CN116466198A - 一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，由电晕放电气候试验箱、电晕电流采集系统、无线电干扰及可听噪声采集系统组成；电晕放电气候试验箱通过继电器控制设备实现对密封试验箱内部气压、湿度和温度等条件的改变，从而模拟不同的试验气候环境；电晕电流采集系统，用于为试验箱内部电极提供高电压并采集电晕放电产生的放电电流；无线电干扰及可听噪声采集系统，用于采集气候试验箱内部试验电极电晕放电产生的无线电干扰值及可听噪声声波波形；本发明为电晕放电的环境效应研究提供了丰富的方法与数据支撑，尤其是对高海拔地区复杂环境放电特性机理研究提供了有效的试验手段。
Description
技术领域
本发明涉及电晕放电试验技术领域，具体而言，涉及一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统。
背景技术
近年来，电能需求持续增长，然而，能源与负荷分布不平衡，为了使能源得到充分合理的利用，通过超、特高压输电技术来实现远距离传输，但由于电压等级大幅度提高，电晕效应问题随之成为特高压输电关键技术问题之一。尤其是在高原地区，相对于平原地区，电晕放电现象也更为剧烈。此外，高海拔地区气候环境复杂多变，湿度、季节性变化等外部环境因素均对电晕放电产生一定的影响。综上所述，为了推进高原等高海拔地区的输电线路建设，需要从物理机理方面出发，对低气压下多环境因素协同影响的电晕放电及其效应的产生机制进行深入研究。
针对电晕放电及电晕效应问题，现有技术中进行了大量研究。目前针对相关的机理性的试验研究主要采用小电晕笼试验或是在长期观测站进行电磁环境效应的长期实测的方式。
目前对于电晕放电及其效应特性的试验研究主要集中在低海拔地区或是环境变量较少的情况下进行。对于高海拔地区多环境因素协同作用的电晕放电特性的研究较少，另外，高海拔复杂环境下的可听噪声、无线电干扰等电晕效应问题研究内容也亟需补充。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是设计一种电晕放电及其环境效应特性的实验系统，可以实现一定环境参数范围内气压、湿度和温度的智能调节，并在此基础上，实现对不同电极的电晕放电电流、可听噪声及无线电干扰数据的实时测量。
为了实现上述技术目的，本申请提供了一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，由电晕放电气候试验箱、电晕电流采集系统、无线电干扰及可听噪声采集系统组成；
电晕放电气候试验箱包括，具有除湿回路和调温回路的密封箱，以及与密封箱连接的真空泵和加湿器，其中，电晕放电气候试验箱通过除湿回路、调温回路、真空泵和加湿器进行箱内的湿度、温度和气压的调节，并通过设置在密封箱两端的均压环与电晕电流采集系统电性连接，进行电晕放电试验；
电晕电流采集系统，与均压环电性连接，用于为试验箱内部电极提供高电压并采集电晕放电产生的放电电流；
无线电干扰可听噪声采集系统，用于采集电晕放电产生的无线电干扰值及可听噪声声波波形。
优选地，实验系统还包括继电器，分别与除湿回路、温度回路、加湿器、真空泵和电源端电性连接，用于根据电晕放电对于箱内的条件需求，进行湿度、温度和气压的调节，其中，湿度范围为相对湿度30％到90％，气压范围为101.3kPa到50kPa，箱内温度为20℃。
优选地，加湿器由曝气盘加湿器，超声波加湿器和热蒸汽加湿器组成，用于在加湿时产生不同半径的水分子簇的水蒸气分子。
优选地，密封箱还包括：除湿回路和补偿回路，其中，除湿回路用于加湿回路，对相对湿度进行控制；
补偿回路用于调节气压后对湿度变化进行补偿。
优选地，电晕电流采集系统由依次电性连接的无感电阻模块、耦合电容、第一阻波器、分压器、高压发生器组成，其中，无感电阻模块由多个无感电阻同轴并联而成；
分压器的一端还连接有数字电压表，用于测量放电电流。
优选地，无线电干扰采集系统，包括第二阻波器，高压耦合回路和接收机；
高压耦合回路包括高压耦合电容和测量回路，用于将电晕电流的高频分量耦合至低压侧；
