CN103823098A - 一种预放电电流检测装置 - Google Patents

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李峰
杨秀
沈冬
倪靓荔
金胤豪
施会
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Shanghai University of Electric Power
Fengxian Power Supply Co of State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种预放电电流检测装置,10个同阻值无感电阻和放电管并联连接,一端直接接地,并联两个输出端通过同轴电缆接入示波器,其中10个无感电阻对称同轴成圆环竖直排列,放电管竖直放置在圆环中间。10个无感电阻采用同轴对称排列可使刚开始预放电电流均匀流过10个无感电阻,电流信号通过同轴电缆介入示波器,具有很好的通流能力和保真性。流注转变为主放电,大电流流过脉冲电流检测单元时,产生的瞬时过电压瞬间通过气体放电管排入接地,以免测量仪器及信号线受到过电压而损坏。脉冲电流检测单元结构简单较小,可放置气体放电压力容器内部,以免测量仪器及信号线受到冲击电流等产生的杂散磁场干扰。

Description

一种预放电电流检测装置
技术领域
本发明涉及一种电流检测装置,特别涉及一种预放电电流检测装置。
背景技术
据统计,整个电力系统事故最主要的是由于绝缘介质击穿导致的事故,而其中由于气体绝缘介质击穿导致的事故所占比重较高。而在学术上气体绝缘介质的放电过程既是一个比较古老的研究课题也是一个全新的研究课题。随着人们对放电过程的认识不断提高,对其研究也不断有新的发现。人工的气体放电现象很早就被发现,例如用毛皮摩擦产生电火花的现象,距今已有二千多年了。但是气体放电发展的过程却是经过很长时间才被人们逐步认识的。试验技术的发展以及理论的逐步完善,使我们逐步深入地了解这一过程。莱顿(Leiden)瓶起电器等的发明,对于产生电火花放电提供了很方便的工具。虽然1900年之前有许多试验,但是一直到1903年汤生才提出了气体击穿的理论。后来示波器的出现使放电理论又前进了一步。1939年雷特等在雾室研究的基础上建立了流注理论。对于放电过程作了根本性的补足。
在电力系统中,近几年来随着超/特高压输电的发展,长空气间隙的放电特性和机理引起人们越来越多的关注,而流注作为该放电过程中的一个重要初始阶段,在学术上一直以来都是一个研究热点。通过对流注的研究揭示气体放电早期的发展阶段中流注放电过程中的微观粒子变化情况,为抑制气体放电的发展提高气体间隙的击穿电压具有一定的理论指导意义。
随着电压等级升高输电线路导线上发生的电晕不但导致巨大的线路损耗和电能损失,而且还将会引起功率损失和无线电干扰等环境问题。目前对电晕放电机制的理解主要基于汤逊理论和流注理论,而汤逊理论主要针对的是低气压下,而不适用于大气压下的放电现象解释,在大气压下电晕放电机制的理解主要基于流注理论,故深入研究流注放电对揭示输电线路的电晕放电机制具有重要的理论意义。此外在低温等离子体应用领域,如在蚀刻、沉积、净化、表面改性,臭氧的产生等领域,流注的研究工作一直也是备受学者们的关注,也是一个研究难点,主要原因是流注放电过程形成的电离态物质远离热力学平衡、有时甚至不满足局部电场平衡。通常认为流注放电是一个典型的多尺度多场耦合的非线性动力学过程,之所以多尺度是因为在空间上流注过程涉及到从电子平均自由程、电子崩分布空间、单个流注分布空间、多流注分布空间等多个空间尺度;在时间上涉及到电子和其他粒子间的碰撞散射时间、电子崩向流注转化、流注向先导或电弧的转化时间等多个时间尺度。至于多场耦合更好理解,流注放电可近似一个低温等离子体过程,而低温等离子体过程基本上都是多场耦合的物理过程,如电场和流场耦合。流注放电的研究工作还有很长的路要走。因此,深入研究流注放电过程对丰富和发展流注理论具有重要的物理意义。
目前流注放电的研究分为两大类:一类是研究多流注放电过程;一类是研究单流注放电过程。前者是从宏观上研究流注的分叉、分叉通道间的相互间作用和流注向先导或电弧的转化等问题,这类问题的研究主要是以实验检测为主;后者是从宏观和微观相结合的角度研究单个流注放电的理论研究为主。目前流注放电的理论研究还不够成熟,在不同电极结构布置在不同波形电压作用下,流注放电需要进行大量试验,既要为实际应用提供一些数据,又要找到参数之间的关系。
因此,为了在不同电极结构、不同电压波形、不同气体下,试验研究流注放电特性,研制了测量预放电电流波形的预放电电流检测装置。 
发明内容
本发明是针对测量流注放电电流时,存在时间短、预放电电流幅值小难以测量,而且流注转变为主放电时,电流大而产生瞬时过电压对数字采集系统造成损坏的问题,提出了一种预放电电流检测装置,是一种既防过电压,又不受周边杂散磁场影响的流注预放电电流检测装置。
本发明的技术方案为:一种预放电电流检测装置,包括无感电阻、气体放电管和同轴电缆,10个同阻值无感电阻和气体放电管并联连接,一端直接接地,并联两个输出端通过同轴电缆接入示波器,其中10个无感电阻对称同轴成圆环竖直排列,气体放电管竖直放置在圆环中间,检测时,并联的无感电阻和气体放电管置于放电气体内腔中。所述10个同阻值无感电阻为500Ω无感电阻,并联后得到50Ω的检测阻抗。所述气体放电管可选一个或两个并联气体放电管,型号2R350TB-8。所述同轴电缆选用RG-58同轴电缆。
