CN103267916A

CN103267916A - 用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统

Info

Publication number: CN103267916A
Application number: CN201310187535XA
Authority: CN
Inventors: 刘云鹏; 律方成; 朱雷
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2013-08-28

Abstract

一种用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，它包括风沙模拟系统和起晕特性测量系统，所述起晕特性测量系统包括可移动电晕笼、串联谐振变压器、电容分压器、采样电阻、A/D与电光转换器、光电与D/A转换器和工控机；所述电晕笼接地并位于风沙模拟系统的风沙出口端；所述串联谐振变压器的输出电压经采样电阻与电晕笼内的试验导线连接并经电容分压器分压后接工控机的电压采样端口，所述采样电阻两端的输出信号依次经A/D与电光转换器、光纤、光电与D/A转换器接工控机的电流采样端口。本发明可以保证测量数据的准确性，能够为高海拔沙尘天气频发区输电线路导线的设计和优化提供可靠的参考信息。

Description

用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统

技术领域

本发明涉及一种可在高海拔风沙环境下准确测量750kV输电线路导线起晕电压（场强）的装置，属测量技术领域。

背景技术

当输电线路导线周围的电场强度超过空气的击穿场强时，导线附近的空气就会产生电离，形成电晕放电。因电晕放电产生的带电离子在交变电压的作用下在导线周围往返运动，形成电晕电流，同时，伴随着空气的电离还会产生光和无线电干扰。电晕放电造成的电晕损失、无线电干扰等电晕效应，会影响线路的安全经济运行，这种影响对于特高压输电线路尤为突出。

以我国为例，西北电网750kV输电线路不仅电压等级高，而且经常面临沙尘天气，这在很大程度上影响着输电线路导线的电晕特性，使750kV输电线路导线的电晕特性变得更加恶劣。因此，准确测量750kV输电线路在高海拔和风沙环境下的起晕电压（场强）对正确选择导线截面，保证线路的安全经济运行具有重要意义。目前，测量导线的起晕电压方法有很多，判定起晕电压（场强）的方法有很多，如紫外成像法，电晕电流脉冲法、电流3次谐波法、电流系数法、U-I（E-I）曲线拟合法，等等，在这些方法中，切线法由于简单方便，在工程中得到了大量应用。

发明内容

本发明的目的在于针对沙尘区域750kV线路导线在沙尘条件下起晕特性的判别问题，提供一种可在高海拔风沙环境下准确测量输电线路导线起晕特性的装置。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，构成中包括风沙模拟系统和起晕特性测量系统，所述起晕特性测量系统包括可移动电晕笼、串联谐振变压器、电容分压器、采样电阻、A/D与电光转换器、光纤、光电与D/A转换器和工控机；所述电晕笼接地并位于风沙模拟系统的风沙出口端；所述串联谐振变压器的输出电压经采样电阻与电晕笼内的试验导线连接并经电容分压器分压后接工控机的电压采样端口，所述采样电阻两端的输出信号依次经A/D与电光转换器、光纤、光电与D/A转换器接工控机的电流采样端口；

测量导线起晕电压（场强，下同）的步骤如下：

a. 在选定的海拔高度或环境气候试验室内利用风沙模拟系统调节电晕笼内的风速和沙尘浓度，使之稳定于设定值；

b.调节串联谐振变压器的输出电压，工控机通过电容分压器和采样电阻测量试验导线上的电压U和电晕电流I，并生成U-I(E-I)曲线，E为场强；

c.在U-I(E-I)曲线上，分别对起晕前后曲线作切线，两条切线的交点即为导线在在试验条件下的起晕电压。

上述用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，所述风沙模拟系统包括风机、Z型风道、螺旋给料器和两个变频电源，所述风机固定在Z型风道下水平段的入口处；所述螺旋给料器的出沙口接Z型风道上水平段中部的进沙口；两个变频电源分别给风机和螺旋给料器供电。

上述用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，所述螺旋给料器包括筒状外壳、驱动电机、储沙仓、螺旋轴以及出沙口，所述筒状外壳水平放置，其一端上部的进沙口与储沙仓相通，另一端的下部设置有出沙口，所述螺旋轴同轴套装在筒状外壳内，其两端通过轴承与筒状外壳连接，所述驱动电机固定在筒状外壳一端，其输出轴与螺旋轴对接。

