CN106054049A - 一种表面积污导线、可控的导线表面积污的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种表面积污导线、可控的导线表面积污的方法及系统，该系统包括：积污控制装置，包括两组细丝盘和细丝盘绝缘杆，细丝盘设置于细丝盘绝缘杆顶端，细丝盘设置有多个细丝定位孔，细丝定位孔用于穿设进行积污控制的导电细丝；导线绝缘杆，设置于每组细丝盘绝缘杆的外侧，导线绝缘杆用于穿设中心导线，中心导线与细丝盘同轴放置；罩外绝缘杆，设置于一根导线绝缘杆的外侧，罩外绝缘杆上固定的电压引线与固定在导线绝缘杆上的中心导线和/或与细丝盘连接，用于将电源电压引入至中心导线和/或导电细丝；接地装置，设置于底部，支撑连接导线绝缘杆、罩外绝缘杆及细丝盘绝缘杆。因此实施本发明能够对实验用导线表面进行快速、可控的积污。

Description

一种表面积污导线、可控的导线表面积污的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力输送技术领域，特别涉及一种表面积污导线、可控的导线表面积污的方法及系统。

背景技术

发电厂发出的电，并不是只供附近的人们使用，还要传输到很远的地方，满足更多的需要。这些电不能直接通过普通的电线传输出去，而是要用高压输电线路传送的。随着我国的电网规模不断扩大，新的超、特高压直流输电线路在设计和建造时无不考虑电磁环境问题，按照电力行业标准严控落实，因此电磁环境问题也成为制约超、特输变电工程成功与否的关键因素之一，而引起长期运行导线电磁环境变化的原因主要是导线表面电晕放电效应的变化。近年来，大气污染愈发严重，当高压输电线路长期暴露在存有空中颗粒物的大气环境中时，颗粒物会附着到导线表面形成积污，改变导线表面特性，进而影响导线的电晕特性，使得输电线路的电磁环境更为复杂。其中，当导体表面的电场强度超过一定的临界值后，就会引起周围空气电离，并产生局部放电、发光，这被称为电晕放电现象。而在导线型号、分裂方式、安装高度、外部环境等条件一致的情况下，新导线和长期运行导线电晕效应产生差异的根本原因是导线表面状态的不同。输电线路在长期运行过程中，直接受到大气环境的影响。工业企业排放的大量酸性气体和固体颗粒在水分、氧气的长期作用下，和输电线路外层的铝导线发生一系列理化反应，引起导线外层状态的变化，从而直接影响到导线的电晕放电效应。

因此，为了研究导线表面积污对导线电磁环境的影响，大量学者通过人工涂污、模拟积污等方法进行人工积污，以研究导线积污对电晕特性的影响。例如，在人工积污方面，有研究者将0.3mm的硅沙均匀喷淋在导线表面的凡士林薄涂层上来模拟污秽物质，也有人利用涂油脂、洗涤剂清洗、经喷砂处理和表面包白布条的方法处理导线表面来研究积污情况，还有人利用粘附细小砂粒、4mm直径砂砾和5-7mm大头针模拟积污情况等，现有的积污方法多为在导线表面人工涂抹不同种类的污秽物模拟导线积污情况从而进行实验研究；另外，模拟积污方面，业内有通过气泵对密闭电晕笼系统中污秽颗粒进行吹灰，在微型电晕笼中制造浮尘环境，以模拟自然界中大气悬浮颗粒对线路的积污过程。

然而经过大量的调查研究，本申请的发明人发现：人工涂污方法在以往的研究中较为普遍，但不易控制表面粗糙度，难以做到均匀涂污或可控涂污；此外，由于模拟积污实验不能做到快速积污，而污秽颗粒又难以长时间均匀分布于密闭空间，故不易做到均匀积污或可控积污。因此，采用现有的导线表面人工涂污或模拟积污的方法，难以控制导线表面的涂污均匀性以及导线表面粗糙度。业内也一直苦于没有合适的导线表面均匀积污方法，导致难以推进后续的实验研究，故如何能够快速、可控地在导线表面进行积污成为困扰业内人士的一大难题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种表面积污导线、可控的导线表面积污的方法及系统，能够有效解决对实验用导线表面难以快速、可控积污的问题。

进一步来讲，该可控的导线表面的积污系统包括：积污控制装置，包括两组细丝盘和细丝盘绝缘杆，所述细丝盘设置于所述细丝盘绝缘杆顶端，所述细丝盘上设置有多个细丝定位孔，所述细丝定位孔用于穿设进行积污控制的导电细丝；导线绝缘杆，设置于所述细丝盘绝缘杆的外侧，所述导线绝缘杆用于穿设中心导线，所述中心导线的两端穿设有均压球，所述中心导线与所述细丝盘同轴放置；罩外绝缘杆设置于一根所述导线绝缘杆的外侧，所述罩外绝缘杆上固定的电压引线与固定在导线绝缘杆上的中心导线和/或与所述细丝盘连接，用于将电源电压引入至所述中心导线和/或所述导电细丝；接地装置，设置于底部，用于支撑连接所述导线绝缘杆、所述罩外绝缘杆及所述细丝盘绝缘杆。

