基于耦合等势原理的直流导线电晕空间电荷分布的测试方法与流程

本发明涉及直流电晕电气参数测量领域，特别是一种基于耦合等势原理的直流导线电晕空间电荷分布的测试方法。

背景技术：

直流电场和离子流的监测已成为直流输电工程环境影响评价监测的重要部分。直流输电线路电晕放电所产生的空间电荷在电场中定向运动，由此产生的空间电流，被称为离子流，其分布于整个场域。直流合成电场是由标称电场和空间电位共同作用产生,且空间电荷产生的电场易受外界环境变化的影响,因此合成电场难以被准确地测量。

现有的测量方法测量的仅是地面上的直流合成电场，采用的是旋转伏特计，1.旋转伏特计只能用于测量地表处的合成场强，不能测量直流场的空间分布；2.在实际测量中为保证旋转伏特计的测量精度，往往还需要做相应的防电场畸变措施，如铺设屏蔽金属板等；3.由于空间中存在大量的带电电荷，场域内的空间电位将进入旋转伏特计探头内，会对测量结果产生一定影响。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于耦合等势原理的直流导线电晕空间电荷分布的测试方法。具体设计方案为：

一种基于耦合等势原理的直流导线电晕空间电荷分布的测试方法，包括搭接步骤、调压步骤、采集步骤、计算步骤，完成搭接步骤后，多次交替重复所述调压步骤、采集步骤，最后进行计算步骤，

所述搭接步骤中，搭建与输电线路平行的一段测量导线，所述测量导线的一端通过绝缘支架固定于底面的上方，另一端与高压直流电源相连，所述高压直流电源通过采样电阻接地，

所述调压步骤中，从低到高调节高压直流电源的输出电压，

基于耦合等势原理，当耦合细导线上施加的电压为细导线所处位置的空间电位时，由于此时导线所处位置的空间电位无畸变，因为细导线即不会吸附空间电荷，也不会排斥空间电荷，故而此时细导线注入的离子流的值为0，

流经采样电阻的电流i大于零，说明测试导线附近仍有空间电荷注入，此时的测试导线施加的电位小于空间合成电位，应当增大测试导线的施加电位；当测试导线的施加电位逐步增大，使得采样电阻两端电压恰好为零，

此时所述高压直流电源的输出电压为测量导线处的空间电位，

继续增大测试导线的施加电位，会发现由于测试导线对周围的空间电荷存在排斥效应，此时流经采样电阻的电流i一直保持为零值，

所述采集步骤中，调节所述测量导线的对地高度，重复所述调压步骤，得到多组所述空间电位，多组所述空间电位组成空间电位分布，

所述计算步骤中，据所述采集步骤中得到的空间电位分布，插值计算直流合成电场分布情况。

所述直流电源的一脚与所述测量导线电连接，所述直流电源的另一脚接采样电阻的一脚，所述采样电阻的另一脚接地，

当测量正极性空间电荷时，所述直流电源的一脚为正极脚，

仓测量负极性空间电荷时，所述直流电源的一脚为负极脚。

所述测量导线为耦合细导线，所述测量导线为裸导线，

之所以用细导线，是因为可以忽略导线半径，从而在对架空线路对地空间电位分布的测量中，认为细导线上的电位值处处相等。若导线半径过大，因此不能忽略导线半径，也即导线对空间电位是有畸变的。

通过本发明的上述技术方案得到的基于耦合等势原理的直流导线电晕空间电荷分布的测试方法，其有益效果是：

可以通过调整测试导线的高度实现对直流导线起晕后的空间电位和合成电场分布进行准确测量和计算，且该测量方法降低了直流输电线路合成电场监测的测量成本。

附图说明

图1是本发明所述搭接步骤完成后的结构示意图；

图2为测试直径为0.4mm的单根直流导线施加-30kv高压时的空间电位和合成电场分布图；

图3为测试直径为0.4mm的单根直流导线施加-40kv高压时的空间电位和合成电场分布图；

图中，1、测量导线；2、绝缘支架；3、采样电阻；4、高压直流电源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述。

图1是本发明所述搭接步骤完成后的结构示意图，如图1所示，一种基于耦合等势原理的直流导线电晕空间电荷分布的测试方法，包括搭接步骤、调压步骤、采集步骤、计算步骤，完成搭接步骤后，多次交替重复所述调压步骤、采集步骤，最后进行计算步骤，

所述搭接步骤中，搭建与输电线路平行的一段测量导线1，所述测量导线1的一端通过绝缘支架2固定于底面的上方，另一端与高压直流电源4相连，所述高压直流电源4通过采样电阻3接地，

所述调压步骤中，从低到高调节高压直流电源4的输出电压，使得采样电阻3两端电压恰好为零，此时所述高压直流电源4的输出电压为测量导线1处的空间电位，

所述采集步骤中，调节所述测量导线1的对地高度，重复所述调压步骤，得到多组所述空间电位，多组所述空间电位组成空间电位分布，

所述计算步骤中，据所述采集步骤中得到的空间电位分布，插值计算直流合成电场分布情况。

所述直流电源的一脚与所述测量导线电连接，所述直流电源的另一脚接采样电阻的一脚，所述采样电阻的另一脚接地，

当测量正极性空间电荷时，所述直流电源的一脚为正极脚，

当测量负极性空间电荷时，所述直流电源的一脚为负极脚。

所述测量导线1为耦合细导线，所述测量导线1为裸导线。

实施例1

在直流输电线路下方放置一根与输电线路平行的耦合细导线，通过带绝缘屏蔽层的导线与外置的直流电源连接；

基于耦合等势原理，当耦合细导线上施加的电压为细导线所处位置的空间电位时，由于此时导线所处位置的空间电位无畸变，因为细导线即不会吸附空间电荷，也不会排斥空间电荷，故而此时细导线注入的离子流的值为0。

调节施加于测量导线1上的电压，使得流经采样电阻3的电流i恰好为零，根据耦合等势原理，此时测试导线的电位便为导线所处位置的空间电位。

之所以用细导线，是因为可以忽略导线半径，从而在对架空线路对地空间电位分布的测量中，认为细导线上的电位值处处相等。若导线半径过大，因此不能忽略导线半径，也即导线对空间电位是有畸变的。

以正极性电晕为例，如若流经采样电阻3的电流i大于零，说明测试导线附近仍有空间电荷注入，此时的测试导线施加的电位小于空间合成电位，应当增大测试导线的施加电位；当测试导线的施加电位逐步增大，以至于采样电阻3的电流i恰好为零时，此时的测试导线的电位便为导线所处位置的空间电位；继续增大测试导线的施加电位，会发现由于测试导线对周围的空间电荷存在排斥效应，此时流经采样电阻3的电流i一直保持为零值。

因此，由低到高逐步调节测试导线施加电位，使得流经采样电阻3的电流i恰好为零，此时的施加电位便为测试导线所处位置的空间电位。

实施例2

图2为测试直径为0.4mm的单根直流导线施加-30kv高压时的空间电位和合成电场分布图；图3为测试直径为0.4mm的单根直流导线施加-40kv高压时的空间电位和合成电场分布图，如图2、图3所示，通过调整测试导线的高度实现对直流导线起晕后的空间电位和合成电场分布进行准确测量，可以实现无畸变地测量直流输电线路的空间电位及电场分布，具有精度高、测试范围广、简便易行等优点。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。