CN102608394B - 一种线路电晕电流测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高压气体放电测量技术领域中的一种线路电晕电流测量系统及方法。本发明包括净化电源、升压变压器、第一保护电阻、第二保护电阻、采样电阻、第一阻容分压器、第二阻容分压器、高压直流发生器、示波器、光电转换器、电光转换器、光纤、电晕电流测量装置和计算机。本发明实现了交直流电压比例可调的复合电压作用下电晕电流的测量，并为交直流线路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

一种线路电晕电流测量系统及方法

技术领域

本发明属于高压气体放电测量技术领域，尤其涉及一种线路电晕电流测量系统及方法。

背景技术

由于直流输电线路具有经济性好、可控性强等优点，目前以交流输电线路为主的输电网络中正在越来越多的新建直流输电线路。由于我国目前土地资源已经开始紧张，获得新的输电走廊将付出较大代价。因此，将直流线路架设在现有的交流输电线路走廊中或者和交流线路同塔架设将极大的节省新建线路投资。然而，交直流线路临近架设时，交流线路的表面电场将存在直流偏置，直流线路表面场强将存在交流纹波，从而导致交直流输电线路的电晕放电不再是单纯的交流或者直流电晕放电。这种在交直流复合电压作用下的电晕放电所产生的电晕损失，地面电场倍增、无线电干扰等效应也将不同于单纯的交流或者直流电晕放电。

交直流复合电压作用下的电晕放电兼具了交流电晕和直流电晕放电的特点，其所产生的空间电荷将充满整个极间区域并且空间电荷的分布是时变的。为了在输电线路的设计阶段就对交直流复合电压激励下的电晕放电活动所产生的电晕损失、地面电场等效应做出准确预测，必须首先建立正确的放电电极在电晕过程中的电荷注入模型。因为电晕电流中的运流电流部分是由于电极的电晕放电注入电荷的定向运动引起的，因此测量交直流复合电压作用下的电晕电流是建立电荷注入模型的基本依据，同时也是不同的电荷注入模型的重要评价手段。然而，由于技术实现的复杂性，至今都没有一种可以用于进行交直流复合电压作用下的电晕电流的定量测量装置和方法。

发明内容

针对上述背景技术中提到的现有技术中，没有测量交直流复合电压作用下的电晕电流的定量测量装置和方法等不足，本发明提出了一种线路电晕电流测量系统及方法。

本发明的技术方案是，一种线路电晕电流测量系统，其特征是该装置包括净化电源、升压变压器、第一保护电阻、第二保护电阻、采样电阻、第一阻容分压器、第二阻容分压器、高压直流发生器、示波器、光电转换器、电光转换器、光纤、电晕电流测量装置和计算机；

所述电晕电流测量装置包括不锈钢导线、卡盘、支柱绝缘子、圆柱形电晕笼测量段、第一圆柱形电晕笼屏蔽段、第二圆柱形电晕笼屏蔽段、环氧树脂支撑板、钢架底座、第一胶皮垫圈、第二胶皮垫圈和绝缘螺丝；

所述净化电源的一端接市电，净化电源的另一端接升压变压器；升压变压器分别与第一保护电阻和地连接；第一保护电阻分别与第一阻容分压器和不锈钢导线连接；第一阻容分压器接地；第一胶皮垫圈位于第一圆柱形电晕笼屏蔽段和圆柱形电晕笼测量段之间，并通过绝缘螺丝使第一圆柱形电晕笼屏蔽段和圆柱形电晕笼测量段固定；第二胶皮垫圈位于第二圆柱形电晕笼屏蔽段和圆柱形电晕笼测量段之间，并通过绝缘螺丝使第二圆柱形电晕笼屏蔽段和圆柱形电晕笼测量段固定；圆柱形电晕笼测量段置于环氧树脂支撑板之上；环氧树脂支撑板置于钢架底座之上； 不锈钢导线贯穿于圆柱形电晕笼测量段、第一圆柱形电晕笼屏蔽段和第二圆柱形电晕笼屏蔽段；不锈钢导线的两端分别有一个卡盘，卡盘与支柱绝缘子连接；支柱绝缘子接地；圆柱形电晕笼测量段和采样电阻连接；采样电阻分别与第一圆柱形电晕笼屏蔽段、第二圆柱形电晕笼屏蔽段、第二阻容分压器和第二保护电阻连接；第二阻容分压器接地；第二保护电阻和高压直流发生器连接；高压直流发生器接地；采样电阻的两端分别与示波器连接；示波器和光电转换器连接；光电转换器通过光纤和电光转换器连接；电光转换器和计算机连接。

