复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台的制作方法

本实用新型属于高电压实验技术领域，尤其涉及一种复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台。

背景技术：

高压直流输电发展日趋迅速，成为构建坚强智能电网不可或缺的要素，随着电压等级的提升，直流换流阀作为换流站的核心装备，阀塔体积日趋庞大、接线日益复杂，阀内部装置不可避免地承受交、直流复合电压和各种高次谐波的干扰，其内部电场分布也更为复杂，如果不能有效对高电位区导体表面电场进行控制，就会在电极表面发生电晕放电现象，会影响换流阀内设备的安全运行。为了获得复合电压下针对阀内电极的起晕场强控制值以实现换流阀内部的绝缘优化设计，需要对复合电压作用下换流阀内高压电极的电晕起始特性进行研究。

目前复合电压下针对高压电极的起晕特性研究比较少，主要集中在交流或直流单一电压下导线的起晕特性实验研究。研究手段主要分两类：其一为数值计算方法，其二为实验方法。数值计算方法通常基于气体放电理论建立数值计算模型，其中电极表面电晕起始判据依据气体放电理论中有关导体表面自持放电的条件来确定，该方法理论性过强同时参数选取较多依赖经验值。实验方法则是通过实验设备对电极进行观测和记录，根据电晕放电特性的物理表征量量化判断电极电晕的起晕电压。实验方法要较数值方法简单且客观直接，更具说服力和实际参考价值。在众多起晕电压判别方法中，紫外成像技术因其操作简便，检测灵敏度高，是目前国内外检测电极电晕放电较为有效的方法。目前国内外学者对于复合电压下电极电晕放电产生机理尚不明确，还没有提出能够反映复合电压下电晕放电本质特性的计算方法。因此，借助实验方法研究该电压情况下的电极电晕放电起始特性具有良好的有效性和可操作性。

换流阀的屏蔽罩电极是结构规则、对称放置的电极结构，基于阀内绝缘型式试验下的电场仿真，可以看出：由于阀内相邻屏蔽罩电极钳制电位差值较大，屏蔽罩电极表面的电场分布较恶劣、场强值较大，如果设计不合理，电极表面很容易发生电晕放电。复合电压下电磁环境复杂，为良好实现阀内屏蔽罩电极的绝缘优化设计，复合电压下屏蔽罩电极表面的起晕特性日益受到重视。由于这类电极在复合电压作用下的电晕放电复杂，其起晕特性及机理尚未知，同时现有研究还鲜有对该类电极在复合电压下的起晕特性的报道。

换流阀的屏蔽罩所处环境复杂、影响因素较多，且电极的体积较大，因此在实验室内难以直接对换流阀屏蔽罩在复合电压作用下的起晕特性进行测试。为此，需要结合换流阀屏蔽罩的电极结构及电场分布(稍不均匀电场中)特点，建立相应的缩尺模型实验平台，以获得该类电极在复合电压作用下的起晕特性及影响因素，为实际换流阀屏蔽罩的绝缘结构设计及布置提供参考。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出一种复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台，包括：安装在间距可调节电极支架上的阀用屏蔽罩结构缩尺电极、分别与阀用屏蔽罩结构缩尺电极相连的复合加压回路和复合电压测试回路以及紫外成像仪。

所述阀用屏蔽罩结构缩尺电极按照10：1的比例对阀用屏蔽罩电极结构进行等比缩小，阀用屏蔽罩结构缩尺电极包括几组不同侧边圆角和顶部圆角规格下的缩尺电极结构。

所述间距可调节电极支架是由环氧树脂绝缘杆及带有滑轨的铝合金底座构成，环氧树脂绝缘杆对阀用屏蔽罩结构缩尺电极进行支撑和绝缘，环氧树脂绝缘杆固定在滑轮上并放置带有滑轨的铝合金底座上，通过移动环氧树脂绝缘杆在滑轨上的位置可实现电极间距的调节。

所述复合加压回路由直流加压回路和交流加压回路构成，直流加压回路通 过直流电压源和直流端保护电阻串联组成，交流加压回路通过交流电压源和交流端保护电阻串联组成，直流加压回路和交流加压回路分别与两个电极相连。

所述复合电压测试回路是采用两个高压探头分别接在两个电极上，电极电压的波形通过数据采集装置进行记录。

所述紫外成像仪对准阀用屏蔽罩结构缩尺电极，用于测量电极发生电晕放电时产生的紫外光子数，通过紫外光子数随电压的变化获得电极的起晕电压。

本实用新型的有益效果为：该实验平台体积小，操作方便，所采用的交流和直流串联布置加压回路可以避免交流和直流电压的影响。通过此实验平台可获得缩尺的换流阀用屏蔽罩电极的起晕特性，同时可获得电极间隙及电极结构对起晕电压的影响，可以为实际换流阀用屏蔽罩的绝缘设计提供指导。