可选地，在一些实施例中，上述可控的导线表面的积污系统还包括：电晕笼及电晕笼支架；电晕笼支架放于接地装置上，用于支撑电晕笼；其中，所述积污控制装置分别设置于所述电晕笼的两端；所述电晕笼、所述细丝盘以及所述中心导线三者同轴放置。

可选地，在一些实施例中，上述可控的导线表面的积污系统还包括：旋转式电场强度测试仪、以及用于支撑所述旋转式电场强度测试仪的旋转式电场强度测试仪支架；其中，所述旋转式电场强度测试仪支架设置于所述接地装置，所述旋转式电场强度测试仪设置于所述旋转式电场强度测试仪支架，穿设于所述电晕笼下表面开孔处，用来测量积污前后中心导线产生的接地极处的电场强度，用以表征积污前后导线的电晕特性。

可选地，在一些实施例中，上述可控的导线表面的积污系统还包括：威尔逊板，分布于所述电晕笼上，用于测量积污前后中心导线产生的接地极处的电流密度，用以表征积污前后导线的电晕特性。

可选地，在一些实施例中，上述可控的导线表面的积污系统还包括：有机玻璃罩，为外罩装置，用于将所述中心导线周围形成的大空中颗粒物浓度区域与外界隔离；所述有机玻璃罩一端开设有电压引线穿孔，所述罩外绝缘杆位于所述有机玻璃罩外面，所述罩外绝缘杆的电压引线通过所述电压引线穿孔连接于所述细丝盘和/或所述中心导线。

可选地，在一些实施例中，所述细丝盘上设置有用于与所述细丝盘绝缘杆顶端连接的连接孔；和/或，所述细丝定位孔均匀分布于所述细丝盘，用于根据实验需求穿设相应数量的所述导电细丝。

可选地，在一些实施例中，所述电晕笼为圆柱形，所述电晕笼接地。

相应地，本发明还提出一种可控的导线表面的积污方法，该方法采用前述任一项所述的可控的导线表面的积污系统，该方法包括：根据积污要求调整设置细丝定位孔上穿设导电细丝的位置及数量；电晕笼接地，罩上有机玻璃罩；

在所述有机玻璃罩内制造空中颗粒物均匀分布的环境；待有机玻璃罩中空中颗粒物分布均匀后，对细丝盘加压使其上导电细丝起晕，起晕后产生的离子附着在空中颗粒物上使其荷电，在电场力的作用下空中颗粒物迅速附着到所述中心导线；达到预设时间停止加压，完成对中心导线的积污。

可选地，在一些实施例中，上述可控的导线表面的积污方法还包括：对积污前后的中心导线进行采样；在积污前，测量中心导线的电晕参数，包括：对中心导线加压，记录威尔逊板的读数、旋转式电场强度测试仪的读数以及起晕后的光子数；测量中心导线积污后的电晕参数，包括：移除所述有机玻璃罩，充分通风后，恢复到积污之前的大气条件时，取下所述导电细丝，所述电晕笼保持接地，对所述中心导线加压，记录威尔逊板的读数、旋转式电场强度测试仪的读数以及起晕后的光子数；对起晕前后的实验结果进行处理及对比分析；和/或，利用电子扫描显微镜对积污前后导线形貌进行观察分析。

此外，本发明还提出一种表面积污导线，该表面积污导线采用前述任一项所述的可控的导线表面的积污系统制作而成；其中，所述表面积污导线用于在实验条件下获取相应环境状况下的导线表面粗糙度，并进一步用于根据所述导线表面粗糙度，预测实际导线周围的电磁环境和/或推算实际导线寿命。

相对于现有技术，本发明各实施例具有以下优点：

采用本发明实施例的技术方案后，通过采用可控数量及位置的导电细丝生成可控电场，并结合改变对导电细丝施加的电压，来控制导线表面的积污均匀度及积污速度，获得积污可控的导线样本。

本发明实施例的更多特点和优势将在之后的具体实施方式予以说明。

附图说明

构成本发明实施例一部分的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提出的一种可控的导线表面的积污系统结构示意图；