所述圆柱形电晕笼测量段的长度为1米。

所述第一圆柱形电晕笼屏蔽段或第二圆柱形电晕笼屏蔽段的长度为0.25米。

一种线路电晕电流测量方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：调节升压变压器和高压直流发生器的输出电压，直到第一阻容分压器和第二阻容分压器所测得的不锈钢导线与圆柱形电晕笼测量段、第一圆柱形电晕笼屏蔽段和第二圆柱形电晕笼屏蔽段之间的交直流复合电压达到设定值为止；

步骤2：当不锈钢导线电晕放电稳定后，通过计算机控制示波器对采样电阻进行电压数据采集并存储数据；

步骤3：通过数值滤波将采样电阻上的电压中的高频分量滤除，之后将采样电阻上的电压除以采样电阻的阻值，得到电晕电流波形。

本发明的效果在于，具体介绍一种交直流复合高电压作用下的电晕电流测量方法与装置，在测量方法中采用在导线和电晕笼上分别施加交流电压和直流电压的方法，在电极间施加交直流复合电压，且该复合电压中的交流和直流电压比例可按需要进行调节。该测量方法与装置可对各类不同的导线结构在交直流复合电压作用下电晕电流的特性进行比较，从而揭示了此类非常规电压作用下的电晕放电中空间电荷随时间变化的规律。本发明将为交直流同走廊或者同塔假设线路的电晕放电测试基础，并可为交直流线路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

图 1为本发明的总体布局图；

图2为高压直流发生器与圆柱形电晕笼测量段、第一圆柱形电晕笼屏蔽段和第二圆柱形电晕笼屏蔽段的连接图；

图3为交直流复合电压中线路电晕电流测量结果；图3（a）是交直流复合电压中交流成分（46kV）大于直流成分时的线路电晕电流测量结果；图3（b）是交直流复合电压中直流成分（-70kV）大于交流成分时的线路电晕电流测量结果。

具体实施方式

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。

实施例1

本发明提出一种交直流复合高电压作用下的线路电晕电流测量方法及装置，图1是本发明的总体布局图，包括净化电源、升压变压器、第一保护电阻、第二保护电阻、采样电阻、第一阻容分压器、第二阻容分压器、高压直流发生器、示波器、光电转换器、电光转换器、光纤、电晕电流测量装置和计算机；电晕电流测量装置包括不锈钢导线6、卡盘7、支柱绝缘子8、圆柱形电晕笼测量段1、第一圆柱形电晕笼屏蔽段4、第二圆柱形电晕笼屏蔽段5、环氧树脂支撑板9、钢架底座10、第一胶皮垫圈2、第二胶皮垫圈3和绝缘螺丝；净化电源的一端接市电，净化电源的另一端接升压变压器；升压变压器分别与第一保护电阻和地连接；第一保护电阻分别与第一阻容分压器和不锈钢导线6连接；第一阻容分压器接地；第一胶皮垫圈2位于第一圆柱形电晕笼屏蔽段4和圆柱形电晕笼测量段1之间，并通过绝缘螺丝使第一圆柱形电晕笼屏蔽段4和圆柱形电晕笼测量段1固定；第二胶皮垫圈3位于第二圆柱形电晕笼屏蔽段5和圆柱形电晕笼测量段1之间，并通过绝缘螺丝使第二圆柱形电晕笼屏蔽段5和圆柱形电晕笼测量段1固定；圆柱形电晕笼测量段1置于环氧树脂支撑板9之上；环氧树脂支撑板9置于钢架底座10之上； 不锈钢导线6贯穿于圆柱形电晕笼测量段1、第一圆柱形电晕笼屏蔽段4和第二圆柱形电晕笼屏蔽段5；不锈钢导线6的两端分别有一个卡盘7，卡盘7与支柱绝缘子8连接；支柱绝缘子8接地；圆柱形电晕笼测量段1和采样电阻连接；采样电阻分别与第一圆柱形电晕笼屏蔽段4、第二圆柱形电晕笼屏蔽段5、第二阻容分压器和第二保护电阻连接；第二阻容分压器接地；第二保护电阻和高压直流发生器连接；高压直流发生器接地；采样电阻的两端分别与示波器连接；示波器和光电转换器连接；光电转换器通过光纤和电光转换器连接；电光转换器和计算机连接。

