频脉冲从而裸露出的绝缘层外侧的半导体层注入至测量电缆的方式；这种高频脉冲注入方式破坏了电缆的半导体层结构并不适用于实际的测量。还有一种是在不破坏电缆的半导体层结构的基础上将高频脉冲从测量处的半导体层直接注入至测量电缆的方式，但是在波形信号的检出方面，该测量装置采用的是AD—光纤—AD隔离方式，这种信号检出方式存在的缺点是：AD转换器的转换频率最大值在1MHz左右而PEA法输出波形信号的频率在50～500MHz，这导致检出波形信号发生严重的畸变。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于解决现有同轴电缆空间电荷测量系统中存在的一些问题，提供了一种可用于更准确地测量较长同轴高压电缆绝缘介质中空间电荷分布的同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，包括与测量电缆试样的线芯相连的高压直流电源以及为测量电缆试样提供测试脉冲的高频脉冲模块，测量电缆试样上部设置电缆固定金属板，通过电缆固定金属板固定在凹形下电极金属板上，测量电缆试样两侧设置侧面固定金属板，电缆固定金属板设置于侧面固定金属板之间；测量电缆试样的下方设置下极测量单元，上部设置压力施加装置；下极测量单元用于采集波形信号，并将声波信号输出给示波器，示波器将波形信号传送至计算机。
本发明进一步的改进在于：
所述压力施加装置包括设置于电缆固定金属板上方的压力施加金属板，压力施加金属板与电缆固定金属板之间设置有用于垂直向下将压力传递至测量电缆试样上的压力定位球；压力施加金属板的两侧设置有螺栓，螺栓向下伸出，其螺杆部分与侧面固定金属板上开设的螺纹孔相配合。
所述下极测量单元包括凹形下电极金属板，凹形下电极金属板的凹形部分下方依次紧贴用于接收声波的PVDF传感器和吸收反射声波的PMMA吸收介质；PVDF传感器通过信号放大器将波形信号发送给示波器；低压直流电源为信号放大器提供电源。
所述PVDF传感器、PMMA吸收介质、信号放大器以及低压直流电源均设置于上部开口的金属屏蔽盒内，凹形下电极金属板能够扣合于金属屏蔽盒上；金属屏蔽盒的下部安装环氧树脂柱实现对地隔离。
所述示波器的输出端连接光电转换器，将电信号转换为光信号通过信号传输光纤进行传输，信号传输光纤的末端通过光电转换器将光信号转换为电信号输入到计算机中。
所述示波器和光电转换器采用蓄电池作为电源，蓄电池通过交流逆变器与示波器和光电转换器相连。
所述蓄电池、交流逆变器、示波器和光电转换器的底部均安装环氧树脂板实现对地隔离。
所述高压直流电源通过直流传输电缆与测量电缆试样的线芯相连。
所述高频脉冲模块的电源端连接脉冲电压源。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型在测量较长的高压直流电缆绝缘介质中空间电荷分布时，保证了操作安全和在不破坏电缆结构的情况下对较长高压同轴电缆绝缘介质中空间电荷的测量；实现了对多种尺寸同轴电缆绝缘介质中空间电荷实现测量；提高了测量系统测量信号的频率宽度，而且大大地降低了搭建测量系统的成本。总之，该测量系统实现了对较长高压同轴电缆绝缘介质中空间电荷分布进行更精确地测量，为研究高压电缆绝缘介质中空间电荷的效应提供可靠的实验基础。
【附图说明】
图1为本实用新型测量系统的整体结构示意图；
图2为本实用新型压力定位小球处横截面的示意图；
图3为本实用新型下电极测量单元的示意图。
其中：1为高压直流电源；2为高压直流传输电缆；3为脉冲直流电压；4为高频脉冲模块；5为六角头螺栓；6为压力定位小球；7为压力施加金属板；8为电缆固定金属板；9为测量电缆试样；10为侧面固定金属板；11为凹形下电极金属板；12为PVDF传感器；13为金属屏蔽盒；14为PMMA吸收介质；15为信号放大器；16为低压直流电源；17为环氧树脂柱；18为蓄电池；19为交流逆变器；20为示波器；21为光电转换器；22为环氧树脂板；23为信号传输光纤；24为计算机。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参见图1，本实用新型主要的元件包括：高压直流电压源1，用于提供测量时所需的高压直流电；脉冲电压源3，为高频脉冲提供直流电；高频脉冲模块4，产生所需高频脉冲；下极测量单元，用于测量电缆绝缘层中空间电荷的分布；示波器20，测量时进行信号的采集和显示；光电转换器21，将电信号转换为光信号；蓄电池18，给示波器和光电转换器进行供电；交流逆变器19，将直流电转换为工频交流电；以及计算机24，用于获取、处理和存储信号。
