CN113721118B - 一种导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置，包括缺陷电晕放电模拟单元、放电信号采集单元和大气参数调节单元，本发明可分析多种因素下导线表面毛刺缺陷的电晕放电紫外成像特性，从而可建立不同缺陷和环境影响下的紫外成像图谱库，此外，本发明可控制毛刺的几何结构，改变腔体内的环境参数，从而测量不同毛刺缺陷和湿度、气压条件下缺陷导线的起晕电压、放电电流及紫外放电图谱等电晕参数，为紫外成像法对导线缺陷进行检测奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及一套用于测量直流导线表面毛刺型缺陷电晕参数的试验装置，可测的参数包括起晕电压、放电电流、可见光图像以及紫外放电图谱等，属于电气工程中的特高压直流输变电领域。
背景技术
特高压直流输电线路与交流输电线路相比，具有稳定性高、输送容量大、运行损耗小、线路走廊造价低等优点。架空输电线路导线的断股、散股等缺陷可导致输电线路的电流同流容量和机械承载力下降，输电导线存在缺陷时，局部场强将发生畸变，当缺陷附近电场超过临界起晕场强后，线路会出现电晕现象。直流电晕初始阶段放电反复，该过程产生的大量电磁波将严重干扰无线信号传输系统；伴随着电晕的可听噪声会对附近居民生理及心理造成严重影响，产生的O3及可与空气中的水分化和成硝酸类物质的NO和NO2等为强氧化剂和腐蚀剂，会加速导线绝缘的老化；放电产生的声、光、热均会导致能量损失，从而对国民经济造成损失；当缺陷严重时电晕会发展为线路放电，从而威胁线路的正常运行。中国国家电网、日本西屋电气和美国通用电气的试验研究表明，电晕已成为特高压输电走廊方案设计和线路建设的关注重点。
目前，检测导线缺陷主要为人工巡检方式，该方法效率低、工作量大且难以对导线缺陷位置进行准确定位；基于声学的频谱检测法易受环境噪声干扰，且无法量化缺陷放电的严重程度；基于光学的红外热像检测法灵敏度不高且难以有效判断缺陷的类型。针对缺陷导线检测，亟需灵敏度和检测效率更高、定位性更好的方法。
导线表面存在缺陷时，缺陷处可发生电晕放电，放电伴随着多种特征信号，如声、光、热、高频脉冲和电磁波等。相关研究基于图像降噪技术及特征识别算法，通过无人机采集线路图像对输电导线缺陷进行识别，但该方法对形态变化明显的散股缺陷识别率高，对毛刺、股线拱起等形态变化不明显缺陷的检测效果不大。还有研究基于红外成像技术对导线散股及断股缺陷放电进行检测，发现LGJ-300/40型号导线发生散股时，发热点最高温度为66.8℃，为无缺陷部位的1.82倍；断股时发热点最高温度为246℃，为无缺陷部位的1.96倍，红外成像法对发热明显的导线缺陷定位效果较好，当缺陷发热不明显时检测灵敏度不高。
导线电晕放电时会辐射紫外光，电晕放电产生的光波包括可见光及非可见光波段，与太阳辐射波段大量重合，其中，200-400nm波段的紫外光将被大气层吸收无法到达地面，为日盲紫外波段。日盲紫外成像仪基于双光路成像技术，采用可见光通道对导线本体进行成像，采用紫外通道对放电日盲波段光子进行成像，紫外通道具有仅能通过日盲紫外波段信号的特殊滤镜，可避免太阳光信号的干扰，能在白天正常工作，具有较高的抗干扰性。紫外成像仪经光电转换和Micro-channelPanel放大后经荧光屏进行成像，采用Charge-coupledDevice采集紫外通道放电图像，基于图像融合算法实现紫外图像和可见光图像的叠加，可对放电点进行有效定位，并显示放电轮廓。据相关文献表明，运用紫外成像法对缺陷导线放电的光子数参数进行检测，发现相同电压条件下，缺陷导线放电光子数较无缺陷情况明显偏高，导线缺陷放电越严重光子数数值越大，紫外成像法对导线毛刺及断股缺陷电晕放电的检测效果较好。
