长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法，涉及电力系统技术领域，用于获得精度较高的流注、先导及末跃转换过程的电子密度，提高长空气间隙雷电冲击下的放电物理机理研究的深入程度，最终提高电力系统的防雷能力。所述长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统包括：冲击电压发生器、电容分压器、测量电阻、板电极和位于所述板电极上方的棒电极、光谱仪、ICCD相机以及示波器。所述长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法应用上述技术方案所提的测量系统。本发明专利技术提供的长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法用于电力系统的雷电防御的研究。

【技术实现步骤摘要】
长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法
本专利技术涉及电力系统
，尤其涉及一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法。
技术介绍
雷击是输电线路跳闸的主要原因之一，因此研究长空气间隙雷电冲击下的放电物理机理、防护措施和数值模拟方法是电力系统防雷的研究重点和难点。在现有技术中，在长空气间隙雷电冲击下的放电物理机理的研究方面，主要利用放电特性试验来获取流注、先导及末跃转换过程中的电子密度，，进而做出流注、先导及末跃的转换过程中电子密度的时空变化图像，以分析长空气间隙雷电冲击下的放电物理机理。然而，在现有技术中，利用放电特性试验获得的流注、先导及末跃转换过程的电子密度的精度较低，这导致现有技术无法对长空气间隙雷电冲击下的放电物理机理进行深入的研究，进而导致无法在电力系统中设置合理的防护措施，最终导致电力系统的防雷能力较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法，用于在的长空气间隙雷电冲击过程中，提高测量得到的流注、先导及末跃的转换过程中的电子密度的精度，提高长空气间隙雷电冲击下的放电物理机理研究的深入程度，最终提高电力系统的防雷能力。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供了一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统，用于长空气间隙雷击放电过程，所述测量系统包括：冲击电压发生器，其具有输入端和输出端，用于产生模拟雷击放电的输出电压，其中，所述输入端接地；电容分压器，其与所述冲击电压发生器并联，用于测量所述冲击电压发生器的输出电压值；测量电阻，其与所述冲击电压发生器的输出端连接，用于测量所述冲击电压发生器的输出电流值；板电极和位于所述板电极上方的棒电极，所述棒电极与所述板电极相距3m，所述棒电极与所述测量电阻连接，所述板电极接地；光谱仪，其镜头指向所述棒电极和所述板电极之间，用于采集所述棒电极和所述板电极之间的放电现象的光谱，所述光谱仪能够通过升降移动改变所述镜头指向所述棒电极和所述板电极之间的位置；ICCD相机，其装设在所述光谱仪上，用于每隔一定时间拍摄并记录所述光谱仪采集到的光谱；以及示波器，其分别与所述电容分压器和所述测量电阻连接，用于根据所述输出电压值和所述输出电流值，生成并显示所述冲击电压发生器输出的电压波形和电流波形。在本专利技术的技术方案中，通过冲击电压发生器在棒电极与板电极之间产生模拟的雷击放电，通过光谱仪采集该雷击放电现象所产生的光谱，进而利用ICCD相机每隔一定的时间间隔拍摄并记录该光谱，通过分析该记录的光谱，得到Hα谱线的强度等信息，进而根据这些信息计算，得到流注、先导及末跃转换过程中的电子密度。因此，与现有技术中通过放电特性试验获得的流注、先导及末跃转换过程的电子密度的精度相比，应用本专利技术提供的长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统所得到的电子密度数值精度较高，能够提高长空气间隙雷电冲击下的放电物理机理研究的深入程度，最终提高电力系统的防雷能力。另一方面，本专利技术还提供了一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法，其采用上述技术方案提供的长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统，所述长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法包括：步骤S10，计算长空气间隙雷击放电的50％击穿放电电压U50％；步骤S20，在棒电极和板电极之间施加脉冲电压，所述脉冲电压的波形为1.2/50μs，所述脉冲电压的波形为1.2/50μs的脉冲电压，所述脉冲电压的幅值为kU50％，其中，k的取值为1、1.05、1.10、1.15或1.20；步骤S30，对于每个所述k的取值，保持光谱仪与板电极之间的高度差不变，通过光谱仪采集棒电极和板电极之间的放电现象的光谱，在所述脉冲电压的一个周期内，使用ICCD相机每隔20ns拍摄所述光谱，获得时间序列光谱，根据所述时间序列光谱，获得Hα谱线的时间分布；步骤S40，对于每个k值，从光谱仪与板电极的高度差x为0开始，逐次对光谱仪的高度进行调节，使该高度差每次增加0.5m，并通过光谱仪采集棒电极和板电极之间的放电现象的光谱；对应每个高度差，在所述脉冲电压的每个周期内的同一时间点，使ICCD拍摄所述光谱，获得空间序列光谱，根据所述空间序列光谱获得Hα谱线的空间分布；步骤S50，根据所述Hα谱线的时间分布及所述Hα谱线的空间分布，获得Hα谱线的总展宽；以及步骤S60，根据所述Hα谱线的总展宽，计算得到电子密度Ne。与现有技术相比，本专利技术提供的长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法所具有的有益效果与上述长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统所具有的有益效果相同，此处不再赘述。