上述用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，在Z型风道上还设置有两个导流器，二者分别安装在Z型风道上水平段的两端。

上述用于高海拔风沙环境的导线电晕特性测量系统，所述风沙模拟系统的螺旋给料器还设置有卷扬上料器。

上述用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，所述采样电阻和A/D与电光转换器安装在法拉第笼内。

上述用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，所述电晕笼的外部套有屏蔽笼。

本发明通过测量输电线路导线在高海拔风沙条件下的电晕电流的基础上得到导线的起晕电压，测量过程由工控机自动完成，能够为输电线路导线的设计和优化提供可靠的参考信息。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是风沙模拟系统的结构示意图；

图2是螺旋给料器的结构示意图；

图3是导流器的结构示意图；

图4是起晕特性测量系统的结构图；

图5是海拔19m不同沙尘浓度阻性电流测量曲线图；

图6是切线法判断起晕的原理图。

图中各标号清单为：1-1、风机；1-2、风道；1-3、导流器；1-4、螺旋给料器；1-5、楼梯；1-6、卷扬上料器；1-7、支撑架构；1-8、底座；1-9、变频电源；1-10、给料平台；2-1、驱动电机；2-2、储沙仓；2-3、螺旋轴；2-4、出沙口；2-5、筒状外壳；3-1、开度控制柄，3-2、导流器叶片；4-1、电晕笼；4-2、串联谐振变压器；4-3、电容分压器；4-4、采样电阻；4-5、A/D与电光转换器；4-6、法拉第笼；4-7、光纤；4-8、光电与D/A转换器；4-9、工控机。

具体实施方式

参看图4，本发明主要包括可移动电晕笼4-1，串联谐振变压器4-2，电容分压器4-3，采样电阻4-4，A/D与电光转换器4-5，法拉第笼4-6，光纤4-7，光电与D/A转换器4-8，工控机4-9；采样电阻4-4和A/D与电光转换器4-5电连接，电容分压器4-3和工控机4-9通过同轴电缆电连接，光电与D/A转换器和A/D与电光转换器通过光纤4-7连接。

电晕笼4-1是用于测试导线电晕特性的常用装置，它是一个套在实验导线外部的网状金属笼，截面圆形或方形，笼壁通过测量用小电阻接地。由于笼壁与导线的距离较近，即使在导线上施加较低的电压，也能够在导线表面产生很高的场强，因此利用电晕笼可以模拟高电压等级导线的电晕特性。

串联谐振变压器4-2为试验电源，高压电容分压器4-3用于测量电压信号，采样电阻4-4串入试验导线，结合光纤传输系统的高绝缘性、抗电磁干扰等优点，在高压端提取电流信号，经A/D与电光转换器4-5转化为数字光信号，经光纤4-7传送到低压端由光电与D/A转换器4-8解调恢复成和待测电流成比例的弱电信号，并获得电流幅值和相位信息。电压电流信号由工控机4-9内的数据采集卡同步采集，为了保证测量工作的稳定进行，工控机4-9由UPS不间断电源供电。

参看图1，风沙模拟系统括风机1-1、风道1-2、导流器1-3、螺旋给料器1-4、楼梯1-5、卷扬上料器1-6、支撑架构1-7、底座1-8和变频电源1-9，风机1-1通过螺栓固定在风道1-2的入口，两个导流器1-3分别安装在上水平段的入口和出口处；螺旋给料器1-4通过螺栓固定在给料平台上，并通过钢管与风道1-2焊接，沙尘通过此处注入风道；风机1-1和螺旋给料器1-4通过电缆和变频电源1-9电连接。风机1-1为轴流风机，单台风机参数为：额定风量65000m³/h、额定全压4000Pa、转速970r/min、电机功率11kW、电流25.6A、电压380V、重量118kg。试验中风机的转速可以通过变频电源调节。为了减少风沙模拟系统的占地面积，风道采用Z型结构，同时为了保证试验风速，风机采用双台并行，并在上侧直风道的出口和入口加装导流器，保证沙粒在管道内充分扩散。试验中风速可以通过变频电源在5-16m/s的范围内连续可调。