为采用紫外成像法对缺陷进行定量化的评估和判断，需要获取大量的样本数据，根据放电机理可知，电晕放电与缺陷几何结构以及外界环境因素有关，随着外界空气中湿度、气压等环境因素的不同，导线电晕放电特性也会受到影响。
发明内容
为了解决现有技术中的缺陷，本发明公开一种导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置及其检测方法，其技术方案如下：
导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置，该装置包括缺陷电晕放电模拟单元、放电信号采集单元和大气参数调节单元。其特征为：
所述缺陷放电模拟单元，可对导线表面毛刺型缺陷几何结构以及电晕放电进行模拟，同时与大气参数调节单元以及放电信号采集单元相连，获得不同因素影响下的导线电晕；
所述放电信号采集单元，其与缺陷电晕放电模拟单元相连，用于采集在缺陷电晕放电模拟单元中产生的电晕特征信号，如电晕电流、紫外信号等参数；
所述大气参数调节单元，其与缺陷电晕放电模拟单元相连，可测量并控制缺陷电晕放电模拟单元中的环境参数。
所述缺陷电晕放电模拟单元包括试验电源、保护电阻、电晕笼、导线固定接口、导线测试段、毛刺、有机玻璃爬电绝缘结构和以有机玻璃圆筒为主体的腔体。电晕笼内嵌在腔体内壁上，导线测试段与腔体外壁以同轴圆柱方式安装，将有机玻璃爬电绝缘结构制成类穿墙套管结构以固定导线测试段以及导线固定接口，并利用其使导线测试段与两侧腔壁相连并保持绝缘，导线固定端与腔体的有机玻璃爬电绝缘结构相连接，试验电源、保护电阻通过导线固定接口与腔体内的导线测试段相连，从而使导线测试段在腔体内通电，模拟电晕放电。
所述放电信号采集单元包括泄漏电流测量盒、数据采集卡、计算机、视频记录仪、紫外成像仪。其中通过泄漏电流测量盒、数据采集卡和安装数据记录软件TiePieMultiChannel的电脑获取腔体内产生的电晕电流信号，泄漏电流采样盒一端与电晕笼测量段相连，另一端直接接地，采集到的电晕电流信号再经由数据采集卡传入计算机内保存记录。另外由视频记录仪和紫外成像仪获取腔体内电晕放电时产生的紫外信号，使用绝缘固定泥将紫外成像仪支撑三脚架脚固定在地面上，防止因操作相机或其他因素致使设备镜头移位，在腔体正面中段装有透紫外玻璃圆片，腔体内产生的紫外信号可透过其被紫外成像仪捕获。
所述大气参数调节单元包括腔体、超声冷雾发生器、真空泵；腔体背面靠左处设有直圆管，与可穿入温湿度探头的穿心式阀门相接，便于测量腔体内湿度；右端方板设有圆管，与真空泵及对应阀门连接，左端方板设有圆管，与冷雾发生器及对应阀门连接。
此外，本发明还公开一种导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置的实验方法，其特征为：包括如下步骤：
步骤1：腔体内湿度、气压环境因素的模拟步骤；
步骤2：导线表面毛刺缺陷放电的模拟步骤；
步骤3：电晕电流的检测步骤；
步骤4：紫外图像信号的采集步骤；
