[发明专利]正极性球-板长空气间隙流注-先导转化观测系统及方法

说明书

本发明公开了一种正极性球‑板长空气间隙流注‑先导转化观测系统及方法，该系统包括：冲击电压发生器及其测控系统，用于产生正极性操作冲击标准波；球‑板电极包括球电极和板电极，形成长空气间隙；长空气间隙击穿过程中，光电倍增管用于采集瞬时光功率；光电集成电场传感器采集空间电场强度；电容分压器用于测量电压数据；示波器用于收集和储存瞬时光功率、空间电场强度和电压数据；高速相机用于拍摄长空气间隙击穿过程中流注、先导发展的形状。本发明提供的正极性球‑板长空气间隙流注‑先导转化观测系统及方法，能够解决现有技术的不足，简化了观测手段，可以简单、方便的判断正极性球‑板间隙流注‑先导转化完成时刻。

技术领域

本发明涉及正极性长空气间隙放电观测技术领域，特别是涉及一种正极性球-板长空气间隙流注-先导转化观测系统及方法。

背景技术

均压屏蔽球是换流站阀厅中的一种重要金具，半径一般为0.25m～1m，其和周围接地体组成的空气间隙放电特性与长空气球-板间隙相似。相较以往棒-板、棒-棒等空气间隙类型，球电极呈现电晕表面面积更大、空间电荷更加密集、放电起始位置更加随机的显著特点。流注-先导转化是长空气间隙放电发展过程中最为重要的能量转化节点，因此研究长空气球-板间隙流注-先导转化的特性对换流站各系统可靠性运行具有重要意义。

Gallimberti团队指出当流注茎(stem)温度上升至热电离的临界温度约1500K时，流注-先导转化完成，放电通道温度测量对判定先导起始时刻具有重要意义，因此研究学者逐渐将先导放电的研究重点聚焦到其热特性上。基于放电通道温度测量的纹影技术是研究放电过程发展规律的重要手段。华中科技大学的贺恒鑫、程晨等学者利用定量纹影成像系统，测量棒-板间隙流注-先导转化过程的温度，依据实验数据对Gallimberti流注-先导转化模型进行优化。王梦寒利用纹影仪对尖端放电过程中先导通道根部进行观测，确定了流注-先导转化时间与stem半径和注入电荷量的关系。

棒电极的曲率半径一般为0.25cm～1cm，放电通道初始先导位置相对固定；屏蔽球的曲率半径一般为0.25m～1m，放电通道初始先导出现位置随机分布在球的下表面。而纹影系统由于受到核心部件—透镜组镜面尺寸的限制，目前的观察视窗仅限于电极附近(一般≤30cm)范围内。因此使用定量纹影测量技术可以获得棒-板间隙流注-先导转化过程中放电通道的温度分布特性，但对于曲率半径较大的球电极，纹影仪无法保证每次均能测得其端部放电通道的温度场。

发明内容

本发明的目的是提供一种正极性球-板长空气间隙流注-先导转化观测系统及方法，能够解决现有技术的不足，简化了观测手段，可以简单、方便的判断正极性球-板间隙流注-先导转化完成时刻。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种正极性球-板长空气间隙流注-先导转化观测系统，该系统用于正极性球-板长空气间隙放电过程，包括：

冲击电压发生器及其测控系统，用于产生正极性操作冲击标准波；

球-板电极，其与所述冲击电压发生器的输出端连接，包括球电极和板电极，球电极和板电极之间形成长空气间隙，球电极为高电位，板电极为低电位，用于放电击穿长空气间隙；

光电倍增管，用于采集长空气间隙击穿过程中的瞬时光功率，并通过光纤将信号传送至示波器；

光电集成电场传感器，以Mach-Zehnder干涉仪为基本结构，根据铌酸锂LiNbO₃晶体的Pockels效应采集长空气间隙的空间电场强度，并通过光纤将信号传送至示波器；

电容分压器，其与所述冲击电压发生器并联，用于测量所述冲击电压发生器的输出电压数据，并将数据传输保存至示波器；

示波器，与光电倍增管、光电集成电场传感器和电容分压器相连，用于收集和储存瞬时光功率、空间电场强度和电压数据；