交流高电压发生与测量子系统由净化电源、升压变压器、分压器和保护电阻组成，其中净化电源用于将市电中的谐波分量滤除，升压变压器用于产生交流高电压，保护电阻用于抑制意外击穿时产生的大电流，分压器用于测量施加到导线上的交流电压的大小；由直流高压发生器、保护电阻和分压器构成直流高压发生与测量子系统，其作用与交流子系统中的各部件类似；由采样电阻、示波器、光纤信号传输装置和计算机构成电晕电流测量子系统，其中采样电阻将电流信号转换为示波器可以测量的电压信号，光纤信号传输装置用于将高电位区的示波器和处于低电位区的计算机连接起来。电晕笼及其支架的结构图，电晕笼分为处于中间的1米长的圆柱形电晕笼测量段1和处于两端的两个0.25米长的第一圆柱形电晕笼屏蔽段4和第二圆柱形电晕笼屏蔽段5构成，圆柱形电晕笼测量段1、第一圆柱形电晕笼屏蔽段4和第二圆柱形电晕笼屏蔽段5之间采用第一胶皮垫圈2和第二胶皮垫圈3进行电气绝缘，并且通过带有绝缘套的绝缘螺丝连接在一起，整个电晕笼结构与钢架底座10通过两块环氧树脂支撑板9隔开，环氧树脂支撑板9通过绝缘螺丝与金属底座进行连接。

图2所示为电晕笼各段与高压直流发生器高压输出端的连接关系图，其中第一圆柱形电晕笼屏蔽段4和第二圆柱形电晕笼屏蔽段5与直流高压发生器高压输出端直接相连，圆柱形电晕笼测量段1与高压直流发生器高压输出端之间接有采样电阻，这一连接方法可以保证第一圆柱形电晕笼屏蔽段4和第二圆柱形电晕笼屏蔽段5所截获到的电晕电流不被计入测量结果之中。 

本发明方法具体为：

步骤1：调节升压变压器和高压直流发生器的输出电压，直到第一阻容分压器和第二阻容分压器所测得的不锈钢导线6与圆柱形电晕笼测量段1、第一圆柱形电晕笼屏蔽段4和第二圆柱形电晕笼屏蔽段5之间的交直流复合电压达到设定值为止；

步骤2：当不锈钢导线6电晕放电稳定后，通过计算机控制示波器对采样电阻进行电压数据采集并存储数据；

步骤3：通过数值滤波将采样电阻上的电压中的高频分量滤除，之后将采样电阻上的电压除以采样电阻的阻值，得到电晕电流波形。

图3中所示为测量得到的典型交直流复合高电压作用下的线路电晕电流波形图，其中图3（a）测量中所使用的导线直径为8mm，交流电压有效值始终维持在50kV不变，由该图可知各种不同的直流电压作用下的电晕电流波形大部分区域较为相似（对应非起晕区域），但在起晕区域存在电流的凸起部分，且凸起的程度虽所施加的直流电压的增加而增加。图3（b）测量中所使用的导线为3分裂结构，子导线间距离为1.5cm，子导线直径为4mm，测量中直流电压维持在60kV。由于存在容性的感应电流，图中各不同交流电压下的曲线在非起晕区即差别较大，在起晕区的凸起部分的峰值则虽所施加的交流电压增加而增加。

