CN102445639B - 一种分裂导线离子流空间分布测量方法及装置 - Google Patents

一种分裂导线离子流空间分布测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高压气体放电测量技术领域中的一种分裂导线离子流空间分布测量方法及装置。本发明的装置包括金属支架、圆柱形电晕笼、屏蔽电缆、信号采集卡、计算机、第一吊盘、第二吊盘、第一复合绝缘子、第二复合绝缘子、第一紧线器、第二紧线器、绝缘螺丝、威尔逊板、采样电阻和地线。本发明实现了对邻近分裂导线周围的离子流分布情况的测量,为分裂导线电晕放电的地面电场效应、电晕损失等的理论研究提供验证手段。

Description

一种分裂导线离子流空间分布测量方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于高压气体放电测量技术领域,尤其涉及一种分裂导线离子流空间分布测量方法及装置。
背景技术
[0002] 高压直流输电技术具有容量大、稳定性强、造价相对较低等优势,尤其适合于区域电网间的互联和远距离大容量电能输送。目前,为了解决资源所在地与负荷中心距离较远的现实问题,我国开始了大规模特高压直流输电线路的建设。为了线路的经济性,直流输电线路通常被设计在允许一定程度起晕的运行状态,因而产生了电晕问题。直流输电线路电晕会产生诸多效应,比如电晕产生的带电离子在直流场的作用下被推离导线,直至运动到地面附近,这就是离子流效应。电晕的离子流效应会产生多种问题,如当离子达到地面附近时,将使得地面附近的电场强度达到静电场时的2〜3倍,称为合成电场问题,此外,离子从导线运动到地面还会导致线路产生电能损失,称为电晕损失问题。因此,必须对直流线路电晕的离子流效应进行深入研究。
[0003] 由于分裂导线能够减弱电晕、减小电抗,多数高压直流输电线路均采用此类导线,如±800千伏直流输电线路所采用的为6分裂导线。对于分裂导线结构,由于其表面电场分布的不均匀性,导致其表面各点的离子流密度大小的关系难以确定,从而导致了分裂导线合成电场与电晕损失的预测较为困难。目前,对于分裂导线表面离子流密度的分布,存在着均匀分布、线性分布等假设,但由于缺乏邻近分裂导线的离子流分布测量结果,使得对各类假设无法做出评价。
发明内容
[0004] 针对上述背景技术中提到分裂导线表面电厂分布不均、离子流密度难以确定等不足,本发明提出了一种分裂导线离子流空间分布测量方法及装置。
[0005] 本发明的技术方案是,一种分裂导线离子流空间分布测量装置,其特征是该装置包括金属支架、圆柱形电晕笼、屏蔽电缆、信号采集卡、计算机、第一吊盘、第二吊盘、第一复合绝缘子、第二复合绝缘子、第一紧线器、第二紧线器、绝缘螺丝、威尔逊板、采样电阻和地线.[0006] 所述圆柱形电晕笼悬挂在金属支架的横梁的中间位置;圆柱形电晕笼的两侧分别为第一吊盘和第二吊盘;第一吊盘和第二吊盘通过分裂导线连接;第一吊盘和第一复合绝缘子连接;第一复合绝缘子和第一紧线器连接;第一紧线器固定在金属支架一侧的立柱上;第二吊盘和第二复合绝缘子连接;第二复合绝缘子和第二紧线器连接;第二紧线器固定在金属支架另一侧的立柱上;威尔逊板通过绝缘螺丝固定在圆柱形电晕笼的内壁上,并且威尔逊板和圆柱形电晕笼不接触;圆柱形电晕笼上对应于威尔逊板中间的位置设有屏蔽电缆通孔,屏蔽电缆的一端通过屏蔽电缆通孔置于圆柱形电晕笼和威尔逊板之间,屏蔽电缆此端的芯层和威尔逊板连接;屏蔽电缆此端的屏蔽层和圆柱形电晕笼连接;圆柱形电晕笼和地线连接;采样电阻的两端分别与威尔逊板和圆柱形电晕笼连接;屏蔽电缆的另一端和信号采集卡连接;信号采集卡和计算机连接。
[0007] 所述绝缘螺丝为环氧树脂螺丝。
[0008] 所述第一吊盘和第二吊盘之间悬挂的分裂导线为2根、3根、4根或6根。
[0009] 所述威尔逊板为24块。
[0010] 一种测量分裂导线离子流空间分布的方法,其特征是该方法包括以下步骤:
[0011] 步骤 1:分裂导线通电,威尔逊板截获分裂导线的离子流,通过采样电阻将离子流转化为电压信号;
[0012] 步骤2:所述电压信号经信号采集卡测量后,送入计算机中;
[0013] 步骤3:计算机通过电压信号、威尔逊板的面积和采样电阻的阻值计算出离子流的密度。
[0014] 所述离子流的密度的计算公式为:
[0015]
Figure CN102445639BD00041
[0016]其中:
