[发明专利]一种液体电介质空间电场快速测量装置及方法

说明书

本发明公开了属于高电压与绝缘测量技术领域的一种液体电介质空间电场快速测量装置及方法。本发明是基于电光Kerr效应和Mach‑Zehnder干涉仪的液体电介质空间暂态电场的快速测量技术，其快速测量装置由He‑Ne激光器、扩束镜、起偏器、四分之一波片、Kerr盒、暂态电压发生器、偏振分光棱镜、消偏振分光棱镜、全反镜、二分之一波片、CCD图像传感器构成。该方法是首先对光路进行调节，利用CCD图像传感器直接测量干涉条纹，直观反映外施电场，不受后端检测设备的限制，从而实现暂态电场的快速测量，弥补了Kerr效应交流调制法在暂态电场测量领域的不足。

技术领域

本发明属于高电压与绝缘测量技术领域，特别涉及一种液体电介质空间电场快速测量装置及方法。具体而言，涉及一种基于电光Kerr效应和Mach-Zehnder干涉仪的液体电介质空间暂态电场的快速测量技术。

背景技术

油纸绝缘是目前电力变压器、换流变压器等大型电力设备的主要绝缘形式，但是由于长期承受交流、直流以及雷电冲击或操作冲击等多种电应力的共同作用，同时受水分、温度等因素影响使得绝缘材料的电阻率和介电常数呈现一定的非线性特性，进而使油纸绝缘结构的电场具有一定的不确定性。因此，要对油纸绝缘结构在交流、直流、冲击以及各种冲击电压作用下场强分布特性进行有效的定量分析，需迫切开展油纸绝缘结构空间电场分布特性的实测研究。

目前，随着测量技术的发展，以Kerr效应为代表的光学非接触式测量在目前油纸绝缘的电场测量中呈现出了较大的潜力。华北电力大学基于激光在变压器油中的光学Kerr效应，利用交流调制方法，率先实现了油纸绝缘稳态交流电场、稳态直流电场以及暂态极性反转电场空间电场的高灵敏度、非接触、在线测量。但是该测量方法由于受数据采集设备的限制难以实现雷电冲击或操作冲击等暂态电压作用下油纸绝缘空间电场的实际测量，并且仅能够实现单个测点的测量，尚不能实现一个区域的测量，因此，需要进一步开展油纸绝缘空间区域暂态电场快速测量技术的研究。

发明内容

本发明的目的是提出一种液体电介质空间电场快速测量装置及方法，其特征在于，所述液体电介质空间电场快速测量装置及方法是采用基于电光Kerr效应和Mach-Zehnder干涉仪的液体电介质空间暂态电场的快速测量技术；

所述液体电介质空间电场快速测量装置的光路结构为：He-Ne激光器1、扩束镜2、起偏器3、四分之一波片4、Kerr盒5、偏振分光棱镜6、二分之一波片7和第一全反镜8顺序布置在一条直线上，形成一条光路，该条光路在偏振分光棱镜6后分成Ⅰ支路和Ⅱ支路；所述支路1包括二分之一波片7和第一全反镜8；所述Ⅱ支路由布置在偏振分光棱镜6下方的第二全反镜9、布置在第一全反镜8下方的消偏振分光棱镜10和CCD图像传感器11构成；并且Kerr盒5的机壳接地；暂态电压发生器12同时与Kerr盒5和CCD图像传感器11电气连接。

所述He-Ne激光器发出波长为632.8nm的TEM₀₀模式线偏振光，出口光斑直径小于0.8mm，固定在二维调节夹持器上，该夹持器能对输出光束的方向进行二维调节。

所述Kerr盒的前后窗口面均采用高透石英玻璃，透射系数大于0.98；用于盛放待测试品。

所述消偏振分光棱镜将入射光束，在不改变原偏振态的条件下，以50:50分光比分为两束光；固定在三维调节台上，该调节台能对消偏振分光棱镜的方位进行三维调节。

所述暂态电压发生器能输出1.2±30％和50±20％μs雷电冲击电压和250±20％和2500±60％μs操作冲击电压，点火脉冲与波形输出的延时小于100ns；其中，

1.2±30％和50±20％代表雷电冲击电压的波头时间为1.2μs，允许偏差为±30％，波尾时间为50μs，允许偏差为±20％；250±20％和500±60％代表操作冲击电压的波头时间为250μs，允许偏差为±20％，波尾时间为2500μs，允许偏差为±60％。