模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电量的测量方法与流程

本发明属于输电线路安全分析技术领域，尤其涉及一种模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电量的测量方法。

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，输电通道不可避免的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。据统计，近年来我国电网因山火跳闸事故达数百起，仅2014年春季，国家电网220kv以上线路受山火影响有47条次紧急停运、17条次降压运行、213条次退出重合闸，严重影响了电网的安全稳定运行，造成了巨大经济损失。在线路电场作用下火焰中的颗粒物和灰烬受火焰中离子影响而荷电，并在气流、电场力等作用下进入输电线路下方间隙并形成颗粒链，使空间电场畸变并发生局部放电，进一步造成整个间隙击穿。现有研究表明荷电颗粒链畸变电场并产生触发放电是导致整个间隙击穿的关键，颗粒荷电后的畸变电场作用大大加强，因此研究植被燃烧颗粒的荷电量特性对于山火条件下间隙的放电机理有重要意义。

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。采用沉积试验和法拉第笼测试等方法测量颗粒携带的电荷量。但上述颗粒与植被燃烧颗粒有较大差异，这些颗粒尺寸小且较为均匀，特别是碳烟颗粒尺寸很小。而典型输电线路附近植被火焰，如杉树枝叶、桉树枝叶、茅草等，燃烧除了细小碳烟颗粒外还有较大尺寸灰烬颗粒，采用上述方法难以区分不同颗粒大小范围的颗粒，不能有效获得不同植被颗粒的荷电特性。为此，本发明提出了一种模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电量的测量方法。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有颗粒荷电的相关技术中对对电场影响下火焰碳烟颗粒浓度变化进行分析，但这类研究在密闭燃烧器或密闭除尘空间进行，燃烧颗粒与除尘颗粒粒径很小且较为均匀。而植被火焰由于枝叶燃烧不同，且存在燃烧随机不充分等问题，颗粒范围变化较大，如采用上述技术，不能有效获得不同粒径颗粒的荷电特性，难以有效分析颗粒触发放电特性，本专利可以有效区分不同粒径范围的颗粒荷电特性。现有技术中，难以区分不同颗粒大小范围的颗粒，不能有效获得不同植被颗粒的荷电特性。

(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试验。多数研究仅通过仿真模拟，缺乏试验验证。

(3)对于类似的沙尘颗粒荷电和静电除尘颗粒情况，对于沙尘颗粒荷电是由于沙尘之间碰撞造成，与本试验对应的施加不同电压形式的高压电极有本质区别。静电除尘是通过电极尖端放电产生电荷，在电荷向异性极板运动过程中吸附在灰尘颗粒上，其颗粒荷电收集不适用于输电线路下方的山火情况。而本专利针对的是植被火焰体等离子体中运动的灰烬颗粒荷电，两者的荷电有本质区别，本专利设置的模拟导线电极可以有效模拟输电线路产生的电场情况，模拟颗粒在火焰体和模拟导线电极产生电场共同作用下的荷电，并能有效收集不同高度颗粒荷电的情况。

解决上述技术问题的难度和意义：

由于不同植被燃烧产生的颗粒物有一定差异，首先要确定不同植被燃烧颗粒尺寸形状的统计规律，如某个颗粒粒径范围存在颗粒数峰值，根据统计规律划分不同植被燃烧产生颗粒物的颗粒粒径范围，设置对应的筛板尺寸，这样才能更有效的进行颗粒荷电特性研究。这也是现有技术不能克服的难度。

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，从颗粒产生到向模拟电极运动过程中荷电量是一个变化过程，如何分析是一个难点。

意义：本发明可方便的收集不同高度区间的颗粒，研究荷电情况。

通过上述研究得到输电线路下方间隙中山火颗粒的荷电特性，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量的测量方法。

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量的测量方法，所述模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电量的测量方法包括：选取典型植被材料，上方布置模拟导线电极并施加电压，收集并测量植被燃烧颗粒物的荷电量和质量，并通过不同孔径的筛板得到不同粒径颗粒的荷质比，获得植被燃烧颗粒的总体荷电特性。

