[发明专利]高压纳秒脉冲分压器刻度因数的全量程标定装置及标定方法

说明书

为了减小脉冲功率技术中纳秒脉冲电压的测量偏差，本发明提供了一种高压纳秒脉冲分压器刻度因数的全量程标定装置及标定方法，本发明利用了纳秒脉冲电场测量探头在较大的幅值范围内其刻度系数可以通过GTEM小室或TEM小室等设备进行标定的特点，通过关联纳秒脉冲电压和纳秒脉冲电场，巧妙地回避了高电压等级下纳秒脉冲电压无标准测量系统的现状，实现了纳秒脉冲分压器在数百千伏电压等级下刻度系数的标定，解决了脉冲功率技术中百千伏纳秒脉冲电压测量的溯源问题。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种用于高压纳秒脉冲分压器刻度因数的全量程标定的装置及标定方法。

背景技术

纳秒脉冲电压的测量是脉冲功率技术中一个重要的方面。纳秒脉冲因其前沿快，要求测量装置具有较高的上限截止频率，常采用集成在脉冲功率系统中结构紧凑的电阻分压器或者电容分压器作为测量装置。GBT16927.2-2013给出了电力系统中高电压测量的国家标准，结合建立的标准测量系统，电力系统中高电压的测量拥有完整的溯源体系。和电力系统中冲击电压、操作过电压等的测量方法和装置不同，纳秒脉冲电压的波形的前沿和半宽形式多样，一般由具体应用场合的指标和需求决定，因此在脉冲功率技术中纳秒脉冲电压分压器的标定还没有建立起一套完整的溯源体系，一般在低电压条件下采用快前沿方波信号标定其响应时间，采用与商用电压测量装置比对的方法标定其刻度因数的线性度，而带宽较高的商用电压测量装置电压测量范围在100kV以下，对于量程在100kV以上的纳秒脉冲分压器，其高电压等级下的刻度因数一般沿用在低电压等级下标定的刻度因数。

对于自制的电阻分压器或者电容分压器，其量程的上限受到以下几个方面的制约：1.高电压条件下分压器发生沿面闪络和介质击穿；2.高电压条件下分压器金属件产生电晕或者滑闪放电，引起分压器分布参数发生变化；3.电压增大，流经分压器的电流随之增加，可能引起分压器产生热效应，改变分压器本身参数。如果不能在全量程范围内标定分压器刻度因数的线性度，量程的高电压段沿用低电压条件下的标定结果，可能会在高电压段引入误差，导致测量结果存在较大的偏差。

发明内容

为了减小脉冲功率技术中纳秒脉冲电压的测量偏差，本发明提供了一种高压纳秒脉冲分压器刻度因数的全量程标定装置及标定方法，基于脉冲电场测量在较大的量程范围内可溯源的特点，在纳秒脉冲电压标定的过程中引入了纳秒脉冲电场的测量，通过同轴传输线建立了纳秒脉冲电场与电压的关系，用纳秒脉冲电场的测量结果标定分压器的刻度因数。

本发明的技术解决方案是：

高压纳秒脉冲分压器刻度因数的全量程标定装置，其特殊之处在于：包括电压电场关联单元、纳秒脉冲源、激光器、光电探测器和示波器；

电压电场关联单元包括同轴传输线、馈入绝缘子、输出绝缘子、匹配电阻；

同轴传输线由同轴传输线外筒和同轴传输线内芯构成；同轴传输线的长度与同轴传输线外筒的端部内径比大于3；

馈入绝缘子和输出绝缘子分别安装在同轴传输线外筒的两端，且与同轴传输线外筒共同构成密封腔体；馈入绝缘子和输出绝缘子均为圆台结构，下底面中部均设置有安装槽；同轴传输线内芯通过所述安装槽安装在所述密封腔体内；

匹配电阻采用多个低电感膜电阻并联构成，多个膜电阻均布设置，一端均与第一导电圆环连接，另一端均与第二导电圆环连接，第一导电圆环的直径小于第二导电圆环的直径；匹配电阻通过所述第一导电圆环套设在同轴传输线内芯上，且靠近所述输出绝缘子设置；

同轴传输线外筒的内壁中部设置有电场测量探头，内壁上位于所述电场测量探头的两侧位置均开设有光纤槽；电场测量探头的光源输入端连接有保偏光纤，信号输出端连接有单模光纤；保偏光纤和单模光纤分别沿着所述光纤槽走线，并分别通过光纤转接头从同轴传输线外筒引出；

同轴传输线外筒的内壁上还设置有高压气嘴，通过高压气嘴对所述密封腔体抽真空以及向所述密封腔体内充气压大于等于0.4MPa的绝缘气体；