摘要：本文主要针对高电压绝缘测试技术中的小电荷问题进行了分析，明确了高电压绝缘测试技术的要点，并对如何有效开展高电压绝缘测试工作进行了研究，总结了高电压绝缘测试技术中小电荷测量的具体思路和方法，供参考与借鉴。
关键词：高电压绝缘测试技术；小电荷；测量
前言
只有明确了高电压绝缘测试技术的小电荷测量的方法，并在测量的过程中进行了深入的分析，才能够让测量变得更加的可靠，让测量成为一种有章可循的工作。
1 高电压绝缘测试技术
从第一代棒形悬式合成绝缘子开始，其就因重量轻、体积小等诸多优点，而被广泛使用。尤其是近年来，随着有机外绝缘产品的不断发展与广泛应用，其性能更是在使用中不断优化。其中重量轻这一优点，恰恰在高电压设备生产安装中具有十分重要的意义。尤其是对野外输电线路工程而言，其作用更为明显，优势也更大。
1.1 传统的介质测量方法
（1）电桥法
电桥法是介损测量领域长期采用的一种方法，而传统的测量方法主要就是指西林电桥法。分析来看，当前流行的电桥分西林型高压电桥和电流比较仪型高压电桥。其中最为典型的要数西林电桥，所谓的电桥法也即西林电桥法。西林电桥属于比较同类阻抗元件的电桥，它的标准阻抗和被测阻抗都是电容器。在强高压下进行高精度的介损测量是西林电桥的突出优势，倘若采取特殊的措施甚至可以在强磁干扰下进行颇高精度的测量；而电流比较仪型高压电容电桥的原理是用变压器的比例臂代替普通的阻抗臂，以提高测量的准确度，如若配以专门的辅助电路，可以实现自动平衡电桥。
西林电桥法的测量原理是用标准电容和电阻将测试品进行比较性的模拟测量。因为它的模拟电路较为复杂，对元器件的要求比较高。随着电力电子技术和计算机技术的快速发展，数字化测量方法逐渐取代弊端较多的模拟方法，其原理是利用传感器从试验品上取得电压和电流信号，经预处理后再进行数字化，之后输至计算单元，算出相位差，最后得到测量值。由于利用了计算机技术，使得模拟电路结构简化，提高了仪器的性能。目前许多装置就是基于此原理，像PSC型介质损耗自动测量仪，即为利用电流比较仪线路进行平衡的，采用这一装置能够达到很高的测量精度。
（2）伏安法
伏安法是最常用也是最成熟的一种传统方法，其工作原理是借助被测试品的端电压向量和流过被测试品电流向量之比，得到被测试品的阻抗向量，根据Zx的实部和虚部，进一步计算求得介质损耗值tgδ。这种测量方法在精密计算机引入后进一步得到更新完善，基于测量系统的不断升级，测量数据的处理效率大大提高，而且精准度也得到保证。电力电子技术的渗入使介质损耗测量技术进入一个新时代。
1.2 过零点时差比较法
过零点时差比较法是数字化测量介质损耗中较早采用并且效果明显的一种方法。其主要原理是通过比较施加于介质上的电压U和电流I的过零时刻两个值，求得两个值之间的相位差，从而求得介质损耗角。与此同时，再用脉冲技术求得两个值的值差。若计数器显示的脉冲数为n，而计数器的频率为f,则△t=n/f,测量装置对损耗角的分辨率也就是2л/Tf。由此可见，只要计数器频率足够高，就可以保证较高的分辨率。过零点时差比较法的优点在于测量的分辨率高，容易数字化处理，其缺点是极易受谐波干扰，导致测量数值不准，这也是过零点时差比较法使用程度不高的主要原因。
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1.3 谐波分析法
谐波分析法的工作程序是首先由波形采集装置u和i的时域波形同步地转换为数字波形并存储，然后计算机将两个数字波形调入内存，用离散傅立叶变换出两个信号的基波，最后由特定的换算公式求出绝缘介质损耗角和等值电容。谐波分析法的关键步骤是基于傅立叶变换作等量，考虑到三角函数的正交性，傅立叶变换求解电压和电流的基波是不受高次谐波的影响，也不会受仪器电子电路所产生的零漂影响，因此可以达到比较高的稳定性和测量精准度。