所述步骤1进一步包括如下内容：使用真空泵对气候罐内气压进行调节，试验真空泵的型号为MS-1400H，抽气量为110L/min。气压测量采用量程为-100kPa至0kPa，误差为±1％的真空表。当真空表示数接近试验预设值时，先关闭靠近真空泵侧的气阀，待真空表示数稳定后，读取示数，若示数与试验预设值有差距，可通过短时间开关气阀或真空泵微调，待真空表示数与试验预设值一致后，再关闭靠近罐体右侧板侧的气阀，便于后续试验时取下金属真空表，保证设备安全。由于有机玻璃电晕笼的密闭性较金属笼较弱，笼中气压会随着时间的推移而逐渐增大，速率约为6kPa/h，试验中需注意观察气压变化并进行微调。
采用型号为HQ-JS825，最大出雾量为1800mL/h的超声冷雾发生器对湿度进行调节，针对本发明采用的腔体，可调节相对湿度为15％-95％。采用HUATO A2000-EB传感器外置型温湿度计测量湿度，测量范围为0％-100％，精度为±3％。真空泵降压后，笼内相对环境湿度会随气压下降小幅减小，若想获得低气压、高湿度的试验环境，需在抽气前将笼中的相对湿度调至大于预设值的某值。当预设值为90％时，抽气前笼中相对湿度需调至接近饱和湿度的某值，易形成水珠凝结，经反复试验尝试，可先将电晕笼中气压降至稍低于预设气压值，然后同时打开真空泵抽气阀和超声冷雾发生阀5秒后再同时关闭，观察湿度计与真空表。往复几次，即可得到低气压、高湿度试验环境。
所述步骤2进一步包括如下内容：选择实心红铜棒来模拟导线，导线分为固定段和试验段，固定段与腔体绝缘结构相连接，试验段为试验对象。固定段两端装配均压球，削弱端部电场强度，防止导线末端放电，试验段中间设M2型号螺纹用以装配锥形尖刺来模拟毛刺缺陷，除毛刺装配处，棒体表面光滑。电晕笼内嵌在腔体内壁上，导线与腔体外壁以同轴圆柱方式安装。试验加压时，当外施电压升至0.9倍起晕电压预估值后，减缓加压速度，当观测到光子数陡增或电流波形发生脉冲后，控制每次升压幅度小于在0.3kV，每次加压间隔10秒，便于记录对应电压值下的稳定电晕参数。
所述步骤3进一步包括如下内容：由泄漏电流采样盒、数据采集卡和安装数据记录软件TiePieMultiChannel的电脑等组成电晕电流检测系统，其一端与电晕笼测量段相连，另一端直接接地。泄漏电流采样盒内置高精度无感电阻，阻值为200kΩ，绝缘耐压0.5kV，数据采集卡采样频率最高可达200MHz。
所述步骤4进一步包括如下内容：紫外信号通过CoroCAM504型紫外成像仪采集，拍摄时紫外成像仪接收镜头与毛刺间的距离为4.2m。该成像仪可实时计算计数框内光子数，并支持图像及视频拍摄。由于紫外成像仪探测的日盲紫外波段在电晕放电光谱中占比较小，且经光学系统传输损耗，最终到达CCD板的光子数很少，约为镜头接收光子总数的3％，仪器内部会对日盲紫外波段的光子进行增益处理以提高检测的灵敏度，在检测过程中在相同度环境条件下，紫外成像仪显示的光子数与仪器增益相关，通过调节仪器增益可适应不同强的放电，也可减小背景干扰的影响，需确定适合本试验的增益值，以便更有效地使用紫外成像仪。
本发明还公开一种采用上述导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置的实验方法应用于特高压直流输电线路中对导线毛刺及断股缺陷电晕放电的检测
有益效果：
针对湿度、气压等环境因素对缺陷导线放电特性影响的试验研究较少，基于此，本发明设计并搭建了一种模拟多环境因素影响下的导线表面缺陷模拟实验装置，可分析多种因素下导线表面毛刺缺陷的电晕放电紫外成像特性，从而可建立不同缺陷和环境影响下的紫外成像图谱库，为紫外成像法对导线缺陷进行检测奠定基础。
附图说明
