CN217360146U - 用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器。该模拟器包括电源、输电线电极、分压器、电压检测装置、电流检测装置，其中，输电线电极连接于电源，输电线电极与植被样本间隔预定距离，植被样本接地，电流检测装置位于输电线电极与电源之间的连接线上，用于检测输电线电极与植被样本之间被击穿时的击穿电流，分压器的一端连接电源，分压器的另一端接地，分压器的分压输出端通过电压检测装置接地，电压检测装置用于检测输电线电极与植被样本之间被击穿时的击穿电压。本实用新型解决了相关技术中，缺少输电线与植被之间放电引发山火的机理研究装置的技术问题。

Description

用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器

技术领域

本实用新型涉及电网安全领域，具体而言，涉及一种用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器。

背景技术

电网输电线路多架设于林区、山区、草甸、农区和丘陵区域，容易受到沿线走廊区域植被影响，进而在地理因素和气象因素的作用下引发山火，山火易引发输电线路机械损伤，输电线路机械损伤容易导致输电线附近的空气发生电离，电离的空气辅以导电烟尘颗粒和输电线附近的畸变电场，会产生电弧放电并随机击穿输电线路走廊区域空气，进而诱发多电位、多回路、长距离、高频次电压、超高压和特高压输电线路跳闸，并加剧山火蔓延，导致输电线路和山火的交互性灾害。

目前，缺少一种对输电线路架设区域中，由输电线和植被之间放电引发山火的机理进行研究的装置。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器，以至少解决相关技术中，缺少输电线与植被之间放电引发山火的机理研究装置的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器，其特征在于，包括：电源、输电线电极、分压器、电压检测装置、电流检测装置，其中，输电线电极连接于电源，输电线电极与植被样本间隔预定距离，植被样本接地；电流检测装置位于输电线电极与电源之间的连接线上，用于检测输电线电极与植被样本之间被击穿时的击穿电流；分压器的一端连接电源，分压器的另一端接地，分压器的分压输出端通过电压检测装置接地，电压检测装置用于检测输电线电极与植被样本之间被击穿时的击穿电压。

可选地，模拟器包括：记录器，其中，记录器用于在植被样本为多种时，记录多种植被样本对应的击穿电流和击穿电压。

可选地，电流检测装置包括：微电流传感器和微电流采集仪；微电流传感器的第一端连接电源，微电流传感器的第二端连接输电线电极，用于在输电线电极与植被样本之间被击穿时，对输电线电极与电源之间的连接线上的击穿电流进行感应；微电流采集仪，连接于微电流传感器，用于对微电流传感器感应的击穿电流进行采集。

可选地，模拟器还包括：电阻，植被样本经电阻接地。

可选地，模拟器还包括：变压器，变压器连接于电流检测装置与电源之间的连接线上，用于对电源的电压进行放大。

可选地，模拟器还包括保护电阻，保护电阻连接于电源和变压器之间的连接线上。

可选地，保护电阻包括水电阻。

可选地，模拟器还包括；图像采集仪，用于在输电线电极与植被样本之间被击穿时，采集样本植被的图像数据。

可选地，模拟器还包括：温度传感器，用于在输电线电极与植被样本之间被击穿时，采集样本植被的温度数据。

可选地，电压检测装置包括示波器。

在本实用新型实施例中，植被放电模拟器包括电源、输电线电极、分压器、电压检测装置、电流检测装置，其中，输电线电极连接于电源，输电线电极与植被样本间隔预定距离，植被样本接地，电流检测装置位于输电线电极与电源之间的连接线上，分压器的一端连接电源，分压器的另一端接地，分压器的分压输出端通过电压检测装置接地。其中，电压检测装置用于检测输电线电极与植被样本之间被击穿时的击穿电压，通过检测输电线电极与植被样本间被击穿时的电压信号，可以获取植被样本与输电线之间间隔预定距离的情况下，会引发输电线与植被样本间发生电击击穿的电压，或者说，可以获取输电线电压等于该电压时，植被样本与输电线之间会发生电击击穿的安全距离阈值，该安全距离阈值即为前述的输电线与植被样本之间间隔的预定距离，由此，可以获取植被放电引发山火的安全距离阈值与输电线中电压之间对应关系。电流检测装置用于检测输电线电极与植被样本之间被击穿时的击穿电流，植被与输电线之间产生放电击穿后，输电线中会产生行波电流，根据输电线路中产生的行波电流，可以对山火引发的输电线路跳闸进行预测，进而解决了相关技术中，缺少输电线与植被之间放电引发山火的机理研究装置技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器的结构框图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器电路的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些系统、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本实用新型实施例，提供了一种用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器实施例，图1是根据本实用新型实施例的可选的用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器的框架图，如图1所示，该模拟器包括：电源101、输电线电极102、电流检测装置 104、分压器105、电压检测装置106，其中，输电线电极102连接于电源101，输电线电极102与植被样本103间隔预定距离，植被样本103接地；电流检测装置104位于输电线电极102与电源101之间的连接线上，用于检测输电线电极102与植被样本 103之间被击穿时的击穿电流；分压器105的一端连接电源101，分压器105的另一端接地，分压器105的分压输出端通过电压检测装置106接地，电压检测装置106用于检测输电线电极102与植被样本103之间被击穿时的击穿电压。