进一步，所述模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电量的测量方法具体包括：

步骤1：选取典型植被材料，称取n份相同质量的植被材料；

步骤2：在燃烧平台上布置植被材料，每次试验均布置成相同结构尺寸，在植被上方高h处布置模拟导线电极并施加电压v；

步骤3：点燃植被，通过颗粒收集装置收集植被颗粒，燃烧平台采用电阻丝加热点燃方式，通过改变电阻丝加热功率模拟产生不同的初始燃烧强度；

步骤4：对收集的植被燃烧颗粒灰烬进行分析，得到植被燃烧的颗粒尺寸统计规律；

步骤5：根据植被燃烧颗粒尺寸统计规律，选择k种规格的绝缘筛板，多种规格的绝缘筛板孔隙依次增大，绝缘筛板形状根据植被颗粒特点，使不同尺寸的灰烬颗粒通过；

步骤6：取一份植被材料按相同结构布置，施加电压，选取最小孔径的绝缘筛板放置在颗粒收集测量装置前，收集飘升到火焰体和模拟电极之间的荷电颗粒，测量收集到的颗粒质量m1和电荷量q1；

步骤7：依次选择大一号的绝缘筛板，按步骤6进行试验，测量得到颗粒质量mn和电荷量qn；

步骤8：利用q1/m1计算小于最小粒径尺寸的颗粒荷质比，利用(qn-qn-1)/(mn-mn-1)得到不同粒径范围中颗粒的荷质比，n≥2，得到植被燃烧颗粒的总体荷电特性；

步骤9：改变燃烧植被种类、改变电极距燃烧植被的高度、改变施加电压值、改变燃烧强度，在不同工况下，重复步骤1～步骤8，分析不同条件下植被燃烧颗粒的总体荷电特性。

进一步，步骤2中，施加电压为交流、直流正极性或直流负极性电压。

进一步，步骤4中，利用粒径分析仪测量微小颗粒；游标卡尺测量大尺寸颗粒。

进一步，步骤7中，测量最大尺寸颗粒时，不加筛板，直接收集。

进一步，步骤8中，通过风机和挡板配合，收集不同高度的植被颗粒，得到不同高度植被颗粒的荷电特性。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明可针对不同类型植被燃烧颗粒灰烬的特点，采用不同的绝缘筛板刷选颗粒，利用多次测量处理得到不同粒径范围的颗粒荷电特性，更有利于分析植被燃烧的荷电颗粒物在输电线路对地间隙中的电场畸变特性；

对于类似的沙尘颗粒荷电和静电除尘颗粒情况，对于沙尘颗粒荷电是由于沙尘之间碰撞造成，与本试验对应的施加不同电压形式的高压电极有本质区别。静电除尘是通过电极尖端放电产生电荷，在电荷向异性极板运动过程中吸附在灰尘颗粒上，其颗粒荷电收集不适用于输电线路下方的山火情况。而本专利针对的是火焰体等离子体中运动的灰烬颗粒荷电，两者的荷电有本质区别，本专利设置的模拟导线电极可以有效模拟输电线路产生的电场情况，模拟颗粒在火焰体和模拟导线电极产生电场共同作用下的荷电，并能有效收集不同高度颗粒荷电的情况

本发明可较好的模拟山火条件下植被燃烧情况，并采用统一典型植被质量和布置方式，并采用了可变功率电阻丝加热作为点燃方法，避免了其它点燃方式带来的燃烧不确定性或引入新的物质，保证了试验条件的等效性和可重复性。

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，从颗粒产生到向模拟电极运动过程中荷电量是一个变化过程，如何分析是一个难点，利用本方法可方便的收集不同高度区间的颗粒，研究荷电情况

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量的测量方法流程图。

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，难以区分不同颗粒大小范围的颗粒，不能有效获得不同植被颗粒的荷电特性。

本发明提供一种模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电量的测量方法，选取典型植被材料，上方布置模拟导线电极并施加电压，收集并测量植被燃烧颗粒物的荷电量和质量，并通过不同孔径的筛板得到不同粒径颗粒的荷质比，可获得植被燃烧颗粒的总体荷电特性；

下面结合具体分析对本发明的应用作进一步描述。

如图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量的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：选取典型植被材料，称取n份相同质量的植被材料；

步骤2：在燃烧平台上布置植被材料，每次试验均布置成相同结构尺寸，在植被上方高h处布置模拟导线电极并施加电压v；进一步的，施加电压可以为交流、直流正极性或直流负极性电压；

