一种模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台，用于对输电线路走廊的实际环境进行模拟，从而获得间隙在不同燃烧条件下的击穿特性，进而对山火条件下输电线路跳闸机理进行定量研究；包括试验电源、水电阻、分压器和密闭实验室，所述的密闭实验室内部设置有第一电极、第二电极、绝热板、电阻盒、重量传感器、数字摄相机DV、高速摄像机、红外测温仪、风扇、颗粒发生器和信号采集系统；本发明可以方便的开展间隙在不同燃烧条件下的对比试验，很好地弥补了目前试验平台试验因素过于单一的问题，为山火条件下间隙击穿特性的定量研究提供了可能；该平台操作简单，适用性强，满足设计的要求。
【专利说明】一种模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于电气工程【技术领域】，特别涉及一种模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台。
[0003]
【背景技术】
[0004]随着我国经济的快速发展，电力需求持续强劲增长，推动了我国电网设施的投资与建设。输电线路的大量建设使得电力走廊的紧张形势日益严峻，因而许多输电线路的走廊被迫建设在植被茂盛的深山中，这些地区不可避免地会发生山火。特别是近年来极端天气的影响，以及烧荒、祭祀等风俗盛行，使得输电线路因山火跳闸而引发大规模停电的事故越来越多，严重影响电网的安全稳定运行，给国民经济带了重大损失。
[0005]为了提出有效的监测及防治山火引发输电线路跳闸措施，国内外学者开展了大量试验与理论分析，发现山火条件下输电线路跳闸主要与火焰高温、高电导率和颗粒灰烬大量增加有关，但目前仍处于定性研究阶段，并无明确系统的研究结论。所以建立多因素山火试验平台，研究不同因素下间隙的放电特性具有重要意义；现有山火试验平台影响因素过于单一，针对一些重要影响因素如颗粒、风速、火势强度等无法有效开展，同时并无有效的数据采集分析系统，无法获得全面系统、定量的研究结论；为了深入定量研究山火条件下输电线路跳闸机理，提出了一种多因素融合的山火条件下间隙放电特性试验平台，基于该试验平台可对输电线路走廊实际运行环境进行模拟，可获得不同影响因素下的间隙击穿特性，为山火条件下输电线路的跳闸机理提供数据支撑。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对现有的技术问题，提供一种模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台，利用该平台在不同的影响因素下开展导线-板、棒-板间隙在火焰条件下的工频、直流电压击穿特性试验，获得间隙击穿电压与各影响因素之间的定量关系，结合试验结果以及气体放电理论分析山火引发输电线路跳闸机理。
[0008]本发明所采用的技术方案是:一种模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台，用于对输电线路走廊的实际环境进行模拟，从而获得间隙在不同燃烧条件下的击穿特性，进而对山火条件下输电线路跳闸机理进行定量研究；其特征在于:包括试验电源、水电阻、分压器和密闭实验室，所述的密闭实验室内部设置有第一电极、第二电极、绝热板、电阻盒、重量传感器、数字摄相机DV、高速摄像机、红外测温仪、风扇、颗粒发生器和信号采集系统；所述的试验电源用于产生工频或直流电压；所述的重量传感器用于监测植被可燃物燃烧时质量的变化、进而反应火势强度；所述的数字摄相机DV及高速摄像机用于观察和记录整个燃烧过程以及放电过程；所述的风扇用于调整试验环境风速；所述的颗粒发生器用于改变间隙间烟尘浓度；所述的的红外测温仪用于监测火焰温度以及电极温度；所述的电阻盒用于泄漏电流信号的采集；所述的信号采集系统用于同时监测和保存可燃物质量、泄漏电流以及电压信号；所述的试验电源、水电阻、分压器、第一电极和第二电极依次串联组成；所述的第二电极设置于所述的密闭实验室内下底部上，植被可燃物放置于所述的第二电极的正中央，所述的重量传感器布置于所述的第二电极下方，两者之间利用所述的绝热板隔开；所述的第二电极的引出线接至所述的电阻盒；所述的植被可燃物一边设置有数字摄相机DV及高速摄像机、另一边设置有红外测温仪、风扇以及颗粒发生器，所述的第一电极与数字摄相机DV、高速摄像机、红外测温仪、风扇以及颗粒发生器之间预留有足够的安全距离；所述的分压器低压侧的输出端、电阻盒的输出端以及重量传感器的输出端均接至所述的信号采集系统，所述的信号采集系统用于对采集的信号进行实时分析处理。