作为一种可选实施例，输电线电极与植被样本之间的相对位置可以有多种，比如，输电线电极可以位于植被样本一端的上方，并与植被样本的一端间隔预定距离，又比如，输电线电极的一端边缘也可以对着植被样本，并与植被样本表面间隔预定距离。模拟器中的输电线电极用于模拟电网中的输电线，其形状可以有多种，比如，可以为平板状、细柱状，等等。其中，电压检测装置的种类有多种，例如，电压检测装置可以为示波器。

在上述实施例中，输电线电极连接于电源，输电线电极与植被样本间隔预定距离，植被样本接地，电流检测装置位于输电线电极与电源之间的连接线上，分压器的一端连接电源，分压器的另一端接地，分压器的分压输出端通过电压检测装置接地。其中，电压检测装置用于检测输电线电极与植被样本之间被击穿时的击穿电压，通过检测输电线电极与植被样本间被击穿时的电压信号，可以获取植被样本与输电线之间间隔预定距离的情况下，会引发输电线与植被样本间发生电击击穿的电压，或者说，可以获取输电线电压等于该电压时，植被样本与输电线之间会发生电击击穿的安全距离阈值，该安全距离阈值即为前述的输电线与植被样本之间间隔的预定距离，由此，可以获取输电线与植被之间放电引发山火的安全距离阈值与输电线中电压之间对应关系。

在本可选实施例中，电流检测装置用于检测输电线电极与植被样本之间被击穿时的击穿电流。植被放电是一个长时间的放电过程，植被与输电线之间产生放电击穿后，输电线中会产生行波电流，根据输电线路中产生的行波电流，可以对山火引发的输电线路跳闸进行预警。因为高压输电线跳闸前会有微电流行波产生，所以在架设有高压输电线的区域，可以通过行波电流监测进行输电线跳闸的预测，工作人员可以在输电线跳闸前定位到引发跳闸的植被放电位置，通过砍断放电植被等方法来避免高压输电线路跳闸。

作为一种可选实施例，模拟器还包括记录器，记录器用于在植被样本为多种时，记录各植被样本对应的击穿电流和击穿电压。

需要明白的是，不同植被的含水率和电阻不同。在植被与输电线间的间距相同的情况下，引发不同含水率和电阻的植被样本产生放电击穿的电压也不同，或者说，对于不同含水率和电阻的植被，当输电线中的电压相同时，导致不同植被放电击穿的安全距离阈值也不同。

在本可选实施例中，通过记录不同植被样本对应的击穿电压，可以获取不同植被产生放电击穿时，植被放电引发山火的安全距离阈值与输电线中电压之间对应关系。在实际应用中，在架设有高压输电线的区域，在知道高压输电线电压的情况下，可以根据由上述植被放电模拟器获取的输电线电压与不同植被的安全距离阈值的对应关系，确定该高压输电线架设区域中，各植被与输电线之间的距离是否小于与输电线电压对应的安全距离阈值。在植被与输电线之间的距离小于与输电线电压对应的安全距离阈值的情况下，植被与输电线之间存在放电击穿进而引发山火的可能，可以通过砍断植被或将植被移至远离输电线区域等方法，使植被与输电线间的距离大于与输电线电压对应的安全距离，由此避免因植被放电而引发的山火。

作为一种可选实施例，电流检测装置包括：微电流传感器和微电流采集仪；微电流传感器的第一端连接电源，微电流传感器的第二端连接输电线电极，用于在输电线电极与植被样本之间被击穿时，对输电线电极与电源之间的连接线上的击穿电流进行感应；微电流采集仪，连接于微电流传感器，用于对微电流传感器感应的击穿电流进行采集。

