[发明专利]一种基于电声脉冲法恢复空间电荷分布的改进方法

说明书

本发明公开了属于电力系统中绝缘材料电气性能的监测领域的一种基于电声脉冲法恢复空间电荷分布的改进方法。采用电声脉冲法对片状绝缘材料进行测试，获得表征材料内部电荷分布的测试电压的参考信号；计算恢复过冲畸变所需的反卷积运算中的传递函数；获得恢复衰减畸变所需的衰减恢复运算中排除电极和试样声阻抗影响的衰减系数；将测试电压信号转换为电荷分布结果所需的电荷量，纳入电极和试样声阻抗影响的电压‑电荷转换系数。在极化电场下对同一绝缘材料进行测试，根据前述步骤计算的各项系数，依次完成过冲恢复、衰减恢复和电荷量转换过程，最终获得实际的电荷分布结果。本发明使测试波形恢复的电荷分布更加准确，有利于进一步的畸变电场分析。

技术领域

本发明属于电力系统中绝缘材料电气性能的监测领域，特别涉及一种基于电声脉冲法恢复空间电荷分布的改进方法，

背景技术

聚合物固体绝缘介质中空间电荷的存在会使介质内部电场发生畸变，因而是导致介质被击穿和劣化的重要因素。针对绝缘介质中空间电荷分布的研究主要基于其测试技术，其中电声脉冲法因其简单的结构设计已被广泛应用。

应用电声脉冲法测试时，将测试的电压波形准确恢复为定量的电荷分布结果意义重大。然而，测试过程中受系统和试样本身特性的影响，获得的波形往往具有过冲和衰减畸变，并需要将电压信号转换为电荷结果。传统恢复方法中，在认为试样与上电极声阻抗相等的情况下，对恢复所用的衰减系数以及电压-电荷转换系数进行了分析，得到两个系数的频域计算公式如下所示。

式中，α₀(f)为传统恢复方法计算的衰减系数，d为所测绝缘材料的厚度，v_u(f)和v_l(f)分别为上电极、下电极与试样界面处的测试信号(频域形式)，K为传统恢复方法所用的电压-电荷转换系数，σ_l为相邻介质界面处的电荷密度，u_s为绝缘材料内的声速，ΔT为下电极界面处信号所在的时间范围。由公式可见，传统方法所用的衰减系数和电压-电荷转换系数计算公式不受上电极和试样的声阻抗差异影响。然而，近年里国外学者通过对上电极和试样的声阻抗进行测试，指出两者可能存在较大的差异，此时运用传统恢复方法获得的电荷分布结果与实际情况相比可能存在误差。由于电声脉冲法的测试信号和试样内的电荷分布相对微弱，准确恢复电荷分布意义重大。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于电声脉冲法恢复空间电荷分布的改进方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在参考低电场条件下，采用电声脉冲法对片状绝缘材料进行测试，获得表征材料内部电荷分布的测试电压的参考信号；

S2：基于参考信号，获得恢复过冲畸变所需的反卷积运算中的传递函数；

S3：基于参考信号，获得恢复衰减畸变所需的衰减恢复运算中排除电极和试样声阻抗影响的衰减系数；

S4：基于参考信号，获得将测试电压信号转换为电荷分布结果所需的电荷量转换过程中纳入电极和试样声阻抗影响的电压-电荷转换系数；

S5：在极化电场下对同一绝缘材料进行测试，根据前述步骤计算的各项系数，依次完成过冲恢复、衰减恢复和电荷量转换过程，最终获得实际的电荷分布结果。

所述步骤S2中，获得恢复过冲畸变所需的反卷积运算中的传递函数是利用高斯函数分别进行模拟，所用高斯函数计算公式如式(1)所示。

式中，g(t)为模拟用的高斯函数，l为幅值，w为带宽。

结合高斯模拟波形和参考波形，在频域内求解系统的传递函数，如式(2)所示。

式中，H(f)、v_r(f)和x_r(f)分别为传递函数、参考波形和模拟波形的频域形式