图1为实验平台示意图，其中：DC-直流电源；R-保护电阻；K-有机玻璃腔体；L-试品；F-超声冷雾发生器；M-真空泵；Ra-电流采样盒；C-数据采集卡；PC-计算机；P-视频记录仪；UV-Ca-紫外成像仪；
图2为尖刺结构示意图；
图3为电晕笼结构示意图；
图4(a)为电晕笼无观测窗场强分布示意图；
图4(b)为电晕笼有观测窗场强分布示意图；
图4(c)为导线表面场强分布示意图。
具体实施方式
本发明主要公开了一种模拟多环境因素影响下的导线表面缺陷放电紫外成像模拟实验装置，该装置主要包括缺陷电晕放电模拟单元、放电信号采集单元和大气参数调节单元。其中缺陷电晕放电发生单元由试验电源、保护电阻、电晕笼、导线固定接口、导线测试段、毛刺、有机玻璃爬电绝缘结构和以有机玻璃圆筒为主体的腔体等构成，为便于观测毛刺缺陷的紫外图像特征，在腔体侧进行了开窗处理，并进行了密封处理，其观测窗的玻璃为透紫外玻璃，在240-280nm波段的紫外光透光率可达90％以上。放电信号采集单元由泄漏电流测量盒、数据采集卡、计算机、视频记录仪、紫外成像仪等构成，大气参数调节单元由腔体、超声冷雾发生器、真空泵等构成，试验系统示意图如图1所示。
电晕笼内嵌在腔体内壁上，导线测试段与腔体外壁以同轴圆柱方式安装，将有机玻璃爬电绝缘结构制成类穿墙套管结构以固定导线测试段以及导线固定接口，并利用其使导线测试段与两侧腔壁相连并保持绝缘，导线固定端与腔体的有机玻璃爬电绝缘结构相连接，试验电源、保护电阻通过导线固定接口与腔体内的导线测试段相连，从而使导线测试段在腔体内通电，模拟电晕放电。
通过泄漏电流测量盒、数据采集卡和安装数据记录软件TiePieMultiChannel的电脑获取腔体内产生的电晕电流信号，泄漏电流采样盒一端与电晕笼测量段相连，另一端直接接地，采集到的电晕电流信号再经由数据采集卡传入计算机内保存记录。另外由视频记录仪和紫外成像仪获取腔体内电晕放电时产生的紫外信号，使用绝缘固定泥将紫外成像仪支撑三脚架脚固定在地面上，防止因操作相机或其他因素致使设备镜头移位，在腔体正面中段装有透紫外玻璃圆片，腔体内产生的紫外信号可透过其被紫外成像仪捕获。
腔体背面靠左处设有直圆管，与可穿入温湿度探头的穿心式阀门相接，便于测量腔体内湿度；右端方板设有圆管，与真空泵及对应阀门连接，左端方板设有圆管，与冷雾发生器及对应阀门连接。
搭建试验平台时，超声冷雾发生器、真空泵、计算机和视频记录仪等用电设备不与直流电源共地；使用绝缘泡沫支撑电流采集盒接地端引出的地线，使其与支柱绝缘子及电晕笼防护段引出的地线隔离；使用绝缘固定泥将紫外成像仪的支撑三脚架脚固定在地面上，防止因操作相机或其他因素致使设备镜头移位。高压直流电源型号为DW-P104-2ACF2，其输出的电压范围为直流0-100kV，最大输出电流为2mA，时漂精度为0.1％，温漂精度为0.1/℃。
下面我们阐述缺陷电晕放电模拟中涉及的模拟部件结构及其特点：
1.导线测试段缺陷几何结构的模拟
在试验中选用实心红铜棒来模拟导线，导线分为固定段和试验段，固定段与腔体绝缘结构相连接，试验段为试验对象。固定段两端装配均压球，削弱端部电场强度，防止导线末端放电，试验段中间设M2型号螺纹用以装配锥形尖刺来模拟毛刺缺陷，除毛刺装配处，棒体表面光滑，导线半径分别为5mm，7.5mm，10mm。
导线测试段缺陷的几何结构由锥形尖刺的高度及尖端曲率半径控制。按几何特征，可将尖刺结构分为上中下三部分，尖刺上段部分为高1.8mm，底部直径2.5mm的圆锥，圆锥头部为半径为r的球面结构；尖刺中段部分为长度0.2-18.2mm，上下底直径为2.5mm的圆柱结构；尖刺下段部分为长度4mm，螺纹型号为M2的固定端，与导线试验段中心M2母螺纹孔以螺纹形式连接，如图2所示。
