一种模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电的试验平台的制作方法

本发明属于输电线路防范技术领域，尤其涉及一种模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电的试验平台。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：

随着电网迅速发展，输电线路走廊日益紧张，输电通道不可避免经过植被茂盛的高森林火险地区，山火可能导致输电线路相地和相间绝缘强度下降而发生跳闸事故。如今输电线路不可避免的经过植被茂盛的高森林火险地区，山火可能会导致输电线路相地和相间短路而发生跳闸事故。而目前的试验研究表明荷电颗粒是引发电场畸变并产生放电导致线路跳闸的关键，所以测量山火颗粒在输电线路下的荷电量以及颗粒的荷质比是对输电线路下的山火引发线路跳闸事故的研究有重要意义。

现有的颗粒荷电的研究主要有碳氢化合物燃烧的碳烟颗粒荷电、工业粉尘荷电和风沙中沙尘荷电等，其中碳氢化合物燃烧碳烟颗粒主要利用沉积法进行测量，通过测量极板泄漏电流，确定碳烟颗粒荷电极性。但这种测量方法误差较大，多为定性分析碳烟颗粒的荷电极性，难以定量分析。对于沙尘颗粒的荷电采用荷质比测量方法，但由于沙粒为自身摩擦荷电，其试验平台不需要考虑模拟电极、燃烧等，试验平台较为简单。这些颗粒与植被燃烧产生的颗粒物有很大差别，而且也没有考虑模拟输电线路下方的电场环境对颗粒荷电的影响，

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有对于现有技术中对于碳氢化合物燃烧的碳烟颗粒荷电、工业粉尘荷电，多为沉积试验，通过不同极性极板上沉积量的大小判断颗粒荷电极性，难以定量分析。而沙尘荷电的装置，通过测量沙尘的荷质比进行带电量测试，但是沙尘荷电比输电线路下方植被燃烧产生颗粒荷电的情况要简单的多，不适用于这种情况下颗粒荷电量的测量。其试验平台不能用来进行植被火焰颗粒荷电的试验。不能模拟输电线路下方植被燃烧颗粒的荷电过程，也不能进行颗粒荷电量和质量的测量，造成不能获得不同粒径颗粒的荷质比。

(2)现有模拟山火引起输电线路间隙放电的试验研究平台，多为研究间隙的放电电压和泄漏电流，而缺乏对颗粒荷电量的测量装置。多数对颗粒荷电的研究仅通过仿真模拟，缺乏试验验证。

(3)由于植被燃烧产生的颗粒在导线电场作用以及在等离子中运动荷电，还受到火焰高温的影响，离开这种情况后，等到燃烧完全后再收集，其荷电量会有较大变化，通过本装置，可以实时收集产生的植被燃烧产生的荷电颗粒，其测量数据更为准确有效。

解决上述技术问题的意义：

通过本发明提供的平台，可以模拟植被燃烧颗粒在火焰等离子和模拟导线电极共同作用下荷电，并通过筛板区分不同的粒径范围，得到不同粒径范围颗粒的荷电特性，对于输电线路因山火跳闸机理的研究具有重要意义，进而可以指导制定输电线路因山火跳闸的防治措施，可保障输电线路的安全稳定运行。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电的试验平台。

本发明是这样实现的，一种模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电的试验平台包括植被燃烧系统、模拟输电线路电压产生系统、颗粒收集系统、电荷测量系统、质量测量系统、信号采集系统及控制台；

