[发明专利]一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统及其模拟方法

说明书

本发明公开了一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统，包括相互电连接的冲击电压发生器和分压器、与分压器电连接的球形实验电极和接地的镀锌电极板、高电位瞬态电流测量装置、电场传感器、光电倍增管、高速摄像机、示波器、与高电位瞬态电流测量装置、电场传感器、光电倍增管、高速摄像机和示波器通讯连接的模拟终端。本发明能够改进现有技术的不足，建立基于电荷积累的球‑板间隙动态流注分形发展模型，便于研究放电通道空间电荷产生、积聚和消散对放电发展的引导机制。

技术领域

本发明涉及电力设备故障诊断技术领域，尤其是一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统及其模拟方法。

背景技术

在超/特高压直流工程中，换流站阀厅一直是工程设计、成套设备、施工安装等环节的配合焦点，其内部空气间隙绝缘距离的选择更是直接关系到直流工程的安全稳定运行及工程投资。以往直流工程中为保证足够的安全裕度，阀厅空气间隙绝缘距离较大，导致相关投资费用也相应增加，而随着直流工程运行电压提高，间隙50％放电电压与间隙距离呈现明显的饱和趋势，仅增加间隙距离对提高50％放电电压的作用逐渐降低。因此系统开展阀厅空气间隙相关研究，压缩阀厅面积及减小工程投资是未来需要重点考虑的问题。

阀厅金具是传输电气负荷、承担机械荷载及发挥电磁防护作用的重要金属部件，其中屏蔽球使用量居多，几乎遍布阀厅内部各设备连接节点，每条直流输电线路的送端和收端换流站阀厅需使用数百个半径 350mm～1250mm不等的屏蔽球。球形电极与周围墙面或地面可典型化为球 -板间隙，因此操作冲击电压下球-板间隙放电特性是阀厅绝缘净距选择的重要依据。

国内外学者已针对棒-板和棒-棒等典型间隙结构开展了系统研究，获得了放电发展过程中的电场、电流和温度场等相关特征参数，但就球形电极尤其是大直径球形电极，随着电极曲率半径的增大，流注放电临界体积也相应增大，同时放电通道中电离产生的电荷更多，球电极初始流注注入电荷量远大于棒-棒和棒-板间隙，导致初始流注起始场强、放电通道空间电荷分布形态发生改变，现有流注起始判据不再适用于大直径球-板间隙，实验测试结果与理论分析存在较大差异。因此，亟需开展操作冲击电压下长空气球-板间隙放电试验，分析流注起止时间、流注起始场强、空间电荷和放电路径等多特征参数，研究长空气球-板间隙放电特性及其机理，确定大直径球-板间隙流注起始判据，结合流注形态特征建立反映流注发展过程的物理仿真模型，深入探索放电通道空间电荷产生、积聚和消散对放电发展的引导机制，为建立更加完善的长间隙放电物理模型奠定基础，并推广应用至其他条件下放电发展过程预测，进一步提升直流输电系统绝缘设计的安全性和经济性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统及其模拟方法，能够解决现有技术的不足，建立基于电荷积累的球-板间隙动态流注分形发展模型，便于研究放电通道空间电荷产生、积聚和消散对放电发展的引导机制。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统，包括，

相互电连接的冲击电压发生器和分压器，用于生成电压信号触发源；

与分压器电连接的球形实验电极和接地的镀锌电极板，用于形成实验放电电场；

高电位瞬态电流测量装置，用于测量放电过程中的高电位电流，以确定初始流注发展过程中注入电荷量；

电场传感器，用于测量放电过程中的空间瞬态电场，以确定初始流注发展过程中初始流注起始场强、初始流注场强跃升幅值和畸变电场恢复时间；

光电倍增管，用于测量放电过程中瞬时光功率，以确定初始流注发展过程中初始流注起止时间；

高速摄像机，用于观测放电通道运动轨迹和放电发展速度；

示波器，用于采集空间场强、瞬时光功率和电极电压信号；