高压直流电源1给测量系统提供可用的高压直流电压；高压直流电源1通过高压直流传输电缆2直接与测量电缆试样9的线芯连接，将直流高压施加至测量电缆试样中；在整个测量系统中，电缆试样的线芯始终作为测量电极的上电极。脉冲直流电源3通过高频脉冲模块4产生高频脉冲电压，为测量系统提供可用的脉冲；高频脉冲模块4是直接与下极测量单元直接相连接的，通过下极测量单元与测量电缆试样9接触点将高频脉冲电压注入至测量电缆试样9。
通过电缆固定金属板8和凹形下电极金属板11对被测量电缆进行固定。为了使电缆与凹形下电极金属板11紧密接触，通过压力施加金属板7对测量电缆试样9施加机械压力，施加的机械压力通过压力定位小球6垂直向下地将压力传递到测量电缆试样9，机械压力的大小由六角头螺栓5进行控制。
当高压直流电源1向电缆试样施加高压且电压达到一定值时，在测量电缆试样9的绝缘层中会出现空间电荷；高频脉冲电压注入至测量电缆试样9之后，试样内部的空间电荷会在高频脉冲电压的作用下发生微小位移。这一微小位移以声波形式传播到凹形下电极金属板11，被与凹形下电极金属板11紧密连接的PVDF传感器12接收，而没有被PVDF传感器12吸收的声波则被与PVDF传感器12紧密连接的PMMA吸收介质14进行吸收从而避免声波反射情况的发生。由于PVDF传感器12的得到的波形信号比较微弱，所以将获得的波形信号通过信号放大器15进行放大输出；信号放大器15由低压直流电源16进行供电。
PVDF传感器12、PMMA吸收介质14、信号放大器15以及低压直流电源16等通过金属屏蔽盒13对其进行屏蔽从而避免外界因素对测量信号的影响；而整个测量电极用环氧树脂柱17将其进行对地隔离使其处于测量系统的高压侧。
信号放大器15放大输出的波形信号直接由示波器20进行采集和存储。示波器20进行采集和存储的波形信号通过光电转换器21由电信号转换为光信号，光信号通过光纤23进行传输；信号由高压侧传输到低压侧后再次通过光电转换器21由光信号转化为电信号，在低压侧的计算机24直接获取波形信号。通过交流逆变器19可将蓄电池18提供12V的直流电转变为50Hz、220V的交流电，为示波器20和光电转换器21进行供电。示波器20、光电转换器21、交流逆变器19以及蓄电池18的对地隔离是通过环氧树脂板22实现。
本实用新型的工作原理：
在本实用新型同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统中，高频脉冲直接与测量系统的下电极连接，然后在电缆试样测量处的外半导体层直接注入至测量电缆。首先，在测量处去除电缆试样外部的铠装层和屏蔽层等，裸露出电缆试样的外半导体层。然后，用铜箔将裸露的外半导体层紧密地包住，同时在测量中心两侧保留一定长度的半导体层裸露着。最后，将裸露的半导体层外面两侧的铜箔短接并且直接接地。将高频脉冲信号从测量电缆试样的半导体层注入至电缆试样。测量下电极的长度约为5cm左右，测量中心处的铜箔与下电极紧密连接在一起，测量中心处保留的包裹的铜箔长度要适宜。裸露出的半导体层的长度要足够大，约10cm左右，从而保证能够将高频脉冲注入至测量电缆试样中。
将示波器抬到测量系统的高压侧直接测量和采集由放大器放大输出的波形信号，将采集的波形信号通过高压侧的高频光电转换器转换为光信号，光信号通过光纤传输到测量系统的低压侧，光信号传输到低压侧之后再次通过高频光电转换器转换为电信号，最终用计算机对波形信号进行保存和处理。在这里用蓄电池输出的12V直流电通过纯交流电逆变器转换为工频交流电，将所得的工频交流电对示波器和高频光电转换器进行供电。将示波器、高频光电转换器、纯交流电逆变器以及蓄电池放在由环氧树脂板搭建的平台上，使其实现对地隔离的作用。