图2为本发明实施例中细丝盘的结构示意图；

图3为本发明实施例中导线积污原理示意图；

图4(a)为本发明实施例中积污实验前光洁导线的表面积污效果示意图；其中，该图为SEM图，放大3000倍；

图4(b)为本发明实施例中采用设置12根细丝积污半小时后，中心导线的表面积污效果示意图；其中，该图为SEM图，放大3000倍；

图4(c)为本发明实施例中采用设置5根相邻细丝积污半小时(位置1)后，中心导线的表面积污效果示意图；其中，该图为SEM图，放大3000倍；

图4(d)为本发明实施例中采用设置5根相邻细丝积污半小时(位置2)后，中心导线的表面积污效果示意图；其中，该图为SEM图，放大3000倍；

图4(e)为本发明实施例中采用设置12根细丝积污3小时(位置1)后，中心导线的表面积污效果示意图；其中，该图为SEM图，放大3000倍；

图4(f)为本发明实施例中采用设置12根细丝积污3小时(位置2)后，中心导线的表面积污效果示意图；其中，该图为SEM图，放大3000倍；

图5为本发明实施例中相应实验条件下导线光子计数结果随中心导线施加电压的变化情况对比示意图；

图6(a)-(b)为本发明实施例中空中颗粒物最终速度与电场强度及介电常数的关系示意图，图6(a)中粒径为0.1-1μm，图6(b)中粒径为1-3μm。

附图标记说明

10 电晕笼

11 威尔逊板

20 电晕笼支架

30 接地装置

40 导线绝缘杆

41 罩外绝缘杆

42 电压引线

50 细丝盘

51 细丝盘绝缘杆

52 细丝定位孔

53 连接孔

60 导电细丝

61 带电悬浮颗粒

70 均压球

80 旋转式电场强度测试仪

81 旋转式电场强度测试仪支架

90 有机玻璃罩

91 电压引线穿孔

100 中心导线

101 中心导线积污

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图，对本发明的各实施例作进一步说明：

为了对高压输电线路的表面性能和导线积污进行深入研究，本发明提出一种可控的导线表面的积污系统，采用可控数量及位置的导电细丝生成可控电场，并结合改变对导电细丝施加的电压，来控制导线表面的积污均匀度及积污速度，获得积污可控的导线样本，例如，均匀积污导线、不同粗糙程度的不均匀积污导线等。

系统实施例

参照图1，其为本实施例提出的一种可控的导线表面的积污系统结构示意图。本实施例中，该可控的导线表面的积污系统主要包括：积污控制装置、接地装置30、导线绝缘杆40、罩外绝缘杆41、一组细丝盘50和细丝盘绝缘杆51、导电细丝60以及中心导线100。

积污控制装置包括两组细丝盘50和细丝盘绝缘杆51，细丝盘50设置于对应的细丝盘绝缘杆51顶端，两组细丝盘50和细丝盘绝缘杆51相对设置。如图2所示，细丝盘50上设置有多个细丝定位孔52，细丝定位孔52用于穿设进行积污控制的导电细丝60。其中，上述细丝盘50具有良好的导电性。关于细丝盘50与细丝盘绝缘杆51的连接方式可采用焊接、螺纹连接等，此处不作限定。

导线绝缘杆40设置于每组细丝盘绝缘杆51的外侧，导线绝缘杆40用于穿设中心导线100，中心导线100的两端穿设有均压球70，中心导线100与细丝盘50同轴放置。罩外绝缘杆41设置于一根导线绝缘杆40的外侧，罩外绝缘杆41上固定的电压引线42与固定在导线绝缘杆40上的中心导线100、和/或与细丝盘50上的导电细丝60连接，用于将电源电压引入至中心导线100、和/或导电细丝60。接地装置30设置于底部，用于支撑连接导线绝缘杆40、罩外绝缘杆41及细丝盘绝缘杆51。其中，均压球70用以减小导线端部放电效应，使得电晕效应的测试更为准确。中心导线100为积污导线，也为电晕特性测试实验中的测试线。导线绝缘杆40具有支撑作用。罩外绝缘杆41架设的电压引线42用于将电源电压引入罩内细丝盘(用于积污)或中心导线(用于测量积污前后电晕特性)上，电源电压加在导线绝缘杆40与罩外绝缘杆41间的电压引线42上。

作为一种可选的实施方式，上述实施例还可包括：电晕笼10及电晕笼支架20，电晕笼支架20放于接地装置30上，用于支撑电晕笼10。其中，两组细丝盘50和细丝盘绝缘杆51分别设置在电晕笼10的两端，电晕笼10、中心导线100以及细丝盘50三者同轴放置。

需要说明的是，上述实施例中，中心导线100可接地也可不接地，可加与导电细丝60相同极性电压，也可加与导电细丝60相反极性电压，而且中心导线100可加交流电压也可加直流电压。例如：积污时，导电细丝60加压，中心导线100接地；或者，导电细丝60加压，中心导线100加与之相反极性的电压，帮助制造更强的电场强度，以加速空中颗粒物的运动。或者说，电晕笼10及中心导线100可在积污过程中接地；在测试实验时，对制备好的积污样本进行测试时加压，即中心导线100加压，导电细丝60撤走。