需要明白的是，植被放电是一个长时间放电过程，植被放电时，植被表面与输电线之间会产生电弧，并在输电线中产生行波电流，行波电流比较小，行波电流通常为几十毫安。在本可选实施例中，通过微电流传感器和微电流采集仪采集毫安量级的行波电流，提高了测试结果的准确性和精确度。

作为一种可选实施例，模拟器还包括电阻，植被样本经电阻接地。在一个实施例中，通过测试经过该接地电阻的电流，获取植被放电击穿后的泄漏电流。

作为一种可选实施例，模拟器还包括变压器，变压器连接于电流检测装置与电源之间的连接线上，用于对电源的电压进行放大。在实践中，可引发植被放电的电压通常比较高，而使用模拟器的实验环境中，标准的供电电压通常较低，通过变压器对电源的电压进行放大，可以获取能够引起植被放电的高电压，装置简单，操作方便。

作为一种可选实施例，模拟器还包括保护电阻，保护电阻连接于电源和变压器之间的连接线上。其中，保护电阻的种类有多种，比如，在一个实施例中，使用水电阻为保护电阻，对变压器进行启停保护。通过在电源和变压器之间串联连接保护电阻，可以使变压器不受电源电流波动和电路中负载的影响，且提高了变压器的设备安全性。

作为一种可选实施例，模拟器还包括图像采集仪，图像采集仪用于采集输电线电极与植被样本之间被击穿后，样本植被的图像数据。通过图像采集仪采集植被放电击穿的图像数据，可以获取植被在不同电压下产生电弧和燃烧后的火焰变化情况，为高压输电线架设区域的山火防护提供参考数据。

作为一种可选实施例，模拟器还包括温度传感器，温度传感器用于在输电线电极与植被样本之间被击穿时采集样本植被的温度数据。在使用模拟器采集植被的击穿电压和击穿电流时，通过测试植被放电击穿后的温度数据，可以预防在实验环境中，因植被温度过高而引起的危险。

作为一种可选实施例，电流检测装置和/或电压检测装置设置有通信模块，通信模块用于将装置采集的信息发送至数据终端。数据终端包括计算机、服务器，等等。

基于上述实施例及可选实施例，提供了一种可选实施方式，下面具体说明。

相关技术中，对山火引发线路跳闸的风险进行了研究，以及对雷电对地长间隙放电直接引发山火进行了研究，但没有开展线路引发山火的机理研究，也没有对线路断线后碰触地面以及输电线对树枝的短间隙放电引发火灾的机理进行研究。

在本可选实施方式中，提供了一种用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器，用于对线路引发山火的机理和导线对树枝的短间隙放电引发火灾的机理进行了研究。

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器电路的示意图。参照图2所示，该模拟器包括电源201、水电阻202、变压器203、分压器204、微电流传感器205、微电流采集仪206、第一电极207(相当于前述实施例中的输电线电极)、树枝样本208(相当于前述实施例中的植被样本)、示波器209、电阻210、第二电极211；下面对各器件间的连接进行具体说明。

电源201的一端接地，电源201的另一端对接水电阻202的一端，水电阻202的另一端连接变压器203一侧绕组，变压器203的另一侧绕组连接分压器204的一端和微电流传感器205的第一端，微电流传感器205的第二端接第一电极207，微电流传感器205的输出端对接微电流采集仪206的输入端；树枝样本208靠近第一电极207 的一端与第一电极207之间有预设距离的间隙，树枝样本208远离第一电极207的一端通过连接线与示波器209的第一端相连，示波器209的第二端和分压器204的分压输出端相连，分压器204的另一端接地；示波器209的第一端和树枝样本208远离第一电极207的一端通过电阻210接地。

其中，树枝样本208远离第一电极207的一端放置在第二电极211上；示波器209 连接有通信模块，示波器209通过该通信模块将采集的电压数据传输至数据终端。

在一种可选实施方式中，第一电极为长度为30厘米的长钢棒，用该长钢棒模拟高压输电端的钢芯铝绞线。变压器为轻型高压试验变压器。电阻阻值为200欧姆。示波器可以同时采集树枝样本的击穿电压、击穿电流等不同信号幅度随时间变化的波形曲线。