本发明的有益效果在于:本发明预放电电流检测装置,结构简单,检测不受周边杂散磁场影响,抗干扰性强、准确度高、可靠性好。
附图说明
图1为本发明预放电电流检测装置结构示意图;
图2为本发明预放电电流检测装置电路图;
图3为本发明气体放电试验平台原理图;
图4为本发明SF6/N2气体的放电电压、预放电电流、光信号波形图;
图5为本发明N2气体的放电电压、预放电电流、光信号波形图。
具体实施方式
如图1所示预放电电流检测装置结构示意图,包括无感电阻1、气体放电管2和同轴电缆,10个无感电阻1对称同轴成圆环竖直排列,气体放电管2竖直放置在圆环中间,电阻和气体放电管用电线3连接;如图2所示预放电电流检测装置电路图,10个电阻和2个气体放电管均并联,一端接地,并联的两根输出线通过同轴电缆接入示波器。
10个无感电阻的排列都是采用同轴的结构,这种结构具有很好的对称性,而且刚开始预放电电流均匀流过10个无感电阻,电流信号通过同轴电缆介入示波器,具有很好的通流能力和保真性。流注转变为主放电,大电流流过预放电电流检测装置时,产生的瞬时过电压瞬间通过对称并联的两个气体放电管排入接地,以免测量仪器及信号线受到过电压而损坏。预放电电流检测装置结构简单较小,可放置气体放电压力容器内部,以免测量仪器及信号线受到冲击电流等产生的杂散磁场的干扰。
冲击电压的作用下气体预放电电流测试用检测装置要解决的主要问题, 一是检测装置的通流能力, 二是要尽量减小检测装置的电感。为获取预放电电流产生的电流脉冲信号,设计了可拆卸式预放电电流检测装置,它能将预放电电流脉冲转化为电压脉冲,然后利用示波器对其进行检测。考虑到预放电脉冲电流大小为μA~mA 级,为使检测信号不发生畸变以利于分析研究,检测单元设计为50Ω的检测阻抗, 为提高使用寿命及尽量减小检测阻抗电感效应,用10个500Ω无感电阻并联的方式,其结构设计为同轴连接方式。在检测脉冲预放电电流时,串接与放电回路中测量电流脉冲信号,并预放电电流检测装置的一侧直接接地。为避免检测预放电电流信号时电极间隙发生击穿导致检测阻抗上产生的瞬时过电压对数字采集系统造成损坏,在检测单元内部并联了两只大容量气体放电管电路,保护示波器或者数字采集系统。选用两个气体放电管,是保证在一个气体放电管被损坏后,另一个也同样起保护作用。当测量电流信号时,预放电电流检测装置将预放电电流脉冲转换成电压脉冲,通过高频同轴电缆接入数字高速采样系统,即宽频高速超大容量数字存储示波器。气体放电管选型号2R350TB-8。同轴电缆选用RG-58同轴电缆。
为了初步测试研制的预放电电流检测装置的性能,建立相关的绝缘气体流注放电试验研究平台,如图3。为避免外电场的干扰和调控气压,试制最高气压为0.7MPa的压力容器,模拟金属突出物缺陷采用针-板电极,在针-板间隙上进行气体放电试验,测试预放电电流检测装置的性能和可靠性。电流检测装置的安装位置,如图3所示。
便于测量放电数据和观测放电信号,试验电压由400kV/20kJ冲击发生器产生,产生的雷电波在GB/T16927.1和IEC60060.1标准规定的误差范围内,试验所采用的雷电冲击电压波的波前时间/波尾时间为1.2/50us。由于流注过程发展快速,较难直接观测,因此同时测量冲击电压波形和预放电电流波形来判断判断流注发展过程及发展速度。利用分压器测量冲击电压、用研制的电流检测装置实测预放电电流。为了检验预放电电流检测装置的性能,同时采用光电倍增管观测间隙流注放电过程的光信号,进行比较分析。冲击电压、预放电电流、光信号经数字存储示波器来记录及显示。测得的波形,如图3所示。
图4为气压为0.1MPa的SF6/N2气体的放电特性波形图,图中可以看出本次研制的预放电电流检测装置准确、可靠的测量出三代电子崩之后转为流注的过程,并且通过光电倍增管观测的光信号和预放电电流检测装置测量的电流波形完全一致。图5图为气压为0.2MPa的N2气体的放电特性波形图,图中也同样可以看出本次研制的预放电电流检测装置测出两代电子崩之后转为流注,并且通过光电倍增管观测的光信号和预放电电流检测装置测量的电流波形完全一致。说明此预放电电流检测装置可以准确地测得气体流注预放电电流的波形。
为了测试预放电电流检测装置的寿命,在不同气体下放电累计测得5000次预放电电流波形仍然测得可靠准确的预放电电流波形。从以上数据可以看出,用此预放电电流检测装置测得的预放电电流波形准确度高、可靠性好。

Claims (4)

1.一种预放电电流检测装置,其特征在于,包括无感电阻、气体放电管和同轴电缆,10个同阻值无感电阻和气体放电管并联连接,一端直接接地,并联两个输出端通过同轴电缆接入示波器,其中10个无感电阻对称同轴成圆环竖直排列,气体放电管竖直放置在圆环中间,检测时,并联的无感电阻和气体放电管置于放电气体内腔中。
2.根据权利要求1所述预放电电流检测装置,其特征在于,所述10个同阻值无感电阻为500Ω无感电阻,并联后得到50Ω的检测阻抗。
3.根据权利要求2所述预放电电流检测装置,其特征在于,所述气体放电管可选一个或两个并联气体放电管,型号2R350TB-8。
4.根据权利要求3所述预放电电流检测装置,其特征在于,所述同轴电缆选用RG-58同轴电缆。
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