上述实施例中，采用通过引入导电细丝60形成可控电场，利用荷电颗粒物与带电导线间电场力的作用，使得空中颗粒物运动至中心导线100的表面而快速形成积污。此外，可通过改变导电细丝60的数量，使得中心导线100的积污效果可控，并且可根据预期积污目的设置导电细丝60的数目及位置，一般来讲，在保证细丝起晕的前提下，导电细丝60较多时中心导线积污的可控性较好。

可选地，上述实施例中，电晕笼10可为圆柱形。同轴圆柱电晕笼10用以与中心导线100产生一维结构，采用同轴圆柱结构使得实验条件更为稳定可控。

需要说明的是，如图2所示，细丝盘50盘体上设置有连接孔53，连接孔53用于与细丝盘绝缘杆51顶端连接。

可选地，细丝盘50上可开设有12个细丝定位孔52，可均匀分布于细丝盘50，用来支撑固定导电细丝60，可根据实验需求穿设相应数量的导电细丝60。接地装置30可为接地铁板，用于支撑实验装置并保证实验人员安全。

在上述实施例中，采用加入可控数量及位置的带电细丝60获得中心导线100周围的可控电场，中心导线100与导电细丝60、电晕笼10同轴放置，中心导线100及电晕笼10接地(电压为零)，这样，由于直流电压相对于交流电压极性固定，起晕后产生的离子极性不变，有利于中心导线积污，故可对导电细丝60施加直流电压。当导电细丝60表面的电位梯度大于临界值时，导电细丝60将起晕，产生大量正离子。若此时存在空中颗粒物，正离子将粘附在空中颗粒物上形成带电颗粒物，在导电细丝60电场力的作用下向驱离导电细丝60方向运动，粘附在导线上，造成导线积污。并且，上述实施例通过改变导电细丝施加电压、数量及位置，可控制中心导线的积污速度及积污均匀度，获得均匀积污导线及不同粗糙程度的不均匀积污导线。例如，通过设置导电细丝60电压、数量及位置，可使得中心导线积污时间、积污均匀度可控，实现快速可控积污。

需要指出的是，导电细丝可根据实验平台大小改变总数，可根据预期积污目的设置导电细丝的数目及位置，数量不局限于总数为12根。在保证细丝起晕的前提下，导电细丝较多时中心导线积污的可控性较好。实验示例所用中心导线较细，若采用较粗中心导线，则更易观察到不均匀积污(如导线细丝小于12根)的积污效果。

作为一种可选的实施方式，上述可控的导线表面的积污系统还可包括：旋转式电场强度测试仪80、以及用于支撑旋转式电场强度测试仪80的旋转式电场强度测试仪支架81。其中，旋转式电场强度测试仪支架81设置于接地装置30，旋转式电场强度测试仪80设置于旋转式电场强度测试仪支架81，穿设于电晕笼10下表面开孔处，用来测量积污前后中心导线100产生的接地极处的电场强度，用以表征积污前后导线的电晕特性。

作为一种可选的实施方式，上述的可控的导线表面的积污系统还包括：威尔逊板11，分布于电晕笼10上，用于测量积污前后中心导线产生的接地极处的电流密度，用以表征积污前后导线的电晕特性。其中，威尔逊板11外接万用表，空间电荷打在威尔逊板11上形成电流，通过万用表测量威尔逊板11上采样电阻两端的电压值，进而计算获得电流密度值。

可选地，上述威尔逊板11可为弧形。在本实施例中，可采用三块威尔逊板11，用来测量积污前后中心导线产生的接地极处的电流密度，用以表征积污前后导线的电晕特性。当然本领域技术人员应当理解的是，如果电晕笼10的体积比较大，则可以在电晕笼10上多设置一些威尔逊板11，用于研究电晕笼10上不同位置处的电流密度，从而使得测量更加精确，另外尤其导线表面积污不均匀的时候也可以更精确的表征。因此，本发明各实施例对威尔逊板11的形状及数量不作限制。

需要说明的是，如果只需使得导线积污而不需测量积污前后电晕特性，则可去掉电晕笼表面威尔逊板及旋转式电场强度测试仪设置，以及相应的实验操作。

作为一种可选的实施方式，可控的导线表面的积污系统还包括：有机玻璃罩90，为外罩装置，用于将中心导线100周围形成的大颗粒物浓度区域与外界隔离。有机玻璃罩90一端开设有电压引线穿孔91，罩外绝缘杆41位于有机玻璃罩90外面，罩外绝缘杆41的电压引线42通过电压引线穿孔91连接于细丝盘50和/或中心导线100。在本实施例中，有机玻璃罩用以在导线周围形成大空中颗粒物浓度区域，配合密封条得以与外界良好的隔离，同时保护实验人员免于吸入空中颗粒物。其中，电压引线积污时与细丝盘连接，测量时与中心导线连接，有良好的导电性，用于将电压导入玻璃罩内。例如：电压引线可以是直径为1毫米的导线，如裸铜绞线，这里对其材料和直径不作限定。