步骤3：点燃植被，通过颗粒收集装置收集植被颗粒，其中燃烧平台采用电阻丝加热点燃方式，保证试验的可重复性，同时加热功率可控，可模拟产生不同的初始燃烧强度；

步骤4：对收集的植被燃烧颗粒灰烬进行分析，利用粒径分析仪测量微小颗粒；游标卡尺测量大尺寸颗粒；得到植被燃烧的颗粒尺寸统计规律；

步骤5：根据植被燃烧颗粒尺寸统计规律，选择k种规格的绝缘筛板，多种规格的绝缘筛板孔隙依次增大，形状根据植被颗粒特点设计，能保证不同尺寸的灰烬颗粒通过；

步骤6：取一份植被材料按相同结构布置，施加电压，首先选取最小孔径的绝缘筛板放置在颗粒收集测量装置前，收集飘升到火焰体和模拟电极之间的荷电颗粒，测量收集到的颗粒质量m1和电荷量q1；

步骤7：依次选择大一号的绝缘筛板，按步骤6进行试验，测量得到颗粒质量mn和电荷量qn；进一步的，当要测量最大尺寸颗粒时也可以不再加筛板，直接收集即可；

步骤8：利用q1/m1可以算得小于最小粒径尺寸的颗粒荷质比，利用(qn-qn-1)/(mn-mn-1)可以得到不同粒径范围中颗粒的荷质比(n≥2)，从而得到植被燃烧颗粒的总体荷电特性；进一步的，可通过风机和挡板配合，收集不同高度的植被颗粒，可得到不同高度植被颗粒的荷电特性；

步骤9：改变燃烧植被种类、改变电极距燃烧植被的高度、改变施加电压值、改变燃烧强度(改变燃烧质量和电阻丝加热功率)，在不同工况下，重复步骤1～8，即可分析不同条件下植被燃烧颗粒的总体荷电特性。

下面结合具体实施例对本发明的应用作进一步描述。

实施例：

本实例以杉树枝燃烧颗粒物在模拟输电线路电场中的荷电量测量为例进行说明，，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

步骤1：选取杉树枝作为燃烧物质，称取7份质量为100g的杉树枝；

步骤2：在燃烧平台上布置杉树枝，布置为21cm×21cm×10cm的正方台状，在植被上方高80cm处布置模拟导线电极并施加直流正电压50kv；

步骤3：通过燃烧平台上的电阻丝加热，设置功率2kw，点燃植被，通过颗粒收集装置收集植被颗粒；

步骤4：对收集的植被燃烧颗粒灰烬进行分析，利用粒径分析仪测量微小颗粒，此类颗粒肉眼不可分辨，可用粒径分析仪分析不同粒径含量；游标卡尺测量大尺寸颗粒，杉树枝最大灰烬颗粒为7cm长条状；得到植被燃烧的颗粒尺寸统计规律；

步骤5：根据植被燃烧颗粒尺寸统计规律，选择5种规格的绝缘筛板，分别为孔径1mm，5mm，1cm，2cm，4cm，测量更大尺寸颗粒时，不需要筛板；

步骤6：取100g杉树枝，施加电压，选取最小孔径1mm的绝缘筛板放置在颗粒收集测量装置前，收集飘升到火焰体和模拟电极之间的荷电颗粒，利用重量传感器测量收集到的颗粒质量m1，利用法拉第筒测量总的电荷量q1；

步骤7：依次选择大一号的绝缘筛板，按步骤6进行试验，测量得到对应的颗粒质量mn和电荷量qn；最后去掉筛板后，测得的颗粒质量m6和电荷量q6；

步骤8：利用q1/m1可以算得小于1mm的颗粒荷质比，利用(qn-qn-1)/(mn-mn-1)可以得到不同粒径范围中颗粒的荷质比(n≥2)，从而得到现有试验条件下杉树枝植被燃烧颗粒的总体荷电特性。通过风机和挡板配合，分别收集40～50cm区段，50～60cm区段，60～70cm区段，70～80cm区段的颗粒的荷电特性。

步骤9：改变施加电压值，由直流正极性50kv改为直流负极性50kv，重复步骤1～8，可得到直流负极性50kv电压作用下杉树枝燃烧颗粒的总体荷电特性。

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。