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，其特征在于，包括与测量电缆试样(9)的线芯相连的高压直流电源(1)以及为测量电缆试样(9)提供测试脉冲的高频脉冲模块(4)，测量电缆试样(9)上部设置电缆固定金属板(8)，通过电缆固定金属板(8)固定在凹形下电极金属板(11)上，测量电缆试样(9)两侧设置侧面固定金属板(10)，电缆固定金属板(8)设置于侧面固定金属板(10)之间；测量电缆试样(9)的下方设置下极测量单元，上部设置压力施加装置；下极测量单元用于采集波形信号，并将声波信号输出给示波器(20)，示波器(20)将波形信号传送至计算机(24)。
2.根据权利要求1所述的同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，其特征在于，所述压力施加装置包括设置于电缆固定金属板(8)上方的压力施加金属板(7)，压力施加金属板(7)与电缆固定金属板(8)之间设置有用于垂直向下将压力传递至测量电缆试样(9)上的压力定位球(6)；压力施加金属板(7)的两侧设置有螺栓(5)，螺栓(5)向下伸出，其螺杆部分与侧面固定金属板(10)上开设的螺纹孔相配合。
3.根据权利要求1所述的同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，其特征在于，所述下极测量单元包括凹形下电极金属板(11)，凹形下电极金属板(11)的凹形部分下方依次紧贴用于接收声波的PVDF传感器(12)和吸收反射声波的PMMA吸收介质(14)；PVDF传感器(12)通过信号放大器(15)将波形信号发送给示波器(20)；低压直流电源(16)为信号放大器(15)提供电源。
4.根据权利要求3所述的同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，其特征在于，所述PVDF传感器(12)、PMMA吸收介质(14)、信号放大器(15)以及低压直流电源(16)均设置于上部开口的金属屏蔽盒(13)内，凹形下电极金属板(11)能够扣合于金属屏蔽盒(13)上；金属屏蔽盒(13)的下部安装环氧树脂柱(17)实现对地隔离。
5.根据权利要求1所述的同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，其特征在于，所述示波器(20)的输出端连接光电转换器(21)，将电信号转换为光信号通过信号传输光纤(23)进行传输，信号传输光纤(23)的末端通过光电转换器将光信号转换为电信号输入到计算机中。
6.根据权利要求5所述的同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，其特征在于，所述示波器(20)和光电转换器(21)采用蓄电池(18)作为电源，蓄电池(18)通过交流逆变器(19)与示波器(20)和光电转换器(21)相连。
7.根据权利要求6所述的同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，其特征在于，所述蓄电池(18)、交流逆变器(19)、示波器(20)和光电转换器(21)的底部均安装环氧树脂板(22)实现对地隔离。
8.根据权利要求1所述的同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，其特征在于，所述高压直流电源(1)通过直流传输电缆(2)与测量电缆试样(9)的线芯相连。
9.根据权利要求1所述的同轴电缆用PEA法中脉冲注入与波形检测系统，其特征在于，所述高频脉冲模块(4)的电源端连接脉冲电压源(3)。
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