需要说明的是，若在存在空中颗粒物(雾霾)的户外，加速导线积污或使导线积污可控，可去掉有机玻璃罩，只利用细丝盘而去掉电晕笼。

因此，上述各实施例通过引入导电细丝形成可控电场，利用荷电空中颗粒物与带电导线间电场力的作用使得空中颗粒物运动至导线表面形成快速积污，通过改变导电细丝数量使得中心导线达到积污效果可控。

下面结合一实例，对上述可控的导线表面的积污系统的工作过程作进一步说明：

本实例采用12根导电细丝，与中心导线、圆柱形电晕笼同轴放置，中心导线及电晕笼接地。以导电细丝施加正直流电压为例(施加负直流电压与之同理)：参照图3所示，当导电细丝60表面的电位梯度大于临界值时，导电细丝60将起晕，产生大量正离子。若此时存在空中颗粒物，正离子将粘附在空中颗粒物上形成带电悬浮颗粒61，在导电细丝60电场力的作用下向驱离导电细丝方向运动，粘附在中心导线100上，造成导线积污101。通过设置导电细丝60的电压、数量及位置，可使得中心导线100积污时间、积污均匀度可控，实现快速可控积污。

其中，上述可控的导线表面的积污系统的工作过程如下：

1)搭建实验平台：根据实验目的在细丝盘上固定1-12根导电细丝，调整中心导线、细丝盘以及电晕笼三者同轴放置(同轴可根据起晕后三块威尔逊板所测读数基本相同判定)。

2)测量导线光洁时的电晕参数：对中心导线加压，记录3块威尔逊板读数、旋转式电场强度测试仪读数以及起晕后的光子数。

3)积污：电晕笼及中心导线接地，罩上有机玻璃罩，在玻璃罩内以燃香的方式制造空中颗粒物均匀分布的环境。等待玻璃罩中空中颗粒物分布均匀后对细丝盘加压使其上导电细丝起晕，在电场力的作用下空中颗粒物迅速积污到中心导线，在预设的时间到达后停止加压，完成对中心导线的积污。

需要说明的是，上述制造空中颗粒物均匀分布的方式不限于在玻璃罩内以燃香的方式，例如也可采用鼓风机“吹灰”的方式，本实施例对此不作任何限定。

4)测量中心导线积污后的电晕参数：移除有机玻璃罩，充分通风后，可在达到积污前的大气条件时，取下导电细丝，电晕笼保持接地，对中心导线加压，记录3块威尔逊板读数、旋转式电场强度测试仪读数以及起晕后的光子数。

5)对积污前后导线采样，利用电子扫描显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对积污前后导线形貌进行观察分析。

6)对起晕前后实验结果进行处理对比分析。

需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必需的。

例如，中心导线采用直径40厘米的电晕笼，直径20厘米的细丝盘，直径1.5毫米的钢绞线，导电细丝使用直径0.3毫米细钢丝，对导电细丝施加正的18kV直流电压使得中心导线积污，导线在积污前后的SEM可如图4(a)-(f)所示：

参照图4(a)，光洁导线表面较为平整均匀，并存在一些小的突出凹陷；参照图4(b)，采用12根细丝积污半小时后导线表面形成均匀致密的积污，且导线各处积污情况类似，积污效果良好；参照图4(c)、4(d)所示，采用5根相邻细丝积污半小时后导线表面不同位置所积颗粒物数量明显不同，达到积污可控；参照图4(e)、4(f)所示，采用12根细丝积污3小时后的导线表面SEM图，表明3小时积污使导线附污严重，颗粒物聚集效果改变，并会形成锥形凸起物，表面明显变得粗糙。

以上实验现象表明，控制细丝数量及积污时间可导致导线表面积污量及粗糙度的不同。

与上述SEM图的实验结果相对应的是，控制细丝数量、积污时间可导致导线放电情况的不同。这里，以积污前后的紫外光子数为例，来说明积污前后电晕特性的变化：

本实例中，采用紫外光子仪，可有效测量导线起晕后的紫外光子数。利用5根相邻细丝积污后的中心导线施加正的30kV时的紫外光子图像，每个电压下记录5组光子读数取平均值。利用紫外仪可观测到导线产生的紫外光子，并可知增益为170时光子计数率为6006。如图5所示，几种实验条件下导线光子计数结果随中心导线施加电压的变化：