所述植被燃烧系统，包括耐火底板，铁板(内含加热电阻丝)，植被燃烧物，绝缘挡板；其中铁板(内含加热电阻丝)用于点燃植被，绝缘挡板用于阻碍风机对燃烧火焰体的影响；

所述模拟输电线路电压产生系统，用于提供模拟输电线路电压产生环境；

所述颗粒收集系统，用于分析不同高度颗粒荷电特征；

所述电荷测量系统，用于防止外部电荷的干扰；

所述质量测量系统，用于对收集的荷电颗粒进行称重，用于计算荷电颗粒的荷质比(电荷量除以质量)；

信号采集系统，用于实时采集电荷量与质量信息，并能在pc机上显示对应曲线；

所述控制台，用于对各部分设备设置启动时间和参数，还用于设置加热功率，风机功率，分别控制点燃功率和风速，还用于控制电阻丝加热与停止、风机启停、隔离板开启和关闭。

进一步，所述模拟输电线路电压产生系统包括试验电源、分压器、保护电阻、悬挂用绝缘子串、模拟导线电极；试验电源通过保护电阻连接到模拟导线电极，分压器并联在保护电阻后端，测量电压，悬挂绝缘子悬挂在行吊上，下端悬挂模拟导线电极，悬挂高度能进行调节；悬挂高度可调节；

进一步，所述颗粒收集系统包括可调速风机，隔离板，绝缘筛板，法拉第筒；其中风机横吹火焰上方、带电导线下方区域中的荷电颗粒，不影响火焰本体燃烧；隔离板可以阻挡测试前的颗粒飘入法拉第筒，挡板高度可调节，可用于分析不同高度颗粒荷电特征；绝缘筛板可为多种孔径，适用于不同尺寸范围内的颗粒通过，并为可拆卸式，便于不同孔径绝缘筛板的更换；

进一步，所述电荷测量系统为连接法拉第筒的电荷测量仪，并且有可靠的屏蔽措施，防止外部电荷的干扰；

进一步，所述的质量测量系统包括支架和重量传感器；

进一步，所述信号采集系统包括信号采集板与pc机，可实时采集电荷量与质量信息，并能在pc机上显示对应曲线；

进一步，所述控制台是对铁板(内含加热电阻丝)，风机，隔离板，电荷测量仪，高精度测重仪，信息采集板和pc机进行控制的一个操作终端，内部定有时序电路，对各部分设备设置启动时间和参数，可手动输入各设备启动时间，时序电路有序的控制铁板，风机，隔离板，电荷测量仪，高精度测重仪，信息采集板和pc机的开启。同时可以设置加热电阻丝功率，风机功率，分别控制点燃功率和风速，控制隔离板的开启和关闭。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明提出一种模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电的试验平台，可以模拟输电线路下方植被燃烧颗粒的荷电过程，并进行颗粒荷电量和质量的测量，获得不同粒径颗粒的荷质比。

本发明平台可以有效的模拟植被在输电线路下方燃烧的情况，并通过定量称重方式、定功率电阻丝加热方式点燃，进行植被燃烧，保证试验可重复性；

本发明平台考虑了植被燃烧颗粒通过曳力以及电场力向上漂浮，当颗粒漂浮出火焰体后，此时通过侧面的风机吹动颗粒飘向绝缘筛板，在通过绝缘筛板筛选后进入法拉第筒进行颗粒荷电量的测量，在提高了测量数据精度以及结构简单的基础上，上下移动风机和测量部分的设备位置，可对不同位置的颗粒荷电进行实时测量，得到多层次、多维度的测量数据，便于分析研究山火颗粒在输电线路下颗粒荷电的过程以及颗粒荷电量，同时也保证了实时测量颗粒荷电值，避免火焰熄灭后收集颗粒其荷电量会发生变化；

通过不同筛板筛选不同颗粒粒径的颗粒，可研究不同颗粒粒径的荷电特性，便于对植被火焰条件下间隙放电特性的研究；

本试验平台需要控制的设备均连入控制台，由试验人员通过控制台可以对整个试验进行控制，控制台内设时序电路，对各部分设备运行进行控制，在方便进行试验的基础上降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电的试验平台示意图。