[0009]作为优选，所述的高速摄像机还配置有滤镜，所述的滤镜为窄波带通滤光镜，可减弱火焰光的影响，用于高速摄像机对间隙击穿时火焰中电弧路径发展的观测。
[0010]作为优选，所述的第一电极为高压棒电极或高压导线电极，所述的第二电极为接地板电极。
[0011]作为优选，所述的风扇配置有风速计，用于风速测量。
[0012]作为优选，所述的重量传感器为四个，分别布置于所述的绝热板的四个角上，用于采集植被可燃物燃烧过程重量的变化情况。
[0013]作为优选，四个重量传感器经屏蔽电缆，接入四合一变送器，变送器对四路重量信号进行相加、放大后输入NI数据采集卡，NI数据采集卡将重量信号、泄漏电流信号以及分压器电压信号由模拟量转换成数字量后，经传输电缆输入所述的信号采集系统。
[0014]本发明的有益效果是:
1)、该平台操作简单，使用方便；
2)、该平台可方便、全面地开展不同燃烧条件下的对比试验，可获得大量数据，为山火条件下输电线路跳闸机理提供数据支持；
3)、利用该试验平台，可以连续、有效地获取间隙放电过程的电压信号、泄漏电流信号以及植被重量变化信号，还能获得间隙击穿过程的火焰温度和形态变化、电弧路径发展情况以及植被燃烧过程的颗粒及灰烬情况，这些数据的获取，可为山火条件下间隙的放电机理及模型的建立提供数据支撑。
[0015]
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1:为本发明实施例的试验平台示意图。
[0017]图2:为本发明实施例的重量传感器布置图。
[0018]图3:为本发明实施例的信号采集系统原理图。
[0019]
【具体实施方式】
[0020]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]请参见图1、图2和图3，本发明所采用的技术方案是:一种模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台，用于对输电线路走廊的实际环境进行模拟，从而获得间隙在不同燃烧条件下的击穿特性，进而对山火条件下输电线路跳闸机理进行定量研究；包括试验电源14、水电阻15、分压器16和密闭实验室1，所述的密闭实验室I内部设置有高压导线电极2、接地板电极4、绝热板5、电阻盒6、重量传感器7、数字摄相机DV8、滤镜9、高速摄像机10、红外测温仪11、风扇12、颗粒发生器13、风速计和信号采集系统。
[0022]本实施例中的实验电源14容量为250 kVA，可以产生最高250kV的工频电压以及最高350 kV的直流电压；水电阻15阻值为10 kQ ;分压器16为阻容结构，变比为5000:1 ;电极包括高压导线电极2、接地板电极4，其中导线电极2为不锈钢钢管，钢管长为lm，直径为2cm，两端附有直径为1cm的均压球，接地板电极4为I X Im2铁板；重量传感器7为S型压力传感器，量程为(T50kg，4个重量传感器可对200kg以下植被重量进行测量，变送器放大倍数为10倍，其输出电压为(TlOV ;数字摄相机DV8型号为索尼HDR-CX580E，可连续摄像一个小时以上；红外测温仪11型号为VST-H，可对火焰体及电极温度进行连续拍摄；高速摄像机10型号为S-PRI F2，其分辨率为1280 X 1024，帧数可达500帧/秒。风扇12可产生3个不同等级的风速；颗粒发生器13将植被燃烧灰烬碾碎后，可以以3种不同速度吹入间隙，从而得到不同浓度的烟尘与颗粒。
[0023]信号采集系统是由上海恩艾公司生产的ΝΙ-6210采集卡以及Labview软件系统共同组成，输入信号范围为-1(T10V，可对16路信号进行同步采集；