风沙模拟系统具体操作方法：通过卷扬上料器1-6将筛分好的一定颗粒度的沙尘提升到上料平台1-10，并倒入螺旋给料器1-6的储沙仓2-2，启动风机，并在导线周围测量风速，调整变频电源1-9，直到风速达到所要求的强度，并记录此时的风机的频率；启动螺旋给料器1-6，并在导线周围测量沙尘浓度，直到沙尘浓度达到试验要求的值，并记录此时螺旋给料器的对应的频率值。然后调整导流器的开度，测量沙尘的扩散范围，直到沙尘在长度方向可以覆盖电晕笼测量段的导线，在高度方向可以覆盖2m（电晕放电产生离子运动范围），完成风沙模拟系统调整。

参看图2，螺旋给料器包括：驱动电机2-1、储沙仓2-2、螺旋轴2-3、出沙口2-4以及筒状外壳2-5。其优点是加工方便，采用变频电源可精确控制给沙率，从而达到精确控制沙尘浓度的目的。

参看图3，导流器1-3选用轴向导流器，包括：开度控制柄3-1和导流叶片3-2，导流叶片3-2呈扇形。

起晕特性的判定方法如图6所示，在起晕前导线电晕阻性电流很小接近于0，起晕后突然增大，U-I(E-I)曲线斜率突然增大点可近似为电晕起始电压点。工程上可考虑采用切线法，求起晕电压的拐点，即分别对U-I(E-I)曲线起晕前后做切线，两条切线的交点即为起始电晕点。

Claims

1.一种用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，其特征是，它包括风沙模拟系统和起晕特性测量系统，所述起晕特性测量系统包括可移动电晕笼（4-1）、串联谐振变压器（4-2）、电容分压器（4-3）、采样电阻（4-4）、A/D与电光转换器（4-5）、光纤（4-7）、光电与D/A转换器（4-8）和工控机（4-9）；所述电晕笼（4-1）接地并位于风沙模拟系统的风沙出口端；所述串联谐振变压器（4-2）的输出电压经采样电阻（4-4）与电晕笼（4-1）内的试验导线连接并经电容分压器（4-3）分压后接工控机（4-9）的电压采样端口，所述采样电阻（4-4）两端的输出信号依次经A/D与电光转换器（4-5）、光纤（4-7）、光电与D/A转换器（4-8）接工控机（4-9）的电流采样端口；

测量导线起晕电压的步骤如下：

a. 在选定的海拔高度或环境气候试验室内利用风沙模拟系统调节电晕笼（4-1）内的风速和沙尘浓度，使之稳定于设定值；

b.调节串联谐振变压器（4-2）的输出电压，工控机（4-9）通过电容分压器（4-3）和采样电阻（4-4）测量试验导线上的电压U和电晕电流I，并生成U-I（E-I）曲线；

c.在U-I（E-I）曲线上分别对起晕前后曲线作切线，两条切线的交点即为导线在在试验条件下的起晕电压。

2.根据权利要求1所述的一种用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，其特征是，所述风沙模拟系统包括风机（1-1）、Z型风道（1-2）、螺旋给料器（1-4）和两个变频电源，所述风机（1-1）固定在Z型风道（1-2）下水平段的入口处；所述螺旋给料器（1-4）的出沙口接Z型风道（1-2）上水平段中部的进沙口；两个变频电源分别给风机（1-1）和螺旋给料器（1-4）供电。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，其特征是，所述螺旋给料器包括筒状外壳（2-5）、驱动电机（2-1）、储沙仓（2-2）、螺旋轴（2-3）以及出沙口（2-4），所述筒状外壳（2-5）水平放置，其一端上部的进沙口与储沙仓（2-2）相通，另一端的下部设置有出沙口（2-4），所述螺旋轴（2-3）同轴套装在筒状外壳（2-5）内，其两端通过轴承与筒状外壳（2-5）连接，所述驱动电机（2-1）固定在筒状外壳（2-5）一端，其输出轴与螺旋轴（2-3）对接。

4.根据权利要求3所述的一种用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，其特征是，在Z型风道（1-2）上还设置有两个导流器（1-3），二者分别安装在Z型风道（1-2）上水平段的两端。

5.根据权利要求4所述的一种用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，其特征是，所述风沙模拟系统的螺旋给料器（1-4）还设置有卷扬上料器（1-6）。

6.根据权利要求5所述的一种用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，其特征是，所述采样电阻（4-4）和A/D与电光转换器（4-5）安装在法拉第笼（4-6）内。

7.根据权利要求6所述的一种用于高海拔风沙环境的导线起晕特性测量系统，其特征是，所述电晕笼（4-1）的外部套有屏蔽笼。