图中：1、植被燃烧物；2、铁板(内含加热电阻丝)；3、耐火底板；4、绝缘挡板；5、试验电源；6、保护电阻；7、分压器；8、模拟导线；9、绝缘子；10、绳索；11、顶梁；12、风机；13、绝缘筛板；14、绝缘板；15、隔离板；16、法拉第筒；17、电荷测量仪；18、称重器；19、高精度测重仪；20、信号采集系统；21、控制台。

图2是本发明实施例提供的绝缘筛板示意图。

图中：(a)、圆孔状绝缘筛板；(b)、方孔状绝缘筛板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，采用的试验平台不能用来进行植被火焰颗粒荷电的试验。不能可以模拟输电线路下方植被燃烧颗粒的荷电过程，并进行颗粒荷电量和质量的测量，造成不能获得不同粒径颗粒的荷质比。

下面结合具体分析对本发明的应用作进一步描述。

图1，本发明实施例提供的模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电的试验平台，分别包括植被燃烧系统，模拟输电线路电压产生系统，颗粒收集系统，电荷测量，重量测量，信号采集，控制终端等部分。

植被燃烧部分的有：植被燃烧物1、铁板(内含加热电阻丝)2、耐火底板3、绝缘挡板4；

模拟输电线路电压产生部分有：试验电源5、水电阻6、分压器7、模拟导线8、绝缘子9、绳索10、顶梁11；

颗粒收集系统有：风机12、绝缘筛板13、绝缘板14、隔离板15、法拉第筒16；

电荷测量部分有：电荷测量仪17；

质量测量部分有：称重器18、高精度测重仪19；

信号采集部分有：信号采集系统20；

控制终端为：控制台21。

如图2，缘筛板根据所需要测量的不同颗粒粒径大小以及颗粒的形状不同，有(a)、(b)两种形状的绝缘筛板。

下面结合具体实施例对本发明的应用作进一步描述。

1)试验平台包括植被燃烧系统，模拟输电线路电压产生系统，颗粒收集系统，电荷测量系统，质量测量系统，信号采集系统，控制台21；

2)所述植被燃烧系统包括耐火底板3，加热电阻丝2，植被燃烧物1，绝缘挡板4；其中加热电阻丝2用于点燃植被，绝缘挡板4用于阻碍风机12对燃烧火焰体的影响；

3)所述模拟输电线路电压产生系统包括试验电源5、分压器7、保护电阻6、悬挂用绝缘子串9、模拟导线电极8；悬挂高度可调节；

4)所述颗粒收集系统包括可调速风机12，绝缘筛板13，隔离板15，法拉第筒16；其中风机12横吹火焰上方、带电导线8下方区域中的荷电颗粒，不影响火焰本体燃烧；隔离板15可以阻挡测试前的颗粒飘入法拉第筒16，绝缘筛板13可为多种孔径，适用于不同尺寸范围内的颗粒通过，并为可拆卸式，便于不同孔径绝缘筛板13的更换；

5)所述电荷测量系统为连接法拉第筒16的电荷测量仪17，并且有可靠的屏蔽措施，防止外部电荷的干扰；

6)所述的质量测量系统包括支架和重量传感器18；

7)所述信号采集系统20包括信号采集板与pc机，可实时采集电荷量与质量信息，并能在pc机上显示对应曲线；

8)所述控制台是对加热电阻丝2，风机12，隔离板电荷测量仪17，高精度测重仪19，信息采集板和pc机进行控制的一个操作终端，内部定有时序电路，对各部分设备设置启动时间，由手动输入启动时间，时序电路有序的控制加热电阻丝2，风机12，隔离板15，电荷测量仪17，高精度测重仪18，信息采集板和pc机的开启。在控制台上时间输入框中输入t1来控制加热电阻丝2的工作时间，t2来控制电荷测量仪17和高精度测重仪19的启动时间，t3来控制风机12的启动时间和隔离板15的打开时间，t4来控制信号采集板与pc机的开机时间。时间t1至t4均由第一次试验得出结论并设定裕度。同时可以设置加热电阻丝功率，风机功率，分别控制点燃功率和风速。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。