测量回路包括：
相互并联的电阻R2和电阻R3；
电阻R1，与电阻R2串联；电阻R1通过同轴电缆与电阻R3串联；
电阻R1与高压耦合电容串联。
优选地，高压耦合电容为2000pF，耐压为110kV；
电阻R1＝275Ω；
电阻R2＝电阻R3＝50Ω。
优选地，可听噪声采集系统由声压传感器和数据采集单元组成；
声压传感器用于通过数据采集单元，在密封箱的预留孔位处，采集声音信号。
本发明公开了以下技术效果：
通过本发明所设计的电晕放电及其环境效应特性的实验系统，不仅可以系统性获取不同气压、不同湿度下的电晕放电特性，并对电晕放电产生的可听噪声及无线电干扰数据进行采集，而且由于试验箱内部的空间可以容纳针板电极、小电晕笼电极等多种电极形式，从而能够实现对不同放电模型的环境效应进行试验。本发明为电晕放电的环境效应研究提供了丰富的方法与数据支撑，尤其是对高海拔环境放电特性机理研究提供了有效的试验手段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的电晕放电试验箱装置示意图；
图2是本发明所述的试验箱环境控制回路示意图；
图3是本发明所述的电晕电流采集系统示意图；
图4是本发明所述的无线电干扰采集系统电路图；
图5是本发明所述的可听噪声采集系统电路图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1-5所示，本发明提供了一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，由电晕放电气候试验箱、电晕电流采集系统、无线电干扰及可听噪声采集系统组成；
电晕放电气候试验箱包括，具有除湿回路和调温回路的密封箱，以及与密封箱连接的真空泵和加湿器，其中，电晕放电气候试验箱通过除湿回路、调温回路、真空泵和加湿器进行箱内的湿度、温度和气压的调节，并通过设置在密封箱两端的均压环与电晕电流采集系统电性连接，进行电晕放电试验；
电晕电流采集系统，与均压环电性连接，为试验箱内部电极提供高电压并采集电晕放电产生的放电电流；
无线电干扰及可听噪声采集系统，用于采集电晕放电产生的无线电干扰值及可听噪声声波波形。
进一步优选地，本发明提到的实验系统还包括继电器，分别与除湿回路、温度回路、加湿器、真空泵和电源端电性连接，用于根据电晕放电对于箱内的条件需求，进行湿度、温度和气压的调节，其中，湿度范围为相对湿度30％到90％，气压范围为101.3kPa到50kPa，箱内温度为20℃。
进一步优选地，本发明提到的加湿器由曝气盘加湿器，超声波加湿器和热蒸汽加湿器组成，用于在加湿时产生不同半径的水分子簇的水蒸气分子。
进一步优选地，本发明提到的密封箱还包括：除湿回路和补偿回路，其中，除湿回路用于加湿回路，对相对湿度进行控制；
补偿回路用于调节气压后对湿度变化进行补偿。
进一步优选地，本发明提到的电晕电流采集系统由依次电性连接的无感电阻模块、耦合电容、第一阻波器、分压器、高压发生器组成，其中，无感电阻模块由多个无感电阻同轴并联而成；
分压器的一端还连接有数字电压表，用于测量放电电流。
进一步优选地，本发明提到的无线电干扰采集系统，包括第二阻波器，高压耦合回路和接收机；
高压耦合回路包括高压耦合电容和测量回路，用于将电晕电流的高频分量耦合至低压侧；
测量回路包括：
相互并联的电阻R2和电阻R3；
电阻R1，与电阻R2串联；电阻R1通过同轴电缆与电阻R3串联；
电阻R1与高压耦合电容串联。
进一步优选地，本发明提到的高压耦合电容为2000pF，耐压为110kV；
电阻R1＝275Ω；
电阻R2＝电阻R3＝50Ω。
进一步优选地，本发明提到的可听噪声采集系统由声压传感器和数据采集单元组成；
声压传感器用于通过数据采集单元，在密封箱的预留孔位处，采集声音信号。
实施例1：本发明提到的实验系统主体包括三部分，分别为电晕放电气候试验箱，电晕电流采集系统和无线电干扰及可听噪声采集系统，下面将分别对这三部分主体进行详细介绍。
1、电晕放电气候试验箱：