毛刺尖锐程度由圆锥头部球面半径控制，为更符合实际情况中微小毛刺的概念，其尺寸不能过大，同时需有相应对照组，故设有0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm五种；毛刺高度为其与导线连接后的高度，不包含下段的螺纹部分，设有2mm，4mm，6mm，8mm，10mm，15mm，20mm七种。
2.电晕笼及腔体的设计
为研究包括湿度、气压等多种因素影响下直流导线缺陷的电晕放电特性，需要搭建一腔体用于调节放电环境的湿度与气压，电晕笼内嵌在腔体内壁上，导线需与腔体外币以同轴圆柱方式安装。
为避免电晕笼产生端部效应，电晕笼在有测量段的同时，还需要在测量段两侧增设两端接地防护段，如图3所示。
在设计时，既要考虑让试品能在较低电压下起晕，又要考虑使电晕起始电压与击穿电压间有一定的裕度以便观测。试验中外施电压最高为1.1倍起晕电压，考虑一定裕度后，击穿电压应大于1.2倍起晕电压。单根导线的电晕起始电压Uinc计算式为式1：
式中Einc——电晕起始场强(kV/cm)；
R——导线半径(cm)；
Rc——电晕笼截面半径(cm)；
δ——空气相对密度；
P——试验气压(kPa)；
θ——试验环境温度(K)。
在试验中导线半径最大为10mm，环境温度为285±1K，实验气压最大值为标准大气压，在该条件下，当电晕笼截面半径Rc为100mm，150mm，200mm和250mm时，由式1计算得到不同半径电晕笼的电晕起始电压，由试验得到对应的击穿电压Ubd，如表1所示。
表1电晕笼起晕电压与击穿电压校验
由表1可知，电晕笼截面半径大于等于200mm时符合裕度要求，故取电晕笼截面半径为200mm。
为记录缺陷放电的可见光图像及紫外图谱，需在电晕笼中段开一观测窗，为避免因观测窗处金属铝箔缺失导致导线中段电场发生畸变，观测窗设置于罐体正面，毛刺则垂直地面向上安装。若圆形观测窗直径过大，即便观测窗平面轴向与毛刺方向垂直，仍会使电场发生一定程度的畸变，为控制电场畸变在研究允许范围内，改变观测窗直径，按本研究采用的电晕笼和光滑导线的实际尺寸建立电场仿真模型，对导线施加45kV电压，计算导线表面上边线的电场分布。当圆孔直径为150mm时，无观测窗和有观测窗时导线表面沿面电场分布分别如图4(a)、(b)所示。
在图4(c)中，开观测窗与不开观测窗情况相比，导线表面上边线电场畸变率小于5％，能确保完整记录缺陷放电的可见光图像及紫外图谱，因此圆孔直径为150mm时，在研究允许范围内。上述结果表明，该电晕笼的主要结构参数基本满足试验的要求。
可利用穿墙套管使导线与两侧腔壁相连并保持绝缘，但现有穿墙套管的重量与体积都过大，不适合安装在腔体两侧，而有机玻璃具有比重小、机械强度大、易塑形、绝缘性能优异等优点，可将有机玻璃制成类穿墙套管结构以固定导线，该结构可参考与最高试验电压相近电压等级穿墙套管的绝缘要求进行设计。标准DL/T1001-2006规定，当污秽等级为Ⅰ-Ⅱ级时，110kV穿墙套管的爬电距离范围为1760-2200mm，考虑一定的裕度，本发明使用的有机玻璃爬电绝缘结构为类穿墙套管结构，其爬电距离为2343mm。