在使用本可选实施方式提供的模拟器进行树枝放电电压和放电电流采集时，选用不同种类的树枝进行测试。为确保树枝样本可安装在模拟器上，可以对采集的树枝样本进行加工，将其加工至适当的长度。

下面对使用模拟器进行测试的方法和原理进行进一步说明。

先对树枝样本进行含水率、电阻率等性质参数的测量，然后通过绝缘装置卡槽将第一电极和树枝样本固定好，将第一电极置于树枝样本上方1至5厘米处，第一电极连接电源端，树枝样本下端5厘米处接地线并与示波器相连。

连接好模拟器的各器件后，均匀增加电源电压，将电压增加至第一电极和树枝样本间出现持续性电弧时停止升压，使第一电极和树枝样本间的高压电弧持续作用于树枝样本，直至电弧引燃树枝样本并引起线路跳闸或者达到水电阻极限。

示波器和微电流采集仪采集的数据通过通信模块传输至计算机，以供用户进行后续的分析处理。为例确保实验结果的可靠性和准确度，对于同一种树枝样本在同一间隙距离的情况下，进行多次的击穿电压测试，最终取击穿电压的平均值作为目标击穿电压。

为确保试验的准确性、系统性、可重复性和科学性，试验选用杨树、柳树、榆树、桑树、槐树、核桃树、银杏树共七种树枝作为树枝样本进行测试。在测试过程中，对每种树枝样本进行放电模拟时，将树枝样本与第一电极的间隙分别调节至5厘米、4 厘米、3厘米、2厘米和1厘米进行测试。由此，获取不同树枝样本在与输电线间隙不同的情况下的击穿电压，并获取不同植被、不同含水率和不同电阻对植被放电的影响。

该用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器还包括图像采集仪(图中未画出)，图像采集仪可用于采集树枝样本放电燃烧过程的图片数据。树枝样本放电之后，先产生电弧，在电弧持续作用于树枝样本一段时间后，树枝样本引燃，并且火焰越来越大。

本可选实施方式提供的用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器，用于采集植被与输电线间具有不同间距时的击穿电压，根据不同间距和对应的击穿电压，可以为实践应用中电网的运维人员提供数据参考，供运维人员确定山火易燃区域，及时消除植被放电引起的山火隐患，提高运维管理水平，避免发生树线故障，保障电网安全稳定运行。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于模拟输电线与植被之间放电的模拟器，其特征在于，包括：电源、输电线电极、分压器、电压检测装置、电流检测装置，其中，所述输电线电极连接于所述电源，所述输电线电极与植被样本间隔预定距离，所述植被样本接地；

所述电流检测装置位于所述输电线电极与所述电源之间的连接线上，用于检测所述输电线电极与所述植被样本之间被击穿时的击穿电流；

所述分压器的一端连接所述电源，所述分压器的另一端接地，所述分压器的分压输出端通过电压检测装置接地，所述电压检测装置用于检测所述输电线电极与所述植被样本之间被击穿时的击穿电压。

2.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述模拟器包括：记录器，其中，所述记录器用于在所述植被样本为多种时，记录多种植被样本对应的击穿电流和击穿电压。

3.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述电流检测装置包括：微电流传感器和微电流采集仪；

所述微电流传感器的第一端连接所述电源，所述微电流传感器的第二端连接所述输电线电极，用于在所述输电线电极与所述植被样本之间被击穿时，对所述输电线电极与所述电源之间的连接线上的击穿电流进行感应；

所述微电流采集仪，连接于所述微电流传感器，用于对所述微电流传感器感应的击穿电流进行采集。

4.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述模拟器还包括：电阻，所述植被样本经所述电阻接地。

5.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述模拟器还包括：变压器，所述变压器连接于所述电流检测装置与所述电源之间的连接线上，用于对所述电源的电压进行放大。

6.根据权利要求5所述的模拟器，其特征在于，所述模拟器还包括：保护电阻，所述保护电阻连接于所述电源和所述变压器之间的连接线上。

7.根据权利要求6所述的模拟器，其特征在于，所述保护电阻包括水电阻。

8.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述模拟器还包括；

图像采集仪，用于在所述输电线电极与所述植被样本之间被击穿时，采集所述样本植被的图像数据。

9.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述模拟器还包括：

温度传感器，用于在所述输电线电极与所述植被样本之间被击穿时，采集所述样本植被的温度数据。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的模拟器，其特征在于，所述电压检测装置包括示波器。

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