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 (4)

1.一种线路电晕电流测量系统，其特征是该系统包括净化电源、升压变压器、第一保护电阻、第二保护电阻、采样电阻、第一阻容分压器、第二阻容分压器、高压直流发生器、示波器、光电转换器、电光转换器、光纤、电晕电流测量装置和计算机；

所述电晕电流测量装置包括不锈钢导线、卡盘、支柱绝缘子、圆柱形电晕笼测量段、第一圆柱形电晕笼屏蔽段、第二圆柱形电晕笼屏蔽段、环氧树脂支撑板、钢架底座、第一胶皮垫圈、第二胶皮垫圈和绝缘螺丝；

所述净化电源的一端接市电，净化电源的另一端接升压变压器；升压变压器分别与第一保护电阻和地连接；第一保护电阻分别与第一阻容分压器和不锈钢导线连接；第一阻容分压器接地；第一胶皮垫圈位于第一圆柱形电晕笼屏蔽段和圆柱形电晕笼测量段之间，并通过绝缘螺丝使第一圆柱形电晕笼屏蔽段和圆柱形电晕笼测量段固定；第二胶皮垫圈位于第二圆柱形电晕笼屏蔽段和圆柱形电晕笼测量段之间，并通过绝缘螺丝使第二圆柱形电晕笼屏蔽段和圆柱形电晕笼测量段固定；圆柱形电晕笼测量段置于环氧树脂支撑板之上；环氧树脂支撑板置于钢架底座之上；不锈钢导线贯穿于圆柱形电晕笼测量段、第一圆柱形电晕笼屏蔽段和第二圆柱形电晕笼屏蔽段；不锈钢导线两端分别有一个卡盘，每个卡盘分别连接一个支柱绝缘子；支柱绝缘子接地；圆柱形电晕笼测量段和采样电阻连接；采样电阻分别与第一圆柱形电晕笼屏蔽段、第二圆柱形电晕笼屏蔽段、第二阻容分压器和第二保护电阻连接；第二阻容分压器接地；第二保护电阻和高压直流发生器连接；高压直流发生器接地；采样电阻的两端分别与示波器连接；示波器和光电转换器连接；光电转换器通过光纤和电光转换器连接；电光转换器和计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种线路电晕电流测量系统，其特征是所述圆柱形电晕笼测量段的长度为1米。

3.根据权利要求1所述的一种线路电晕电流测量系统，其特征是所述第一圆柱形电晕笼屏蔽段或第二圆柱形电晕笼屏蔽段的长度为0.25米。

4.一种根据权利要求1所述系统的线路电晕电流测量方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：调节升压变压器和高压直流发生器的输出电压，直到不锈钢导线与圆柱形电晕笼测量段、第一圆柱形电晕笼屏蔽段、第二圆柱形电晕笼屏蔽段之间的交直流复合电压达到设定值为止，其中，不锈钢导线电压由第一阻容分压器所测得，圆柱形电晕笼测量段、第一圆柱形电晕笼屏蔽段、第二圆柱形电晕笼屏蔽段电压由第二阻容分压器所测得；

步骤2：当不锈钢导线电晕放电稳定后，通过计算机控制示波器对采样电阻进行电压数据采集并存储数据；

步骤3：通过数值滤波将采样电阻上的电压中的高频分量滤除，之后将采样电阻上的电压除以采样电阻的阻值，得到电晕电流波形。

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