试验电源14、水电阻15、分压器16、导线电极2以及接地板电极4依次串联，试验电源14中调压器的输入电压为380V，其输出端经水电阻15与分压器16的高压端相连，分压器16的高压端接入密闭实验室1，与导线电极2相连，导线电极2通过绳索悬挂在密闭实验室I的顶梁上，导线电极2与接地板电极4的距离可利用绳索进行自由调整；接地板电极4设置于密闭实验室I内下底部上，植被可燃物3放置于所述的接地板电极4的正中央，四个重量传感器7分别布置于接地板电极4下方，两者之间利用绝热板5隔开，用于采集木垛燃烧过程重量的变化情况；接地板电极4的引出线接至电阻盒6，用于采集泄漏电流信号；植被可燃物3 —边设置有数字摄相机DV8及高速摄像机10、另一边设置有红外测温仪11、风扇12以及颗粒发生器13，导线电极2与数字摄相机DV8、高速摄像机10、红外测温仪11、风扇12以及颗粒发生器13之间预留有足够的安全距离；高速摄像机10还配置有滤镜9，滤镜9为窄波带通滤光镜，可减弱火焰光的影响，用于高速摄像机10对间隙击穿时火焰中电弧路径发展的观测；风扇12配置有风速计，用于风速测量；红外测温仪11用于监测燃烧加压过程火焰温度以及电极温度的变化；风扇12用于模拟环境风速对山火条件下间隙击穿特性的影响，可产生三种不同等级的风速，实际风速大小利用风速计进行测量；颗粒发生器13将植被燃烧灰烬碾碎后，可以三种不同的速度吹入间隙，用于改变间隙间烟尘浓度，模拟不同烟尘浓度下间隙的击穿特性；
请见图3，为本实施例的信号采集系统，四个重量传感器7经屏蔽电缆，接入四合一变送器，变送器对四路重量信号进行相加、放大后输入NI数据采集卡；ΝΙ数据采集卡将重量信号、泄漏电流信号以及分压器电压信号由模拟量转换成数字量后，经传输电缆输入Labview信号采集系统，采集频率可根据需要进行调整，本实例设置为1000Hz，信号采集系统可对三路信号进行实时监测；针对植被可燃物种类、火势强度、间隙长度、电极类型、烟尘浓度、无机盐含量以及风速大小等因素，采用单一因素试验法，在不同影响因素下记录间隙击穿过程的环境温湿度、间隙红外温度图像、火焰形态及高度、烟尘浓度、风速、植被重量、击穿电压、泄漏电流以及电弧发展过程等参数，综合分析在不同燃烧条件下，火焰间隙的放电特性，得到山火条件下间隙交直流击穿特性模型，为系统分析山火条件下输电线路跳闸机理提供支持，最终可为山火的防治与监测提供理论支撑。
[0024]本发明的工作原理是:试验电源14提供工频或直流电压，输出电压依次经过水电阻15、分压器16、高压电极2 (棒或导线)以及接地板电极4 ;水电阻15起限流保护回路的作用，分压器16则将输入的高压经过一定的变比降低到可输入信号采集系统的电压信号；分压器16的高压侧接至高压电极2，高压电极2与接地板电极4之间的间隙距离可根据需要进行调整；一旦间隙之间的电压值超过其闪络电压，间隙便会发生击穿。期间利用数字摄相机DV8观察火焰形态变化以及颗粒与灰烬的产生情况；利用高速摄像机10和滤镜9观察火焰间隙击穿过程电弧的路径变化；利用红外测温仪11监测火焰温度以及电极温度变化；重量传感器7将植被可燃物3燃烧过程重量信号转换成电压信号经变送器合并放大后，输入NI数据采集卡，反映植被燃烧过程火势强度的变化；利用电阻盒6采集间隙击穿前后泄漏电流的变化情况；重量信号、泄漏电流以及分压器电压信号均由NI数据采集卡将模拟量转换成数字量后，经传输电缆输入Labview信号采集系统。采用单一因素试验法，通过改变植被可燃物3的种类与面积、电极形状、燃烧强度、间隙间的距离、烟尘浓度，风速、无机盐含量等来定量分析不同影响因素下间隙的放电特性；研究间隙的击穿电压与火焰温度、火焰高度、火势强度、烟尘浓度、风速、无机盐含量等参数的关系，获得山火条件下间隙放电特性模型，系统分析山火条件下输电线路的跳闸机理。
[0025]本发明可以方便的开展间隙在不同燃烧条件下的对比试验，很好地弥补了目前试验平台试验因素过于单一的问题，为山火条件下间隙击穿特性的定量研究提高了可能；该平台操作简单，适用性强，满足设计的要求。
[0026]尽管本说明书较多地使用了密闭实验室1、高压导线电极2、接地板电极4、绝热板5、电阻盒6、重量传感器7、数字摄相机DV8、滤镜9、高速摄像机10、红外测温仪11、风扇12、颗粒发生器13、实验电源14、水电阻15、分压器16、风速计和信号采集系统等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