附图说明

图1为一种复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台电路示意图。

图2为间距可调的电极支架结构示意图及电极布置图。

图3为阀用屏蔽罩缩尺模型的缩尺电极尺寸及结构示意图。

图4为不同直流电压固定分量下电极电晕放电所释放紫外光子数随交流电压的变化曲线图。

图5为固定直流分量下电极起晕点交流电压随电极间距的变化曲线。

图6为固定直流分量下电极起晕点交流电压随电极顶部圆角的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

图1为本实用新型提供的一种复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台，包括：安装在间距可调节电极支架上的阀用屏蔽罩结构缩尺电极、分别与阀用屏蔽罩结构缩尺电极相连的复合加压回路和复合电压测试回路以及 紫外成像仪。

其中所述复合加压回路中，直流电压和交流电压分别通过保护电阻施加在两个电极上，电极间隙承受交直流复合电压。复合电压测试回路由高压探头、数据采集装置及笔记本电脑组成，实验中记录施加在电极上的电压波形。电极电晕放电产生的紫外光子通过紫外成像仪来记录。实验平台中各设备的参数介绍如下表1所示。

表1串联加压回路中所用到的实验设备及参数介绍

图2为本实用新型提供的一种复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台的间距可调的电极支架结构示意图及电极布置图。图2中两个电极相对布置，装置中两根环氧树脂绝缘杆支撑一对阀用屏蔽罩缩尺模型电极，为防止电极对地放电，电极对地高度固定为0.6m；绝缘杆的端部有螺丝可以对电 极进行拆卸，可根据不同电极规格对电极进行调换以研究复合电压下电极圆角值对电极起晕的影响；同时绝缘支撑杆底部有金属槽可以实现对电极间的距离进行调整，以方便探究复合电压下电极间隙距离对其起晕电压特性的影响。

图3为本实用新型提供的一种复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台的缩尺电极的尺寸及结构示意图。图3中电极是按照10:1的比例对实际换流阀用屏蔽罩进行等比缩小得到的电极，缩尺后的电极长度为93.4mm，宽度为42mm，厚度为12mm，电极的侧边和顶部分别进行圆角处理，为了研究圆角尺寸对电极起晕电压的影响，制作了不同圆角规格的实验电极，其中电极的侧边圆角尺寸有1.4、2.8、4.2mm，顶部圆角尺寸有9、18、27mm。

图4为采用本实用新型提供的一种复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台电极发生电晕放电产生的紫外光子数随交流电压的变化曲线。实验中电极的复合电压施加方式采取定直变交，即先固定直流电压分量，再抬升交流电压分量。在交流电压抬升的过程中通过紫外成像仪全程观测放电产生的光子数，并按照一定步长记录电晕放电过程中每组交流电压及其所对应释放的紫外光子数。然后依据实验结果绘制不同直流电压分量下电极电晕放电时的紫外光子数-交流电压曲线图(简称光子-电压曲线)，最后基于曲线特点选取电极起晕点交流电压分量的判据，即将曲线第一上升阶段的的光子数平均值对应交流电压作为电极起晕点交流分量值。

图5为采用本实用新型提供的一种复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台获得的电极起晕电压随电极间距的变化曲线。固定直流电压分量，改变电极的间距，获得每个电极间距下的光子-交流电压曲线，得到相应电极间距下的电极起晕点交流电压，即可得到电极起晕点交流电压分量随电极间距的变化曲线。

图6为采用本实用新型提供的一种复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台获得的电极起晕电压随电极顶部圆角的变化曲线。改变电极顶部圆角值，获得每个圆角值下电极的光子-电压曲线，得到相应电极顶部圆角下 的电极起晕点交流电压，即可得到固定直流分量下电极起晕点交流电压分量随电极顶部圆角的变化曲线。

综上所述，通过本实用新型提供的一种复合电压下换流阀用屏蔽罩电极缩尺模型电晕实验平台即可获得换流阀用屏蔽罩缩比电极的起晕电压特性，该实验平台操作方便，尺寸较小，适合实验室研究。采用的复合电压串联加压回路有效避免交流电压和直流电压的相互影响，通过该平台还可获得电极顶部圆角及电极间距对起晕电压和起晕场强的影响，可以进一步对换流阀用屏蔽罩的结构设计提供指导。

此实施例仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。