[0017] I为离子流的密度;
[0018] U为电压信号的幅值;
[0019] S为威尔逊板的面积;
[0020] R为采样电阻的阻值。
[0021] 本发明的效果在于,具体介绍一种高压直流输电线路分裂导线周围离子流空间分布的测量方法与装置,在测量方法中采用圆形电晕笼和多块沿圆周分布的威尔逊板,首次实现了对邻近分裂导线周围的离子流分布情况的测量。该测量方法与装置可进行不同分裂数的分裂导线周围离子流分布情况的比较,从而揭示了各类表面场强分布不均匀电极的直流电晕放电特性。本发明将为高压直流输电线路中的分裂导线结构的优化提供了测试基础,并可为分裂导线电晕放电的地面电场效应、电晕损失等的理论研究提供验证手段。
附图说明
[0022] 图1为分裂导线周围离子流空间分布测量装置的总体结构图;
[0023] 图2为圆形电晕笼和威尔逊板的布置图;
[0024] 图3为威尔逊板、电晕笼壁、屏蔽电缆的连接方法示意图;
[0025] 图4为分裂导线周围离子流空间分布的测量结果;
[0026] 图4a为3根分裂导线测量结果;图4b为4根分裂导线的测量结果。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图,对优选实施例作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0028] 本发明的装置包括金属支架1、圆柱形电晕笼2、屏蔽电缆3、信号采集卡4、计算机
5、第一吊盘6、第二吊盘9、第一复合绝缘子7、第二复合绝缘子10、第一紧线器8、第二紧线器11、绝缘螺丝12、威尔逊板13、采样电阻14和地线15 ;[0029] 圆柱形电晕笼悬2挂在金属支架I的横梁的中间位置;圆柱形电晕笼2的两侧分别为第一吊盘6和第二吊盘9 ;第一吊盘6和第二吊盘9通过分裂导线连接;第一吊盘6和第一复合绝缘子7连接;第一复合绝缘子7和第一紧线器8连接;第一紧线器8固定在金属支架I 一侧的立柱上;第二吊盘9和第二复合绝缘子10连接;第二复合绝缘子10和第二紧线器11连接;第二紧线器11固定在金属支架I另一侧的立柱上;威尔逊板13通过绝缘螺丝12固定在圆柱形电晕笼2的内壁上,并且威尔逊板13和圆柱形电晕笼2不接触,以保持绝缘;圆柱形电晕笼2上对应于威尔逊板13中间的位置设有屏蔽电缆通孔,屏蔽电缆3的一端通过屏蔽电缆通孔置于圆柱形电晕笼2和威尔逊板13之间,屏蔽电缆3此端的芯层和威尔逊板13连接;屏蔽电缆3此端的屏蔽层和圆柱形电晕笼2连接;圆柱形电晕笼2和地线15连接;采样电阻14的两端分别与威尔逊板13和圆柱形电晕笼2连接;屏蔽电缆3的另一端和信号采集卡4连接;信号采集卡4和计算机5连接。
[0030] 圆柱形电晕笼2的长度大于威尔逊板13的长度,威尔逊板13置于圆柱形电晕笼2的中间区域,圆柱形电晕笼2两侧未布置威尔逊板13的区域则为威尔逊板13的测量提供屏蔽段,以使威尔逊板13上的离子流分布较为均匀;威尔逊板13所截获的离子流通过采样电阻14入地,从而将离子流信号转化为电压信号;
[0031] 第一吊盘6和第二吊盘9可悬挂单根、2根、3根、4根或6根分裂导线。圆柱形电晕笼2内壁均匀布置有24块威尔逊板13。
[0032] 实验开始时,将第一紧线器8和第二紧线器11放松,卸下第一吊盘6和第二吊盘9,设置所需的分裂导线的数目,然后将第一吊盘6和第二吊盘9吊起,收紧第一紧线器8和第二紧线器11。将直流高压发生器的高压输出端连接到分裂导线上,并将圆柱形电晕笼2与地线15相连,以使离子流通过圆柱形电晕笼2流入大地,而不致积累在圆柱形电晕笼壁上。将直流高压发生器调节到所需的电压等级,并测量此时每一块威尔逊板13所截获的离子流密度。
[0033] 本发明方法具体为:
[0034] 步骤1:分裂导线通电,威尔逊板截13获分裂导线的离子流,通过采样电阻14将离子流转化为电压信号;
[0035] 步骤2:电压信号经信号采集卡4测量后,送入计算机5中;
[0036] 步骤3:计算机5通过电压信号、威尔逊板13的面积和采样电阻14的阻值计算出离子流的密度。
[0037] 离子流的密度的计算公式为:
Γ U
[0038] I =-
S X R
[0039]其中:
[0040] I为离子流的密度;
[0041] U为电压信号的幅值;
[0042] S为威尔逊板13的面积
[0043] R为采样电阻14的阻值。