2 高电压绝缘测试技术中小电荷的测量
2.1 固体介质内部空间电荷的测量
目前对于固体介质内部空间电荷的测量比较有效的方法有压力波扩展法及电声脉冲法。 下面仅以电声脉冲法为例进行说明。电声脉冲法是一种相对比较有效的固体介质内部空间电荷测量方法，也是目前的研究热点。 是由Takada首先提出的。
其基本原理是：在试品上施加一很窄的高压电脉冲，高压脉冲形成的电场与介质内部空间电荷相互作用，产生声脉冲。声脉冲中含有空间电荷分布的信息。通过压电传感器检测声脉冲就可获得试品内部空间电荷的分布。这种方法最初产生时，由于压电传感器频带较窄，所检测到的电信号与空间电荷的分布不成比例。当时采用了反卷积技术得到了空间电荷分布。但随着宽带 PVDF 薄膜压电传感器的采用，无须使用反卷积技术也可得到空间电荷分布。
在测试装置的设计时要注意使得试品与传感器之间的电极要无反射、无吸收、无色散地传递声波。压电传感器与吸波材料之间的声阻抗应当匹配，否则会有声波从传感器的底面反射进传感器，影响测量结果。在应用时应使传感器与吸波材料之间接触良好，以保证波的连续性。试验系统应安排得非常紧凑。前置放大器要尽可能地与传感器接近，以降低电磁干扰。
2.2 介质分界面处表面电荷的测量
表面电荷的测量方法主要有：粉尘图法、电容探头法。粉尘图法是利用某些带电的固体粉剂（如红色的Pb304，黄色的S）在静电荷作用下的吸附效应对表面电荷进行测量。将这些粉剂喷洒在已经积聚了电荷的绝缘子表面，通过观察固体粉剂的颜色分布来判断电荷在绝缘子表面的分布情况。这种方法的优点是直观且能区分出电荷的极性，因此即使是现在，粉尘图法还作为其它测量方法准确性的粗略检验手段。粉尘图法的缺点是无法定量地测量表面电荷。且当向绝缘子表面喷洒固体粉剂时，可能会影响绝缘子表面电荷分布。另外对于高压气体绝缘或真空绝缘的电力设备，使用该方法进行测量非常不方便。电容探头法分为动电容探头法与静电容探头法两种。动电容探头法实际上是将静电信号转化为动态信号来测量，因此不用考虑前置运算放大器偏置电流对运放输出的影响。但由于电容探头在运动过程中探针与绝缘介质表面之间的电容变化非常小，这就要求电容探头本身的电容值极为稳定，这一点在探头高速振动过程中是非常难实现的。
2.3 气体介质内部预放电空间电荷的测量
气体介质击穿前会发生微弱的电离产生空间电荷。由于这些预放电空间电荷会影响整个场域的电场分布，进而影响间隙的下一步电离过程，因此对气体介质内部空间电荷的测量可以有助于分析间隙的放电规律。对于气体介质内部空间电荷的测量大都采用测积分电流的方法。这种方法是在气体间隙串联一无感小电阻，直接检测电阻上的电压。为了防止检测电阻受脉冲电流的烧损，需另加保护电路。但加入保护电路后可能会增加测试回路的输入电容，从而使测试装置的响应速度下降。而且这种测试方法最大的不足是只能测到电荷的总量，无法确定空间电荷的位置。
结语
综上所述，明确高电压绝缘测试技术的小电荷测量工作，可以让测量工作变得更加的出色，同时，也能够进一步提升高电压绝缘测试技术的水平，保证测量的准确性。
参考文献
[1]张健，李瑞.浅析高电压与绝缘技术的新发展[J].科技创新与应用，2016（34）： 151.
[2]陈明俊.浅析高电压与绝缘技术的新发展[J].广东科技，2016（14）：228-229.
论文作者:闫军1,姜立中1,刘浩1,滕丽君2,乔刚1
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/26
标签：电荷论文; 测量论文; 电桥论文; 介质论文; 电压论文; 西林论文; 测试论文; 《电力设备》2017年第16期论文;