一种基于法拉第笼法的空间电荷密度测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量装置，具体涉及一种基于法拉第笼法的空间电荷密度测量装置。
【背景技术】
[0002]我国地域辽阔，经济发展和资源分布极不均衡。随着我国水电开发，西南地区将有大量的电力需要远距离输送到华中、华东和华南，而采用直流输电能够有效地节约线路走廊，有助于改善网络结构、减少输电瓶颈和实现大范围的资源优化配置，因此，建设直流输电工程是我国电力工业发展的必由之路。直流输电工程由换流站、输电线路和接地极组成，这三部分的电磁环境是直流输电工程设计、建设及运行中必须考虑的重大技术问题。
[0003]空间电荷密度是考核电磁环境的重要组成部分之一。原理是直流输电线路运行时，导线电晕产生的电荷会在空间扩散，因而空间中充满带电离子。再者，直流输电的地面合成电场由两部分电荷产生。直流输电线路导线上的电荷产生的电场称为标称电场，空间电荷及离子产生的电场称为离子流场，标称电场与离子流场叠加形成合成电场。在多数研究中，电场和离子水平被看成是相对不变的，但是由于天气的影响，风速、风向的变化，导致直流线路附近的电场强度、离子流密度和空间电荷分布不断变化，空中电荷的积累会产生对地的电位差，从而影响地面合成场强的大小。在导线电晕发展程度较为严重的情况下，空间电荷的影响显得尤为突出，地面合成电场的场强最大值可达标称场强的2到3倍。为了有效控制地面合成电场的大小，对空间电荷的测量不可或缺，但我国还不存在成熟的、可适用于直流输电环境的空间电荷密度测量仪器。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于法拉第笼法的空间电荷密度测量装置，采用感应型电位探针测量空间电位，通过法拉第笼笼体屏蔽外界电场的影响，获取笼体中的空间电位，进而得到空间电荷密度，本发明具有良好的稳定性，能较好的用于复杂多变的环境。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0006]本发明提供一种基于法拉第笼法的空间电荷密度测量装置，所述测量装置包括法拉第笼笼体、电位探针、信号传输屏蔽线、信号传输屏蔽管、电位测量模块和底座；
[0007]所述电位探针位于法拉第笼笼体的中心，所述信号传输屏蔽线位于信号传输屏蔽管内部，所述信号传输屏蔽管支撑于法拉第笼笼体底部与电位探针之间，电位测量模块置于法拉第笼笼体下方且与底座相连。
[0008]所述法拉第笼笼体为网格状结构，其形状为圆柱体或球体，用于屏蔽外界电场。
[0009]所述电位探针包括感应球壳、金属球和分压电阻；
[0010]所述金属球位于感应球壳的中心，所述分压电阻位于信号传输屏蔽线上，信号传输屏蔽线一端连接金属球，另一端连接电位测量模块。
[0011]所述信号传输屏蔽管可在竖直方向上进行伸缩运动，调整电位探针的位置，使电位探针位于法拉第笼笼体中心，以获得法拉第笼笼体中电位最大值。
[0012]所述电位测量模块包括屏蔽盒、信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路、A/D转换电路、控制电路、显示电路和通信电路；
[0013]所述信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路、A/D转换电路、控制电路和通信电路均位于屏蔽盒内部；
[0014]电位探针测量的空间电位经由信号传输屏蔽线输入信号调理电路，依次通过信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路进行调理、滤波、隔离处理后，由A/D转换电路转换为数字信号，控制电路对数字信号进行处理后得到空间电荷密度，并将空间电荷密度发送至显示电路进行显示，同时通过通信电路将空间电荷密度传送至远程上位机。
[0015]电位探针测量的空间电位用U。表示，空间电荷密度用P表示，则有:
[0016]p = kU0 (1)
[0017]其中，k为法拉第笼笼体的形状比例系数。
[0018]所述所述法拉第笼笼体底部设有连接孔，信号传输屏蔽线穿过连接孔连接电位测量模块。
[0019]所述底座设有安装孔，所述测量装置通过安装孔固定在垂直支撑杆上，所述垂直支撑杆可在竖直方向上进行伸缩运动。
[0020]所述垂直支撑杆与水平面上的导轨垂直设置，通过垂直支撑杆在导轨上的水平移动带动法拉第笼笼体的水平移动。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0022]1)本发明基于法拉第笼方法，采用感应型电位探针测量笼体中心的空间电位，稳定性尚、可靠性强；
[0023]2)本发明采用分压电阻实现分压处理方式，防止电位探针的电位过大影响处理电路稳定运行；
[0024]3)本发明通过笼体中心的空间电位与空间电荷密度的关系，从而求取该空间的电荷密度，计算方法精度高；
[0025]4)电位探针可根据测量需求更换分压电阻，通过改变信号传输屏蔽管长度调整电位探针的位置；
[0026]5)笼体可在空中移动，使测量更为灵活、方便；
[0027]6)测量装置可实现结果实时显示和数据稳定传输，便于数据收集和处理；
[0028]7)本发明装配简便，能准确、可靠、稳定地测量空间电荷密度，为直流输电环境下空间电荷密度分析提供了有力的支持。
【附图说明】
[0029]图1是本发明实施例中圆柱体法拉第笼的结构示意图；
[0030]图2是本发明实施例中球体法拉第笼的结构示意图；
[0031]图3是本发明实施例中电位探针的结构示意图；
[0032]图中，1-法拉第笼笼体，2-电位探针，3-信号传输屏蔽管，4-屏蔽盒，5-底座，6-感应球壳，7-金属球，8-分压电阻。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0034]本发明提供一种基于法拉第笼法的空间电荷密度测量装置，所述测量装置包括法拉第笼笼体1、电位探针2、信号传输屏蔽线、信号传输屏蔽管3、电位测量模块和底座5 ;
[0035]所述电位探针2位于法拉第笼笼体1的中心，所述信号传输屏