参照图5可知，使用12根细丝积污半小时后，导线光子数减少，表明导线放电减弱，已覆盖住导线原本可能存在的凸起凹陷的表面缺陷，改善了导线表面条件，导线粗糙度减小；使用5根相邻细丝积污半小时后，导线光子数增加，表明导线放电增强，导线表面积污的不均匀程度增加。

另外，使用12根细丝积污三小时后，导线光子数大大增加，导线放电剧烈增大，这表明积污使得导线表面状态大大恶化，导线粗糙度大大增强。三种实验对比结果表现出控制细丝数量及积污时间可导致导线放电情况的不同，与之前SEM图结果也有很好的对应。

此外，本发明实施例还提出一种表面积污导线，该表面积污导线采用前述任一项实施例所述的可控的导线表面的积污系统制作而成。其中，表面积污导线可用于在实验条件下获取相应环境状况下的导线表面粗糙度，并进一步可用于根据导线表面粗糙度，预测实际导线周围的电磁环境和/或推算实际导线寿命。

方法实施例

参照图1，其示出了本实施例提出的一种可控的导线表面的积污方法，本方法实施例采用前述任一实施例所述的可控的导线表面的积污系统，本实施例中，该方法包括以下步骤：

S102：根据积污要求，调整设置细丝定位孔52上穿设导电细丝60的位置及数量。电晕笼10接地，罩上有机玻璃罩90；

S104：在有机玻璃罩90内制造空中颗粒物均匀分布的环境；

S106：待有机玻璃罩90中空中颗粒物分布均匀后，对细丝盘50加压使其上导电细丝60起晕，在电场力的作用下空中颗粒物迅速积污到中心导线100；

S108：达到预设时间停止加压，完成对中心导线的积污。

需要说明的是，上述实施例中，中心导线100可接地也可不接地，可加与导电细丝60相同极性电压，也可加与导电细丝60相反极性电压，而且中心导线100可加交流电压也可加直流电压。例如：积污时，导电细丝60加直流电压，中心导线100接地；或者，导电细丝60加直流电压，中心导线100加与之相反极性的电压，帮助制造更强的电场强度，以加速空中颗粒物的运动。或者说，电晕笼10及中心导线100可在积污过程中接地；在测试实验时，对制备好的积污样本进行测试时加压，即中心导线100加压，导电细丝60撤走。

作为一种可选的实施方式，上述可控的导线表面的积污方法还可包括：

S100：对积污前的中心导线100进行采样；

S101：在积污前，测量中心导线100的电晕参数，包括：对中心导线100加压，记录威尔逊板11的读数、旋转式电场强度测试仪80的读数以及起晕后的光子数。

S110：对积污后的中心导线100进行采样；

S112：在积污后，测量中心导线100的电晕参数，包括：移除有机玻璃罩90，充分通风后，恢复到积污之前的大气条件下，取下导电细丝60，电晕笼10保持接地，对中心导线100加压，记录威尔逊板11的读数、旋转式电场强度测试仪80的读数以及起晕后的光子数。

S114：利用电子扫描显微镜对积污前后导线形貌进行观察分析。

S116：对起晕前后的实验结果进行处理及对比分析。

需要说明的是，由于空中颗粒物在只受重力及粘滞阻力时最终运动速度远小于外加电场后空中颗粒物在受到重力、电场力及粘滞阻力时的最终速度，因此，附加电场力后的积污更加快速。这里，为便于进一步理解快速积污过程，特进行如下分析：

当颗粒物均匀分布于空中时，电晕放电产生的离子将粘附在空中颗粒物上，空中颗粒物荷电形成带电颗粒物，带电颗粒物将基本沿着电场线运动。带电颗粒物主要受到三种力的作用：重力G、电场力F_e以及粘滞阻力F_D。

经计算可得，对于标准空气中的颗粒物，考虑其受到的重力G及粘滞阻力F_D，最终速度v_g将在G＝F_D时获得，可表示为：

$v_g=\frac{{\mathrm{\ρ}}_a{\mathrm{gCd}}^2}{18\mathrm{\μ}}---\left(1\right)$

其中ρ_a为空中颗粒物密度；g为重力加速度；d为空中颗粒物直径；μ为空气的粘性系数；C为康宁汉修正因子，由于对于很小的颗粒可能产生分子滑动，粘滞阻力相对较低，康宁汉修正因子C仅用于修正直径为1.0μm或更小的颗粒的粘滞阻力，空中颗粒物直径大于1.0μm时C＝1。

对导电细丝60通电后，考虑其受到的电场力F_e及粘滞阻力F_D(计算结果表明空中颗粒物的重力比电场力小2-4个数量级，故此处忽略其重力)，最终速度v_e将在F_e＝F_D时获得，可表示为：