[0044] 图1是分裂导线周围离子流空间分布测量装置的总体结构图,金属支架I的两个立柱上装有紧线器,横梁上则悬挂有圆柱形电晕笼2。分裂导线的两端分别连接在可以调节分裂数和分裂距离的第一吊盘6和第二吊盘上9。
[0045] 图2所示为圆柱形电晕笼2和威尔逊板13安装方式的正面与侧面视图,在圆柱形电晕笼2的内壁上,24块威尔逊板13均匀排列,并通过环氧树脂材质的绝缘螺丝12与圆柱形电晕笼壁相连。圆柱形电晕笼2上对应于威尔逊板13中间的位置设有屏蔽电缆通孔,用于引出屏蔽电缆3。
[0046] 图3所示为屏蔽电缆3与采样电阻14的连接方式,采样电阻14连接在威尔逊板13与圆柱形电晕笼2之间,屏蔽电缆3芯层与威尔逊板13相连,而屏蔽层与圆柱形电晕笼2相连。屏蔽电缆3从威尔逊板13和圆柱形电晕笼2所形成的夹层中走线,在到达圆柱形电晕笼2的中部通孔时引出,这样的走线方法可以使屏蔽电缆3不暴露在威尔逊板13和分裂导线间的强电场之中,以减弱对信号的干扰。
[0047] 图4中所不为部分尚子流空间分布测量结果,其中,图4a为3根分裂导线在正90千伏电压下的离子流空间分布测量结果;图仙为4根分裂导线在负100千伏电压下的离子流空间分布测量结果。在图4中,离子流的极性为负极,但未在图中显示。从图4可见,分裂导线周围的离子流分布呈现明显的峰谷值次第分布,峰值区域对应子导线所在位置,而谷值区域则对应子导线间区域。离子流分布总体形状类似花瓣形,且花瓣数与分裂导线分裂数一致。
[0048] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种分裂导线离子流空间分布测量装置,其特征是该装置包括金属支架(I)、圆柱形电晕笼(2)、屏蔽电缆(3)、信号采集卡(4)、计算机(5)、第一吊盘(6)、第二吊盘(9)、第一复合绝缘子(7)、第二复合绝缘子(10)、第一紧线器(8)、第二紧线器(11)、绝缘螺丝(12)、威尔逊板(13)、采样电阻(14)和地线(15); 所述圆柱形电晕笼(2)悬挂在金属支架(I)的横梁的中间位置;圆柱形电晕笼(2)的两侧分别为第一吊盘(6)和第二吊盘(9);第一吊盘(6)和第二吊盘(9)通过分裂导线连接;第一吊盘(6)和第一复合绝缘子(7)连接;第一复合绝缘子(7)和第一紧线器(8)连接;第一紧线器(8)固定在金属支架(I) 一侧的立柱上;第二吊盘(9)和第二复合绝缘子(10)连接;第二复合绝缘子(10)和第二紧线器(11)连接;第二紧线器(11)固定在金属支架(I)另一侧的立柱上;威尔逊 板(13)通过绝缘螺丝(12)固定在圆柱形电晕笼(2)的内壁上,并且威尔逊板(13 )和圆柱形电晕笼(2 )不接触;圆柱形电晕笼(2 )上对应于威尔逊板(13 )中间的位置设有屏蔽电缆通孔,屏蔽电缆(3)的一端通过屏蔽电缆通孔置于圆柱形电晕笼(2)和威尔逊板(13)之间,屏蔽电缆(3)此端的芯层和威尔逊板(13)连接;屏蔽电缆(3)此端的屏蔽层和圆柱形电晕笼(2)连接;圆柱形电晕笼(2)和地线(15)连接;采样电阻(14)的两端分别与威尔逊板(13)和圆柱形电晕笼(2)连接;屏蔽电缆(3)的另一端和信号采集卡(4)连接;信号采集卡(4)和计算机(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种分裂导线离子流空间分布测量装置,其特征是所述绝缘螺丝(12)为环氧树脂螺丝。
3.根据权利要求1所述的一种分裂导线离子流空间分布测量装置,其特征是所述第一吊盘(6)和第二吊盘(9)之间悬挂的分裂导线为2根、3根、4根或6根。
4.根据权利要求1所述的一种分裂导线离子流空间分布测量装置,其特征是所述威尔逊板(13)为24块。
5.一种利用权利要求1所述的装置测量分裂导线离子流空间分布的方法,其特征是该方法包括以下步骤: 步骤1:分裂导线通电,威尔逊板(13)截获分裂导线的离子流,通过采样电阻(14)将离子流转化为电压信号; 步骤2:所述电压信号经信号采集卡(4)测量后,送入计算机(5)中; 步骤3:计算机(5)通过电压信号、威尔逊板(13)的面积和采样电阻(14)的阻值计算出离子流的密度。
6.根据权利要求5所述的测量分裂导线离子流空间分布的方法,其特征是所述离子流的密度的计算公式为: S X R 其中: I为离子流的密度; U为电压信号的幅值; S为威尔逊板(13)的面积; R为采样电阻(14)的阻值。
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