[0027]应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
[0028]应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台，用于对输电线路走廊的实际环境进行模拟，从而获得间隙在不同燃烧条件下的击穿特性，进而对山火条件下输电线路跳闸机理进行定量研究；其特征在于:包括试验电源(14)、水电阻(15)、分压器(16)和密闭实验室(1)，所述的密闭实验室(I)内部设置有第一电极(2)、第二电极(4)、绝热板(5)、电阻盒(6)、重量传感器(7)、数字摄相机DV (8)、高速摄像机(10)、红外测温仪(11)、风扇(12)、颗粒发生器(13)和信号采集系统；所述的试验电源(14)用于产生工频或直流电压；所述的重量传感器(7)用于监测植被可燃物(3)燃烧时质量的变化、进而反应火势强度；所述的数字摄相机DV (8)及高速摄像机(10)用于观察和记录整个燃烧过程以及放电过程；所述的风扇(12)用于调整试验环境风速；所述的颗粒发生器(13)用于改变间隙间烟尘浓度；所述的的红外测温仪(11)用于监测火焰温度以及电极温度；所述的电阻盒(6)用于泄漏电流信号的采集；所述的信号采集系统用于同时监测和保存可燃物质量、泄漏电流以及电压信号； 所述的试验电源(14)、水电阻(15)、分压器(16)、第一电极(2)和第二电极(4)依次串联组成； 所述的第二电极(4)设置于所述的密闭实验室(I)内下底部上，植被可燃物(3)放置于所述的第二电极(4)的正中央，所述的重量传感器(7)布置于所述的第二电极(4)下方，两者之间利用所述的绝热板(5)隔开；所述的第二电极(4)的引出线接至所述的电阻盒(6)；所述的植被可燃物(3 ) 一边设置有数字摄相机DV (8 )及高速摄像机(10 )、另一边设置有红外测温仪(11)、风扇(12)以及颗粒发生器(13)，所述的第一电极(2)与数字摄相机DV (8)、高速摄像机(10)、红外测温仪(11)、风扇(12)以及颗粒发生器(13)之间预留有足够的安全距离； 所述的分压器(16)低压侧的输出端、电阻盒(6)的输出端以及重量传感器(7)的输出端均接至所述的信号采集系统，所述的信号采集系统用于对采集的信号进行实时分析处理。
2.根据权利要求1所述的模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台，其特征在于:所述的高速摄像机(10)还配置有滤镜(9)，所述的滤镜(9)为窄波带通滤光镜，可减弱火焰光的影响，用于高速摄像机(10)对间隙击穿时火焰中电弧路径发展的观测。
3.根据权利要求1所述的模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台，其特征在于:所述的第一电极(2)为高压棒电极或高压导线电极，所述的第二电极(4)为接地板电极。
4.根据权利要求1所述的模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台，其特征在于:所述的风扇(12)配置有风速计，用于风速测量。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台，其特征在于:所述的重量传感器(7)为四个，分别布置于所述的绝热板(5)的四个角上，用于采集植被可燃物(3)燃烧过程重量的变化情况。
6.根据权利要求5所述的模拟山火条件下多因素影响的间隙放电特性试验平台，其特征在于:四个重量传感器(7)经屏蔽电缆，接入四合一变送器，变送器对四路重量信号进行相加、放大后输入NI数据采集卡，NI数据采集卡将重量信号、泄漏电流信号以及分压器电压信号由模拟量转换成数字量后，经传输电缆输入所述的信号采集系统。
【文档编号】G01R31/12GK104360245SQ201410651007
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】黎鹏, 黄道春, 阮江军, 张亚飞, 普子恒, 魏晗, 秦知航, 龙明洋 申请人:武汉大学