电晕放电气候试验箱的结构示意图如图1所示，密封箱与真空泵和加湿器相连，并且自身带有除湿和调温两个回路。其中除湿回路、温度回路、加湿器和真空泵均由继电器控制，此外，湿度、温度和气压调节装置在调节完毕后均能在10分钟内维持相对的恒定。
试验密封箱及所用的设备参数及特点如表1所示，设备湿度可调节范围为相对湿度30％到90％，气压范围为101.3kPa到50kPa，温度调节一般用于维持箱内温度为20℃左右不变。加湿选用曝气盘加湿器，超声波加湿器和热蒸汽加湿器共同完成，主要目的是为了模拟自然条件下的水分子，三者加湿时所产生的水蒸气分子以不同半径的水分子簇形式存在。为了使试验过程中湿度不会发生较大变化，试验设备中相对湿度大小可以受控制器调节，并保持在一个较小范围内变化。与湿度控制方案类似，温度也受控制器控制，并且可配合湿度共同调节，以便消除环境条件变化对设备内各试验参数的影响。
气候罐的设备的控制装置原理图如图2所示。设计设备控制电路后，试验设备可以智能调节湿度、温度和气压等试验参数。用户主要通过主控制器参与控制，主控制界面可控制的通道主要有4个，其中通道3负责控制加湿，通过设置通道3的湿度阈值和回差，即可完成加湿操作。但是受到设备密闭性以及外界环境的影响，湿度会发生变化，若湿度降低至湿度允许最小值(调节值-回差)以下，则加湿回路导通，加湿回路工作。但是湿度升高时，则需要除湿回路工作。通道2是除湿回路，可以配合加湿回路，将相对湿度保持在一定范围内。通道1是温度控制回路，可以负责加热与制冷，以此调节温度，其控制原理与湿度控制原理相同。通道4是补偿回路，主要是用于调节气压后湿度变化补偿。
表1
2、电晕电流采集系统：
图3为电晕电流采集系统示意图。电流采集系统主要包括电流采集电路和高频电流测量回路。其中，在进行电流信号采集时，拟采用多个无感电阻同轴并联而成，使经过各电阻电流所产生磁场在轴线上矢量叠加后相互抵消，减小电流传感器等效电感，提高电流传感器的上限带宽。分压器用于实时测量电晕放电施加的实际电压。阻波器和耦合电容主要作用于提高无线电干扰数值的测量精度。其中阻波器的主要目的是阻断导线电晕放电产生的高频电流流入电源端，保证高压耦合电容侧基本获得全部放电电流，同时阻止电源侧的干扰。
3、无线电干扰及可听噪声采集系统：
无线电干扰采集系统主要包括阻波器，高压耦合回路和接收机。阻波器连接在高压电源出口端，主要目的是阻断铝绞线电晕放电产生的高频电流流入电源端，同时，也可以阻止电源侧的干扰。高压耦合回路由高压耦合电容和测量回路组成，主要目的是将铝绞线电晕电流的高频分量耦合至低压侧，其中高压耦合电容为2000pF，耐压为110kV。同时，为了防止测量信号与接收机之间发生信号反射，耦合回路末端阻抗设置为50Ω。接收机采用的是FCKL1528接收机，输入阻抗为50Ω。其中，无线电干扰采集系统电路图如图4所示。
无线电干扰测量时，按照CISPR18-2标准规定，架空线路的无线电干扰水平是指通过300Ω电阻时的无线电干扰电压相对于1μV的分贝值(dB)。因此，所测线路电晕放电的无线电干扰水平计算如下：
V(dB/1μV/3000)＝Vm+A+R (1)
其中，Vm为接收机所测准峰值读数，A为回路衰减校正系数，R为回路阻抗校正系数。考虑到小电晕笼线路较短，衰减几乎可以忽略不计，同时，考虑到R1＝275Ω，R2＝Rm＝50Ω，则R可计算如下：
可听噪声采集系统包括声压传感器和B&K数据采集单元。声压传感器负责将采集到的声音信号转化成电信号，数据采集单元负责将传感器采集到的声压信号输入PC。其中，采用的声压传感器(4189型，Brüel&)灵敏度为50mV/Pa，有效频率范围1～40kHz，数据采集单元(3050型，Brüel&/>)提供4-6个输入通道，频率为直流信号1～51.2kHz。可听噪声采集系统示意图如图5所示。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，其特征在于，由电晕放电气候试验箱、电晕电流采集系统、无线电干扰及可听噪声采集系统组成；
所述电晕放电气候试验箱包括，具有除湿回路和调温回路的密封箱，以及与所述密封箱连接的真空泵和加湿器，其中，所述电晕放电气候试验箱通过所述除湿回路、所述调温回路、所述真空泵和所述加湿器进行箱内的湿度、温度和气压的调节，并通过设置在密封箱两端的均压环与所述电晕电流采集系统电性连接，进行电晕放电试验；