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例1提供的长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例2提供的长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法的流程图。附图标记：10-冲击电压发生器，11-电容分压器，12-测量电阻，21-板电极，22-棒电极，30-光谱仪，31-光栅，32-平凸透镜，33-偏振透镜，34-ICCD相机，40-示波器，50-分析装置，60-同步触发装置。具体实施方式为了进一步说明本专利技术实施例提供的长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法，下面结合说明书附图进行详细描述。【实施例1】请参阅图1，本专利技术实施例提供了一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统，包括冲击电压发生器10、电容分压器11、测量电阻12、棒电极22、板电极21、光谱仪30、ICCD相机34以及示波器40。冲击电压发生器10是一种能够模拟雷击放电的电压生成装置，通常用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。在本实施例中，冲击电压发生器10的额定电压至少为2000kv，具有输出端和输入端，该输出端与棒电极22连接，该输入端接地。电容分压器11与冲击电压发生器10并联，也即一端连接电容分压器11的输入端，另一端接地。该电容分压器11用于测量冲击电压发生器10生成的输出电压值。测量电阻12与棒电极22串联，位于棒电极22与冲击电压发生器10之间的电路上，该测量电阻12用于测量通过棒电极22的输出电流值。棒电极22位于板电极21的正上方，板电极21水平设置，棒电极22的上端与测量电阻12连接，下端与板电极21之间的高度差为3m。棒电极22与板电极21之间形成放电空间。光谱仪30水平设置，其镜头指向棒电极22和板电极21之间，用于采集上述放电空间内放电现象的光谱。光谱仪30能够在竖直方向上进行升降移动，调节其与板电极21之间的高度差x，以采集上述放电空间内的不同位置的光谱。此外，对于部分简单光谱仪30而言，在光谱仪30的镜头的前方，还可按照从接近镜头到远离镜头的顺序依次设有偏振透镜33、平凸透镜32、光栅31，其中，光栅31用于对入射至光谱仪30的镜头的不同波长的光线进行离散，凸透镜将放电区域投影到光谱仪30入射狭缝，偏振片用于滤去无关谱线。光谱仪30上还装设有ICCD相机34，其能够每隔一定时间对光谱仪30采集的光谱进行拍摄，并将其记录。示波器40与电容分压器11和测量电阻12连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统，用于长空气间隙雷击放电过程，其特征在于，所述测量系统包括：冲击电压发生器，其具有输入端和输出端，用于产生模拟雷击放电的输出电压，其中，所述输入端接地；电容分压器，其与所述冲击电压发生器并联，用于测量所述冲击电压发生器的输出电压值；测量电阻，其与所述冲击电压发生器的输出端连接，用于测量所述冲击电压发生器的输出电流值；板电极和位于所述板电极上方的棒电极，所述棒电极与所述板电极相距为3m，所述棒电极与所述测量电阻连接，所述板电极接地；光谱仪，其镜头指向所述棒电极和所述板电极之间，用于采集所述棒电极和所述板电极之间的放电现象的光谱，所述光谱仪能够通过升降移动改变所述镜头指向所述棒电极和所述板电极之间的位置；ICCD相机，其装设在所述光谱仪上，用于每隔一定时间拍摄并记录所述光谱仪采集到的光谱；以及示波器，其分别与所述电容分压器和所述测量电阻连接，用于根据所述输出电压值和所述输出电流值，生成并显示所述冲击电压发生器输出的电压波形和电流波形。

【技术特征摘要】
1.一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法，其特征在于，采用一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统，所述测量系统包括：冲击电压发生器，其具有输入端和输出端，用于产生模拟雷击放电的输出电压，其中，所述输入端接地；电容分压器，其与所述冲击电压发生器并联，用于测量所述冲击电压发生器的输出电压值；测量电阻，其与所述冲击电压发生器的输出端连接，用于测量所述冲击电压发生器的输出电流值；板电极和位于所述板电极上方的棒电极，所述棒电极与所述板电极相距为3m，所述棒电极与所述测量电阻连接，所述板电极接地；光谱仪，其镜头指向所述棒电极和所述板电极之间，用于采集所述棒电极和所述板电极之间的放电现象的光谱，所述光谱仪能够通过升降移动改变所述镜头指向所述棒电极和所述板电极之间的位置；ICCD相机，其装设在所述光谱仪上，用于每隔一定时间拍摄并记录所述光谱仪采集到的光谱；以及示波器，其分别与所述电容分压器和所述测量电阻连接，用于根据所述输出电压值和所述输出电流值，生成并显示所述冲击电压发生器输出的电压波形和电流波形；所述长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法包括：步骤S10，计算长空气间隙雷击放电的50％击穿放电电压U50％；步骤S20，在棒电极和板电极之间施加脉冲电压，所述脉冲电压的波形为1.2/50μs，所述脉冲电压的幅值为kU50％，其中，k的取值为1、1.05、1.10、1.15或1.20；步骤S30，对于每个所述k的取值，保持光谱仪与板电极之间的高度差不变，通过光谱仪采集棒电极和板电极之间的放电现象的光谱，在所述脉冲电压的一个周期内，使用ICCD相机每隔20ns拍摄所述光谱，获得时间序列光谱，根据所述时间序列光谱，获得Hα谱线的时间分布；步骤S40，对于每个k值，从光谱仪与板电极的高度差x为0开始，逐次对光谱仪的高度进行调节，使该高度差每次增加0.5m，并通过光谱仪采集棒电极和板电极之间的放电现象的光谱；对应每个高度差，在所述脉冲电压的每个周期内的同一时间点，使ICCD拍摄所述光谱，获得空间序列光谱，根据所述空间序...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾磊，蔡汉生，刘刚，胡上茂，施健，张义，韩永霞，阮耀萱，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44