腔体主体为内径400mm，壁厚10mm，长1200mm的有机玻璃圆筒，电晕笼内嵌在腔体内壁上，由固定在圆筒内壁的厚1mm，总长700mm的三段式铝箔制成；腔体两端采用边长500mm，厚20mm的有机玻璃方板作为侧盖，右端方板密封，左端方板可取下以便更换内部导线；有机玻璃圆筒外设有材质与腔体完全相同的宽40mm，厚度40mm的有机玻璃加固圈，以增强腔体的负压耐受能力。
腔体正面中段装有直径150mm，厚10mm的透紫外玻璃圆片，其日盲紫外线透射系数达90.3％；腔体背面靠左处设有直径30mm的圆管，与可穿入温湿度探头的穿心式阀门相接，便于测量腔体内湿度；右端方板设有直径30mm的圆管，与真空泵及对应阀门连接，左端方板设有直径50mm的圆管，与冷雾发生器及对应阀门连接。
3.电晕电流的检测
在直流电晕过程中，导线及毛刺周围的空间中将产生大量离子，与导线极性相同的离子受到电场的作用飞向电晕笼壁，并被电晕笼壁截获，从而形成电晕电流。由于电场对空间电荷做功，测量直流导线的离子电流，可以直接反映导线的电晕电流特性。
电晕电流检测系统一端与电晕笼测量段相连，另一端直接接地，由泄漏电流采样盒、数据采集卡和安装数据记录软件TiePieMultiChannel的电脑等组成。泄漏电流采样盒内置高精度无感电阻，阻值为200kΩ，绝缘耐压0.5kV，数据采集卡采样频率最高可达200MHz。
4.紫外图像信号的采集
本专利中，紫外信号通过CoroCAM504型紫外成像仪采集，拍摄时紫外成像仪接收镜头与毛刺间的距离为4.2m。该成像仪可实时计算计数框内光子数，并支持图像及视频拍摄。由于紫外成像仪探测的日盲紫外波段在电晕放电光谱中占比较小，且经光学系统传输损耗，最终到达CCD板的光子数很少，约为镜头接收光子总数的3％，仪器内部会对日盲紫外波段的光子进行增益处理以提高检测的灵敏度，在检测过程中在相同环境条件下，紫外成像仪显示的光子数与仪器增益相关，通过调节仪器增益可适应不同强度的放电，也可减小背景干扰的影响，为更有效地使用紫外成像仪需确定适合试验的增益值。
CoroCAM504型紫外成像仪的增益在0％-100％的范围内可调，调节精度为1％，随着增益的增加，紫外检测时屏幕上显示的放电区域形状依次呈点状、辐射星状和云状，继续上调增益，最终计数框将被白色光斑覆盖，放电图像严重失真。增益较小时，无法检测到强度较弱的放电，增益过大时，紫外图像失真严重，难以定位放电点位置。
5.湿度、气压等环境因素的模拟
使用真空泵对气候罐内气压进行调节，试验真空泵的型号为MS-1400H，抽气量为110L/min，针对上述设计的腔体，试验中气压调节范围设为60-101.3kPa，其中60kPa对应的海拔高度约为4km，101.3kPa为标准大气压。
气压测量采用量程为-100kPa至0kPa，误差为±1％的真空表(真空表0kPa对应的气压为标准大气压)。为防止气流过大使真空表示数失真，真空表安装在真空泵与罐体右侧板开孔间的连接管上，连接管两侧均配有气阀，当真空表示数接近试验预设值时，先关闭靠近真空泵侧的气阀，待真空表示数稳定后，读取示数，若示数与试验预设值有差距，可通过短时间开关气阀或真空泵微调，待真空表示数与试验预设值一致后，再关闭靠近罐体右侧板侧的气阀，便于后续试验时取下金属真空表，保证设备安全。由于有机玻璃电晕笼的密闭性较金属笼较弱，笼中气压会随着时间的推移而逐渐增大，速率约为6kPa/h，试验中需注意观察气压变化并进行微调。
采用型号为HQ-JS825，最大出雾量为1800mL/h的超声冷雾发生器对湿度进行调节，针对上述腔体，可调节相对湿度为15％-95％。本发明采用HUATO A2000-EB传感器外置型温湿度计测量湿度，测量范围为0％-100％，精度为±3％。
