技術特征：

1.一種基于電聲脈沖法的高壓直流電纜空間電荷二維成像方法，所述方法用的裝置包括高壓直流電源、脈沖電源、擠包絕緣電纜、鋁電極、壓電傳感器、聲吸收層和信號放大器；所述高壓直流電源和脈沖電源分別連接在導體線芯上；所述鋁電極設置在擠包絕緣電纜外部；所述壓電傳感器貼合于鋁電極外部；所述聲吸收層位于壓電傳感器一側，信號放大器用于放大壓電傳感器輸出的信號；其特征在于，所述方法包括下述步驟：

(1)以電纜的導體線芯中心為坐標原點，構建圓柱坐標系，導體線芯中心為z軸，垂直有z軸的平面為r和θ平面，z＝0平面為空間電荷成像橫截面；

(2)在電纜外屏蔽層的外側布置壓電傳感器，壓電傳感器輸出電壓信號，每個壓電傳感器接收到的信號均包含空間電荷在整個成像橫截面上的分布信息；

(3)壓電傳感器的數量至少為2，當壓電傳感器數目為2時，兩個壓電傳感器不能布置在絕緣橫截面的同一直徑上，壓電傳感器多角度獲得電聲脈沖PEA信號，電聲脈沖PEA信號經過放大器放大；

(4)空間電荷在脈沖電場作用下直線振動，振動方向與具有散度的脈沖電場在空間電荷處的方向重合；

(5)直線振動產生的聲波信號具有輻射特性，不同的聲波傳播方向上聲波強度不同，根據聲波傳播方向計算聲波在壓電傳感器方向上的方向系數；

(6)確定空間點與壓電傳感器之間的傳遞函數和聲波到達壓電傳感器的時延；

(7)設定脈沖電壓為一理想的沖擊信號，根據壓電傳感器輸出的測量信號、傳遞函數，反解出空間電荷的二維分布，對空間電荷進行二維成像；

(8)對空間電荷分布特性進行全面分析，得到出水樹枝、電樹枝、雜質在絕緣中的位置、大小和形狀。

2.如權利要求1所述的高壓直流電纜空間電荷二維成像方法，其特征在于，所述步驟(5)中，聲波在壓電傳感器方向上的方向系數如下式所示；

$D(k,\mathrm{\μ})=\frac{2J_1(k\·a\·sin(\mathrm{\μ}))}{k\·a\·\sin \left(\mathrm{\μ}\right)}$

式中：J₁(*)為第一類一階貝塞爾函數；k為波數，即單位長度內聲波周期數；a為聲源半徑；μ為偏離聲源振動的方向角；當振動粒子的位移接近或小于粒子半徑時，粒子振動產生的聲波為球面波，即聲波在壓電傳感器方向上的方向系數D(k，μ)在各個方向上近似相等，D(k，μ)＝1。

3.如權利要求1所述的高壓直流電纜空間電荷二維成像方法，其特征在于，所述步驟(6) 中，根據每個壓電傳感器的二維坐標和空間二維坐標的位置關系，結合聲波在絕緣介質中的衰減特性和聲波在絕緣介質中的傳播速度，以及壓電傳感器之間的坐標關系，計算空間點與壓電傳感器之間的傳遞函數和聲波到達壓電傳感器的時延，即像素點與傳感器的距離l除以聲波在絕緣介質中的聲速c。

4.如權利要求1所述的高壓直流電纜空間電荷二維成像方法，其特征在于，所述步驟(7)中，所述傳遞函數為：處的傳感器接收到的信號為p_h(t)，并設傳感器的個數為H個，h＝1，…，H；將電纜絕緣層外的半徑構成的圓環(huán)均分為N等分，半徑均分為M等分，1<m<M，1<n<N，絕緣橫截面分為MN個像素區(qū)域，像素點(r_m，θ_n)到傳感器的傳輸方程和傳輸時間分別用下式表示：

式中，r_in為電纜絕緣的內半徑，R₀為電纜絕緣的外半徑，α(f)、β(f)分別為聲波在介質中的衰減系數和色散系數，為像素點(r_m，θ_n)的電場強度，V_p為脈沖電壓的幅值，T為脈沖電壓的脈寬；r_m為像素半徑坐標，θ_n為像素的角度坐標，t為時間，為聲波由(r_m，θ_n)傳播到的時間,為像素點(r_m，θ_n)到傳感器的距離，c為聲波在介質中的傳播速度；

將處的傳感器接收到的信號p_h(t)構造成為1×MN的離散向量p_h(t_(m,n))，對應于第h個傳感器，即處的傳感器接收到像素點(r_m，θ_n)傳來的聲波信號p_h(m，n)如下式所示：

其中：ρ(r_m,θ_n)表示在像素點(r_m，θ_n)的空間電荷密度；

處傳感器接收的聲波信號總和如下式所示：

其向量形式表達為：

將(r_m，θ_n)簡化表示為(m，n)，其中：p_h(m,n)表示第h個傳感器接收到由像素(m，n)處空間電荷產生的聲波信號；

H個傳感器接收到的信號構成一個H×MN維矩陣P_H×MN：

傳遞函數矩陣G_H×MN表示為：

空間電荷分布構成一個MN×MN的方陣，只有對角線上有元素：

則P_H×MN、G_H×MN、ρ_MN×MN的關系為：

P_H×MN＝G_H×MNρ_MN×MN

即：

根據上式中測量矩陣P_H×MN和傳遞矩陣G_H×MN求解出空間電荷矩陣ρ_MN×MN，進而得到整個絕緣界面的空間電荷分布。

5.如權利要求1所述的高壓直流電纜空間電荷二維成像方法，其特征在于，所述步驟(8)中，空間電荷在整個成像橫截面上的分布信息包括空間電荷的密度、位置和極性，根據空間電荷在絕緣橫截面上的分布情況，對其分布位置和密度進行分析，結合水樹枝、電樹枝產生空間電荷的機理，得到絕緣中水樹枝、電樹枝、缺陷在測量橫截面上的大小、位置和形狀的信息。