一種基于法拉第籠法的空間電荷密度測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量裝置，具體涉及一種基于法拉第籠法的空間電荷密度測量裝置。
【背景技術】
[0002]我國地域遼闊，經(jīng)濟發(fā)展和資源分布極不均衡。隨著我國水電開發(fā)，西南地區(qū)將有大量的電力需要遠距離輸送到華中、華東和華南，而采用直流輸電能夠有效地節(jié)約線路走廊，有助于改善網(wǎng)絡結(jié)構、減少輸電瓶頸和實現(xiàn)大范圍的資源優(yōu)化配置，因此，建設直流輸電工程是我國電力工業(yè)發(fā)展的必由之路。直流輸電工程由換流站、輸電線路和接地極組成，這三部分的電磁環(huán)境是直流輸電工程設計、建設及運行中必須考慮的重大技術問題。
[0003]空間電荷密度是考核電磁環(huán)境的重要組成部分之一。原理是直流輸電線路運行時，導線電暈產(chǎn)生的電荷會在空間擴散，因而空間中充滿帶電離子。再者，直流輸電的地面合成電場由兩部分電荷產(chǎn)生。直流輸電線路導線上的電荷產(chǎn)生的電場稱為標稱電場，空間電荷及離子產(chǎn)生的電場稱為離子流場，標稱電場與離子流場疊加形成合成電場。在多數(shù)研究中，電場和離子水平被看成是相對不變的，但是由于天氣的影響，風速、風向的變化，導致直流線路附近的電場強度、離子流密度和空間電荷分布不斷變化，空中電荷的積累會產(chǎn)生對地的電位差，從而影響地面合成場強的大小。在導線電暈發(fā)展程度較為嚴重的情況下，空間電荷的影響顯得尤為突出，地面合成電場的場強最大值可達標稱場強的2到3倍。為了有效控制地面合成電場的大小，對空間電荷的測量不可或缺，但我國還不存在成熟的、可適用于直流輸電環(huán)境的空間電荷密度測量儀器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于法拉第籠法的空間電荷密度測量裝置，采用感應型電位探針測量空間電位，通過法拉第籠籠體屏蔽外界電場的影響，獲取籠體中的空間電位，進而得到空間電荷密度，本發(fā)明具有良好的穩(wěn)定性，能較好的用于復雜多變的環(huán)境。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術方案:
[0006]本發(fā)明提供一種基于法拉第籠法的空間電荷密度測量裝置，所述測量裝置包括法拉第籠籠體、電位探針、信號傳輸屏蔽線、信號傳輸屏蔽管、電位測量模塊和底座；
[0007]所述電位探針位于法拉第籠籠體的中心，所述信號傳輸屏蔽線位于信號傳輸屏蔽管內(nèi)部，所述信號傳輸屏蔽管支撐于法拉第籠籠體底部與電位探針之間，電位測量模塊置于法拉第籠籠體下方且與底座相連。
[0008]所述法拉第籠籠體為網(wǎng)格狀結(jié)構，其形狀為圓柱體或球體，用于屏蔽外界電場。
[0009]所述電位探針包括感應球殼、金屬球和分壓電阻；
[0010]所述金屬球位于感應球殼的中心，所述分壓電阻位于信號傳輸屏蔽線上，信號傳輸屏蔽線一端連接金屬球，另一端連接電位測量模塊。
[0011]所述信號傳輸屏蔽管可在豎直方向上進行伸縮運動，調(diào)整電位探針的位置，使電位探針位于法拉第籠籠體中心，以獲得法拉第籠籠體中電位最大值。
[0012]所述電位測量模塊包括屏蔽盒、信號調(diào)理電路、濾波電路、信號隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電路、顯示電路和通信電路；
[0013]所述信號調(diào)理電路、濾波電路、信號隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電路和通信電路均位于屏蔽盒內(nèi)部；
[0014]電位探針測量的空間電位經(jīng)由信號傳輸屏蔽線輸入信號調(diào)理電路，依次通過信號調(diào)理電路、濾波電路、信號隔離電路進行調(diào)理、濾波、隔離處理后，由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，控制電路對數(shù)字信號進行處理后得到空間電荷密度，并將空間電荷密度發(fā)送至顯示電路進行顯示，同時通過通信電路將空間電荷密度傳送至遠程上位機。
[0015]電位探針測量的空間電位用U。表示，空間電荷密度用P表示，則有:
[0016]p = kU0 (1)
[0017]其中，k為法拉第籠籠體的形狀比例系數(shù)。
[0018]所述所述法拉第籠籠體底部設有連接孔，信號傳輸屏蔽線穿過連接孔連接電位測量模塊。
[0019]所述底座設有安裝孔，所述測量裝置通過安裝孔固定在垂直支撐桿上，所述垂直支撐桿可在豎直方向上進行伸縮運動。
[0020]所述垂直支撐桿與水平面上的導軌垂直設置，通過垂直支撐桿在導軌上的水平移動帶動法拉第籠籠體的水平移動。
[0021]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0022]1)本發(fā)明基于法拉第籠方法，采用感應型電位探針測量籠體中心的空間電位，穩(wěn)定性尚、可靠性強；
[0023]2)本發(fā)明采用分壓電阻實現(xiàn)分壓處理方式，防止電位探針的電位過大影響處理電路穩(wěn)定運行；
[0024]3)本發(fā)明通過籠體中心的空間電位與空間電荷密度的關系，從而求取該空間的電荷密度，計算方法精度高；
[0025]4)電位探針可根據(jù)測量需求更換分壓電阻，通過改變信號傳輸屏蔽管長度調(diào)整電位探針的位置；
[0026]5)籠體可在空中移動，使測量更為靈活、方便；
[0027]6)測量裝置可實現(xiàn)結(jié)果實時顯示和數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，便于數(shù)據(jù)收集和處理；
[0028]7)本發(fā)明裝配簡便，能準確、可靠、穩(wěn)定地測量空間電荷密度，為直流輸電環(huán)境下空間電荷密度分析提供了有力的支持。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明實施例中圓柱體法拉第籠的結(jié)構示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明實施例中球體法拉第籠的結(jié)構示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明實施例中電位探針的結(jié)構示意圖；
[0032]圖中，1-法拉第籠籠體，2-電位探針，3-信號傳輸屏蔽管，4-屏蔽盒，5-底座，6-感應球殼，7-金屬球，8-分壓電阻。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0034]本發(fā)明提供一種基于法拉第籠法的空間電荷密度測量裝置，所述測量裝置包括法拉第籠籠體1、電位探針2、信號傳輸屏蔽線、信號傳輸屏蔽管3、電位測量模塊和底座5 ;
[0035]所述電位探針2位于法拉第籠籠體1的中心，所述信號傳輸屏