$v_e=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r}{{\mathrm{\ϵ}}_r+2}\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{CE}}^{2}d}{\mathrm{\μ}}---\left(2\right)$

其中ε₀为空气介电常数；ε_r为空中颗粒物的相对介电常数；E为空中颗粒物受到的外界电场强度。

上述公式(1)表明：空中颗粒物在自然状况下(不受电场力)的最终速度v_g与ρ_a成正比，设ρ_a＝2000kg/m³。不同直径的空中颗粒物在不同外界电场强度及空中颗粒物介电常数下的最终速度计算结果如图6(a)-(b)，其中1μm及以内直径的空中颗粒物的粘滞阻力经康宁汉修正因子修订，如图6(a)所示，直径为1-3μm的空中颗粒物的最终速度如图6(b)所示。其中，最终速度与电场强度E及空中颗粒物介电常数ε_r的对应关系可如表1所示：

表1.最终速度与电场强度及空中颗粒物介电常数的对应关系。

	vg	ve1	ve2	ve3	ve4
						E(kV/cm)	-	5	5	10	10
εr	-	2	3	2	3

参照图6(a)-(b)所示可见：存在电场力时的最终速度随电场强度及介电常数的增大而增大，而且存在电场力时的最终速度比空中颗粒物只受重力及粘滞阻力时的最终速度要大3-4个数量级，这表明相比于自然积污而言，外加电场力加速了荷电颗粒物的运动，加速了积污过程。

因此，上述各实施例可利用外加导电细丝产生的电场使得空中颗粒物荷电，进而对中心导线进行积污，且在外加电场力的作用下积污迅速。上述各实施例可通过改变细丝数量、位置及施加电压，来改变电场力的方向及大小，可使积污均匀度及积污时间可控。此外，上述实施例所采用的积污装置与电晕效应测量平台相结合，操作简单易行。

下面结合一个实例，对上述可控的导线表面的积污方法的流程作进一步的说明：

1)调整积污系统：根据实验目的调整设置细丝定位孔52上穿设导电细丝60的位置及数量；电晕笼10接地；电晕笼10上布置有三块威尔逊板11。

2)测量中心导线积污前的电晕参数：通过电压引线42对中心导线100加压，记录三块威尔逊板11的读数、旋转式电场强度测试仪80的读数以及起晕后的光子数。

3)对中心导线进行积污：罩上有机玻璃罩90，在有机玻璃罩90内以燃香的方式制造空中颗粒物均匀分布的环境；待有机玻璃罩90中空中颗粒物分布均匀后，通过电压引线42对细丝盘50加压使其上导电细丝60起晕，在电场力的作用下空中颗粒物迅速附着到中心导线100及电晕笼10内表面，此时停止加压，完成对中心导线的积污。

4)测量中心导线积污后的电晕参数：移除有机玻璃罩90，充分通风后取下导电细丝60，电晕笼10保持接地，通过电压引线42对中心导线100加压，记录三块威尔逊板11的读数、旋转式电场强度测试仪80的读数以及起晕后的光子数。

5)对积污前后的中心导线100的采样，利用电子扫描显微镜(Scanning ElectronMicroscope，SEM)对积污前后导线形貌进行观察分析。

6)对起晕前后实验结果进行处理，对比分析。

需要说明的是，上述处理过程包括对导线积污、以及对积污导线进行电晕特性测量的步骤。如果只需使得导线积污而不需测量积污前后电晕特性，则可去掉电晕笼表面的威尔逊板、旋转式电场强度测试仪及相关配套设置，以及相应的实验操作。若有存在空中颗粒物(雾霾)的户外环境，可去掉有机玻璃罩，或者也可去掉电晕笼，利用细丝盘实现导线加速积污或使导线积污可控。

上述可控的导线表面的积污方法与上述可控的导线表面的积污系统相对应，具体的实施过程可参照前述方法实施例。由于上述任一种可控的导线表面的积污系统具有上述技术效果，因此，该可控的导线表面的积污方法也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明可控的导线表面的积污系统中各装置模块或可控的导线表面的积污方法中各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。所述存储装置为非易失性存储器，如：ROM/RAM、闪存、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可控的导线表面的积污系统，其特征在于，包括：

积污控制装置，包括两组细丝盘(50)和细丝盘绝缘杆(51)，所述细丝盘(50)设置于所述细丝盘绝缘杆(51)顶端，所述细丝盘(50)上设置有多个细丝定位孔(52)，所述细丝定位孔(52)用于穿设进行积污控制的导电细丝(60)；

导线绝缘杆(40)，设置于每组所述细丝盘绝缘杆(51)的外侧，所述导线绝缘杆(40)用于穿设中心导线(100)，所述中心导线(100)的两端穿设有均压球(70)；所述中心导线(100)与所述细丝盘(50)同轴放置；