真空泵降压后，笼内相对环境湿度会随气压下降小幅减小，若想获得低气压、高湿度的试验环境，需在抽气前将笼中的相对湿度调至大于预设值的某值。当预设值为90％时，抽气前笼中相对湿度需调至接近饱和湿度的某值，易形成水珠凝结，经反复试验尝试，可先将电晕笼中气压降至稍低于预设气压值，然后同时打开真空泵抽气阀和超声冷雾发生阀5秒后再同时关闭，观察湿度计与真空表。往复几次，即可得到低气压、高湿度试验环境。
为分别获得湿度、气压对导线缺陷的电晕放电特性，可采用控制变量法进行试验研究。例如，在研究湿度对缺陷导线起晕特性的影响时，保持罐内气压，毛刺高度，毛刺尖端曲率半径及导线半径不变，调节湿度，从而获得该气压与缺陷严重程度下缺陷导线电晕特性随湿度变化的关系。相同条件试验进行3次，每次间隔6分钟，利于空间电荷的充分流散，试验从标准大气压向低气压进行，利于电晕产生的带电粒子的消散。
将本发明导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置的实验方法应用于特高压直流输电线路中对导线毛刺及断股缺陷电晕放电的检测，其效果明显。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (3)
1.一种导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置，包括缺陷电晕放电模拟单元、放电信号采集单元和大气参数调节单元，其特征为：
所述缺陷电晕放电模拟单元：对导线表面毛刺型缺陷几何结构以及电晕放电进行模拟，同时与大气参数调节单元以及放电信号采集单元相连，获得不同因素影响下的导线电晕；所述缺陷电晕放电模拟单元包括试验电源、保护电阻、电晕笼、导线固定接口、导线试验段、导线固定段、毛刺、有机玻璃爬电绝缘结构和以有机玻璃圆筒为主体的腔体；所述电晕笼内嵌在腔体内壁上，导线试验段与腔体外壁以同轴圆柱方式安装，将有机玻璃爬电绝缘结构制成类穿墙套管结构以固定导线试验段以及导线固定接口，利用其使导线试验段与两侧腔壁相连并保持绝缘；所述导线固定段与腔体的有机玻璃爬电绝缘结构相连接；试验电源、保护电阻通过导线固定接口与腔体内的导线试验段相连，使导线试验段在腔体内通电，模拟电晕放电；
所述放电信号采集单元：与缺陷电晕放电模拟单元相连，用于采集在缺陷电晕放电模拟单元中产生的电晕特征信号；所述放电信号采集单元包括泄漏电流测量盒、数据采集卡、工控机、视频记录仪、紫外成像仪；其中通过泄漏电流测量盒、数据采集卡和安装数据记录软件TiePieMultiChannel的工控机获取腔体内产生的电晕电流信号；所述泄漏电流测量盒一端与电晕笼测量段相连，另一端直接接地，采集到的电晕电流信号经由数据采集卡传入工控机内保存记录；通过视频记录仪和紫外成像仪获取腔体内电晕放电时产生的紫外信号，使用绝缘固定泥将紫外成像仪支撑三脚架固定在地面上；在腔体正面中段装有透紫外玻璃圆片，腔体内产生的紫外信号透过其被紫外成像仪捕获；
所述大气参数调节单元：与缺陷电晕放电模拟单元相连，测量并控制缺陷电晕放电模拟单元中的环境参数；所述大气参数调节单元包括腔体、超声冷雾发生器、真空泵；腔体背面靠左处设有直圆管，与穿入温湿度探头的穿心式阀门相接；右端方板设有圆管，与真空泵及对应阀门连接，左端方板设有圆管，与冷雾发生器及对应阀门连接；
