多层介质空间电荷测试系统的等效表征模型与信号畸变特性

以高频电力变压器等为代表的新型电力系统装备面临大容量化、紧凑型发展需求,但装备多层复合绝缘材料中的电荷积聚问题严重影响其安全稳定运行,基于电声脉冲法测试空间电荷分布有利于分析其时空演化特性,但测试系统中的复杂声波透射与反射过程直接影响多层介质的电荷结果分析。本文基于电声脉冲测试信号传递和基本传输线系统中信号传播的相似性,提出了电声脉冲系统的等效表征原理,并结合与实验测量波形的一致性模拟结果验证了模型的可靠性。进一步,基于所构建传输线模型,开展了多层绝缘介质下的电荷仿真模拟,研究表明介质及吸声材料厚度是影响多层介质电荷测量结果的关键因素。基于此,提出了适用于多层介质的电声脉冲法测量遴选标准,所提出方法可有效减少声波反射对测量结果的影响。同时,针对声阻抗匹配程度对测量结果的影响作用机制开展研究,模拟结果表明:当半导电电极与试样声阻抗不相等时,将改变界面处的声波产生系数,进而影响上电极界面侧的被测信号幅值;而当传感器与背衬吸声部分的声阻抗不相等时,则会导致所测结果中所有界面处电压波形发生畸变,出现波形展宽和拖尾的情况。本文相关工作可为多层介质电声脉冲测量实验设计与波形恢复提供相关指导。

适配光电子学空间电荷测量方法的弹光传感器设计与测试验证

为支撑复杂应力环境下新能源电力系统装备绝缘可靠设计与状态评估,该文提出一种具备高时空分辨潜力的光电子学空间电荷测量方法,并构建了光-电-机械电荷测量信号传变转换模型。模型分析指出,电荷受太赫兹脉冲电场扰动所产生的弹性波大小与平衡探测器所检测光强差近似成正比。针对测量传感器部分,结合分子动力学模拟,提出以SU-8胶为基体、羟基化石墨烯为掺杂分子的传感器材料改性设计思路,并基于光刻工艺,完成了高可靠弹光传感器的研制。进一步,搭建椭偏传感探测系统对所研发传感器开展了测试验证。实验表明,平衡探测器输出电压与传统电声脉冲压电传感模块输出量级一致,均为mV量级。同时,所研发弹光传感器可实现kHz级重复弹性波与飞秒脉宽脉冲弹性波的追踪测量,相较于压电传感模块,测量波形光滑且无畸变,具备较高的测量可靠性,可应用于光学测量方法。

基于椭圆偏振原理的空间电荷测量方案设计与可行性验证

为支撑大功率电力电子装备绝缘可靠设计与状态评估,本文基于椭圆偏振原理与太赫兹波的高信噪比窄脉宽特性,提出了适用于复杂电应力下的固体电介质空间电荷反射与透射法光学测量方案,推导构建了电荷信号传变过程的数学表征模型,对比指出两种方案下探测光光强差与电荷信号幅值近似成正比,且当反射法入射角大于0.29°时测量灵敏度更高。进一步搭建两种方案的椭圆偏振测量系统开展实验研究,结果验证了反射法测量比例系数高于透射原理,同时选用熔融石英晶体作为传感器材料时灵敏度和稳定性较高,且测量线性度误差与重复性误差均低于5%。本文工作将为空间电荷高时空分辨率测量系统的拓扑设计提供前期基础。

利用弹光效应测量固体电介质空间电荷的高时空分辨方法与实验验证

为支撑复杂应力环境下大功率电力电子装备绝缘可靠设计与状态评估,该文提出一种基于弹光效应的固体电介质空间电荷光学测量方法,并构建信号传变模型。模型分析指出,平衡探测器光强差变化与电荷受扰动所产生弹性波的幅值变化近似成正比关系。接着,基于所构建椭圆偏振测量平台与传感器耦合模型对该探测系统的可行性与空间分辨特性开展实验验证。结果表明,所提探测方法可实现皮秒级脉宽弹性波的追踪测量,具备实现空间电荷高时空分辨的潜力。