所述电晕电流采集系统，与所述均压环电性连接，用于为试验箱内部电极提供高电压并采集电晕放电产生的放电电流；
所述无线电干扰可听噪声采集系统，用于采集电晕放电产生的无线电干扰值及可听噪声声波波形。
2.根据权利要求1所述一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，其特征在于：
实现系统还包括继电器，分别与所述除湿回路、所述温度回路、所述加湿器、所述真空泵和电源端电性连接，用于根据电晕放电对于所述箱内的条件需求，进行湿度、温度和气压的调节，其中，湿度范围为相对湿度30％到90％，气压范围为101.3kPa到50kPa，箱内温度为20℃。
3.根据权利要求2所述一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，其特征在于：
所述加湿器由曝气盘加湿器，超声波加湿器和热蒸汽加湿器组成，用于在加湿时产生不同半径的水分子簇的水蒸气分子。
4.根据权利要求3所述一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，其特征在于：
所述密封箱还包括：除湿回路和补偿回路，其中，所述除湿回路用于所述加湿回路，对相对湿度进行控制；
所述补偿回路用于调节气压后对湿度变化进行补偿。
5.根据权利要求4所述一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，其特征在于：
所述电晕电流采集系统由依次电性连接的无感电阻模块、耦合电容、第一阻波器、分压器、高压发生器组成，其中，所述无感电阻模块由多个无感电阻同轴并联而成；
所述分压器的一端还连接有数字电压表，用于测量所述放电电流。
6.根据权利要求5所述一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，其特征在于：
所述无线电干扰采集系统，包括第二阻波器，高压耦合回路和接收机；
所述高压耦合回路包括高压耦合电容和测量回路，用于将电晕电流的高频分量耦合至低压侧；
所述测量回路包括：
相互并联的电阻R2和电阻R3；
电阻R1，与所述电阻R2串联；所述电阻R1通过同轴电缆与所述电阻R3串联；
所述电阻R1与所述高压耦合电容串联。
7.根据权利要求6所述一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，其特征在于：
所述高压耦合电容为2000pF，耐压为110kV；
所述电阻R1＝275Ω；
所述电阻R2＝所述电阻R3＝50Ω。
8.根据权利要求7所述一种用于电晕放电及其环境效应特性的实验系统，其特征在于：
所述可听噪声采集系统由声压传感器和数据采集单元组成；
所述声压传感器用于通过所述数据采集单元，在所述密封箱的预留孔位处，采集所述噪声信号。
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| 付万璋等: "交流输电线路可听噪声计算分析(Ⅱ)—交叉跨越架设", 高压电技术, vol. 45, no. 12, 31 December 2019 (2019-12-31), pages 4070 - 1078 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116953451A (zh) * | 2023-08-01 | 2023-10-27 | 华北电力大学（保定） | 一种用于负极性电晕放电的试验系统及试验方法 |
| CN117092406A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-11-21 | 华北电力大学（保定） | 一种用于交流电晕电流脉冲的数据统计方法及系统 |
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