导线表面毛刺型缺陷的几何结构由锥形尖刺的高度及尖端曲率半径控制；按几何特征，将尖刺结构分为上中下三部分，尖刺上段部分为高1.8mm，底部直径2.5mm的圆锥，圆锥头部为半径为r的球面结构；尖刺中段部分为长度0.2-18.2mm，上下底直径为2.5mm的圆柱结构；尖刺下段部分为长度4mm，通过螺钉与导线试验段中心螺纹孔以螺纹形式连接；所述电晕笼为中间的测量段和两端的接地防护段，截面半径为200mm；腔体主体为内径400mm，壁厚10mm，长1200mm的有机玻璃圆筒；电晕笼内嵌在腔体内壁上，由固定在圆筒内壁的厚1mm，总长700mm的三段式铝箔制成；腔体两端采用边长500mm，厚20mm的有机玻璃方板作为侧盖，右端方板密封，左端方板可取下以便更换内部导线；有机玻璃圆筒外设有材质与腔体完全相同的宽40mm，厚度40mm的有机玻璃加固圈。
2.一种导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置的实验方法，包括权利要求1所述的导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置，其特征为：包括如下步骤：
步骤1：腔体内湿度、气压环境因素的模拟步骤；使用真空泵对气候罐内气压进行调节，试验真空泵的型号为MS-1400H，抽气量为110L/min；气压测量采用量程为-100kPa至0kPa，误差为±1％的真空表，当真空表示数接近试验预设值时，先关闭靠近真空泵侧的气阀，待真空表示数稳定后，读取示数，若示数与试验预设值有差距，通过短时间开关气阀或真空泵微调，待真空表示数与试验预设值一致后，再关闭靠近罐体右侧板侧的气阀；采用超声冷雾发生器HQ-JS825对湿度进行调节；采用HUATOA2000-EB传感器外置型温湿度计测量湿度，测量范围为0％-100％，精度为±3％；真空泵降压后，笼内相对环境湿度会随气压下降小幅减小，若想获得低气压、高湿度的试验环境，需在抽气前将笼中的相对湿度调至大于预设值的某值；当预设值为90％时，抽气前笼中相对湿度需调至接近饱和湿度的某值，易形成水珠凝结，先将电晕笼中气压降至稍低于预设气压值，然后同时打开真空泵抽气阀和超声冷雾发生阀几秒后再同时关闭，观察湿度计与真空表；往复几次，即得到低气压、高湿度试验环境；
步骤2：导线表面毛刺缺陷放电的模拟步骤：选择实心红铜棒模拟导线，导线分为固定段和试验段，固定段与腔体绝缘结构相连接，试验段为试验对象；固定段两端装配均压球，削弱端部电场强度，防止导线末端放电，试验段中间设M2型号螺纹用以装配锥形尖刺来模拟毛刺缺陷，除毛刺装配处，棒体表面光滑；电晕笼内嵌在腔体内壁上，导线与腔体外壁以同轴圆柱方式安装；试验加压时，当外施电压升至0.9倍起晕电压预估值后，减缓加压速度，当观测到光子数陡增或电流波形发生脉冲后，控制每次升压幅度小于在0.3kV，每次加压间隔10秒，便于记录对应电压值下的稳定电晕参数；
步骤3：电晕电流的检测步骤；由泄漏电流采样盒、数据采集卡和安装数据记录软件TiePieMultiChannel的电脑组成电晕电流检测系统，其一端与电晕笼测量段相连，另一端直接接地；泄漏电流采样盒内置高精度无感电阻，阻值为200kΩ，绝缘耐压0.5kV，数据采集卡采样频率最高达200MHz；
步骤4：紫外图像信号的采集步骤。
3.采用权利要求2所述导线表面毛刺型缺陷放电紫外成像模拟实验装置的实验方法应用于特高压直流输电线路中对导线毛刺及断股缺陷电晕放电的检测。
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