罩外绝缘杆(41)，设置于一根所述导线绝缘杆(40)的外侧，所述罩外绝缘杆(41)上固定的电压引线(42)与固定在导线绝缘杆(40)上的中心导线(100)和/或与所述细丝盘(50)连接，用于将电源电压引入至所述中心导线(100)和/或所述导电细丝(60)；

接地装置(30)，设置于底部，支撑连接所述导线绝缘杆(40)、所述罩外绝缘杆(41)及所述细丝盘绝缘杆(51)。

2.根据权利要求1所述的可控的导线表面的积污系统，其特征在于，还包括：电晕笼(10)及电晕笼支架(20)；电晕笼支架(20)放于接地装置(30)上，用于支撑电晕笼(10)；

其中，所述积污控制装置分别设置于所述电晕笼(10)的两端；所述电晕笼(10)、所述细丝盘(50)以及所述中心导线(100)三者同轴放置。

3.根据权利要求2所述的可控的导线表面的积污系统，其特征在于，还包括：旋转式电场强度测试仪(80)、以及用于支撑所述旋转式电场强度测试仪(80)的旋转式电场强度测试仪支架(81)；

其中，所述旋转式电场强度测试仪支架(81)设置于所述接地装置(30)，所述旋转式电场强度测试仪(80)设置于所述旋转式电场强度测试仪支架(81)，穿设于所述电晕笼(10)下表面开孔处，用来测量积污前后中心导线产生的接地极处的电场强度，用以表征积污前后导线的电晕特性。

4.根据权利要求3所述的可控的导线表面的积污系统，其特征在于，还包括：若干块威尔逊板(11)，分布于所述电晕笼(10)上，用于测量积污前后中心导线产生的接地极处的电流密度，用以表征积污前后导线的电晕特性。

5.根据权利要求1至4任一项所述的可控的导线表面的积污系统，其特征在于，还包括：有机玻璃罩(90)，为外罩装置，用于将所述中心导线(100)周围形成的大空中颗粒物浓度区域与外界隔离；

所述有机玻璃罩(90)一端开设有电压引线穿孔(91)，所述罩外绝缘杆(41)位于所述有机玻璃罩(90)外面，所述罩外绝缘杆(41)的电压引线(42)通过所述电压引线穿孔(91)连接于所述细丝盘(50)和/或所述中心导线(100)。

6.根据权利要求5所述的可控的导线表面的积污系统，其特征在于：

所述细丝盘(50)上设置有用于与所述细丝盘绝缘杆(51)顶端连接的连接孔(53)；和/或，

所述细丝定位孔(52)均匀分布于所述细丝盘(50)，用于根据实验需求穿设相应数量的所述导电细丝(60)。

7.根据权利要求1至6任一项所述的可控的导线表面的积污系统，其特征在于，所述电晕笼(10)为圆柱形，所述电晕笼(10)接地。

8.一种可控的导线表面的积污方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的可控的导线表面的积污系统，该方法包括：

根据积污要求调整设置细丝定位孔(52)上穿设导电细丝(60)的位置及数量；电晕笼(10)接地，罩上有机玻璃罩(90)；

在所述有机玻璃罩(90)内制造空中颗粒物均匀分布的环境；待有机玻璃罩(90)中空中颗粒物分布均匀后，对细丝盘(50)加压使其上导电细丝(60)起晕，起晕后产生的离子附着在空中颗粒物上使其荷电，在电场力的作用下空中颗粒物迅速附着到所述中心导线(100)；达到预设时间停止加压，完成对中心导线的积污。

9.根据权利要求8所述的可控的导线表面的积污方法，其特征在于，还包括：

对积污前后的中心导线(100)进行采样；

在积污前，测量中心导线(100)的电晕参数，包括：对中心导线(100)加压，记录威尔逊板(11)的读数、旋转式电场强度测试仪(80)的读数以及起晕后的光子数；

测量中心导线(100)积污后的电晕参数，包括：移除所述有机玻璃罩(90)，充分通风后，恢复到积污之前的大气条件时，取下所述导电细丝(60)，所述电晕笼(10)保持接地，对所述中心导线(100)加压，记录威尔逊板(11)的读数、旋转式电场强度测试仪(80)的读数以及起晕后的光子数；

对起晕前后的实验结果进行处理及对比分析；和/或，利用电子扫描显微镜对积污前后导线形貌进行观察分析。

10.一种表面积污导线，其特征在于，该表面积污导线采用根据权利要求1至7任一项所述的可控的导线表面的积污系统制作而成；

其中，所述表面积污导线用于在实验条件下获取相应环境状况下的导线表面粗糙度，并进一步用于根据所述导线表面粗糙度，预测实际导线周围的电磁环境和/或推算实际导线寿命。