高速旋转物放电过程多参量同步观测平台及方法技术

公开了一种高速旋转物放电过程多参量同步观测平台及方法，所述观测平台包括：风洞平台，具有形成弧形气流的试验段，所述试验段底部设置引导气流流动的弧形引流板，所述试验段的进风口和出风口之间的部分向上扩张形成突出的空腔；试验电极，包括：上板电极，固定在所述空腔上端模拟雷云，且连接直流叠加冲击的高压电源；下板电极，固定在所述引流板下方模拟大地；和棒电极，部分伸出所述引流板处于弧形气流中以模拟高速旋转物，其余部分在所述引流板的内部，所述棒电极与所述下板电极通过绝缘垫片隔绝并各自接地；以及同步观测系统，用于对放电过程的电学参数、光学参数、热力学参数进行同步观测。本发明专利技术实现对高速旋转目标物放电的静态观测。电的静态观测。电的静态观测。

【技术实现步骤摘要】
高速旋转物放电过程多参量同步观测平台及方法


[0001]本专利技术属于高压放电观测试验
，具体涉及一种高速旋转物放电过程多参量同步 观测平台及方法。

技术介绍

[0002]据统计，中国风场因雷击造成的叶片受损率高达1％，部分高雷暴区可达5％，保守估计 每年因雷击造成的叶片损伤高达3000片。为了提高风能利用效率，风机单机容量增大，其高 度不断增加(兆瓦级风机叶尖最大离地高度已超过了200m)，叶片遭受雷击的概率和损坏风 险也大幅增加，现代大容量风机叶片雷击损坏率较二十年前的小容量风机增加了5倍以上。
[0003][0004]风机在遭受雷击时，叶片常处于旋转状态。对于兆瓦级风机，其叶尖最大离地高度已超 过200m，叶尖线速度能达到100m/s以上。由于雷击持续时间一般在几十到上百毫秒，在整 个雷击放电期间叶片将产生不可忽略的空间位移。高速旋转势必会导致的空间电晕放电电荷 分布存在差异，而电荷分布的变化又可能进一步影响上行先导放电的起始与发展，最终导致 旋转风机的接闪特性与普通静止的目标物不同。目前已有研究人员开展了缩比旋转风机的长 间隙接闪放电试验观测，然而目前的研究只能获得不同旋转状态和间隙长度下击穿电压、电 流以及放电通道形态等宏观放电数据，无法旋转叶片叶尖初始电晕以及后续上行先导发展的 微观过程，导致旋转风机雷击接闪的物理过程尚不明确。因此亟需开展旋转风机叶尖放电过 程多参量同步观测试验，以厘清其接闪特性，这对风机雷电防护十分重要。
[0005]目前已有研究人员对静止的典型间隙放电特性开展过放电试验，放电间隙是静止的，因 此观测较为方便，然而由于旋转风机叶片处于高速旋转状态，各类观测装置无法随之保持相 对静止，因此尚未见有对旋转叶片叶尖放电的观测试验。此外，目前的放电观测手段多仅有 电压、电流、放电通道形貌观测等，尚不全面。因此，为了揭示风机雷击接闪物理工程，必 须针对风机高速旋转的特点，搭建旋转叶尖放电过程的多参量同步观测平台，并设计一套完 善的试验方案。

技术实现思路

[0006]针对高速旋转目标物放电过程，本专利技术提供一种高速旋转物放电过程多参量同步观测平 台及试验方法，实现对高速旋转目标物放电的静态观测，能够还原高速旋转风机叶片雷击放 电的物理过程。
[0007]根据本专利技术实施例的一方面，提供一种高速旋转物放电过程多参量同步观测平台，包括：
[0008]风洞平台，所述风洞平台包括：形成初始气流的动力段、将初始气流扩散的扩散段、使 扩散后的气流稳定的稳定段、将稳定后的气流进一步收缩的收缩段、将收缩后的气
流变成稳 定弧形气流的试验段，所述试验段底部设置引导气流流动的弧形引流板，所述试验段的进风 口和出风口之间的部分向上扩张形成突出的空腔；
[0009]试验电极，包括：
[0010]上板电极，所述上板电极固定在所述空腔上端以模拟雷云，所述上板电极连接直流叠加 冲击的高压电源；
[0011]下板电极，所述下板电极固定在所述引流板下方以模拟大地；和
[0012]棒电极，所述棒电极部分伸出所述引流板外处于弧形气流中以模拟高速旋转物，其余部 分在所述引流板的内部，所述棒电极与所述下板电极通过绝缘垫片隔绝并各自接地；以及
[0013]同步观测系统，用于对放电过程的电压、电流、紫外光子分布、先导发展过程、放电通 道形貌、放电通道温度和压力参数中的一种或几种进行同步观测。
[0014]在一些示例中，所述动力段采用通风机形成初始气流，所述稳定段具有多层蜂窝稳流网， 所述试验段的所述空腔与靠近所述进风口的部分采用直角连接，与靠近所述出风口的部分采 用圆角连接。
[0015]在一些示例中，所述试验段采用亚克力材料制成，所述引流板采用环氧树脂制成。
[0016]在一些示例中，所述上板电极通过长度可调的金属固定杆固定在所述空腔上端，所述上 板电极边缘上翘处理，所述棒电极端部圆角处理，所述棒电极伸出所述引流板的位置可调。
[0017]在一些示例中，所述电源包括能够单独或叠加使用的直流电源和冲击电源，所述直流电 源出口设置反向保护硅堆，所述冲击电源在触发球隙与波尾电阻之间串联波尾球隙。
[0018]在一些示例中，通过高压探头连接至所述上板电极测量放电电压，通过示波器采集电压 信息，所述示波器设置电平自动触发，并且输出同步触发信号。
[0019]在一些示例中，由所述由示波器提供的同步触发信号触发电流测量，其中通过采集与所 述棒电极连接的无感电阻上电压后换算成电流，经过电光/光电转换器将电流数据传至计算机 存储。
[0020]在一些示例中，采用紫外成像仪拍摄电晕放电过程中所述棒电极附近紫外光子分布图， 采用高速摄影仪拍摄先导放电发展过程，采用单反相机拍摄先导放电通道形貌，所述高速摄 影仪由所述由示波器提供的同步触发，所述紫外成像仪和所述单反相机自触发。
[0021]在一些示例中，采用纹影系统测量放电过程中的温度变化，所述纹影系统通过激光在密 度不同的空气之间折射率不同，折算到激光在CMOS高速相机上的偏移量，进而推算密度变 化，根据密度反演不同区域的温度以分析先导流注转化的热力学条件，所述纹影系统由所述 由示波器提供的同步触发。
[0022]根据本专利技术实施例的另一方面，提供一种旋转风机叶尖放电过程多参量同步观测方法， 利用所述的观测平台进行观测，具体包括以下步骤：
[0023]S1、开启所述风洞平台，调节风速至设定值；
[0024]S2、研究风速、电压形式和叶片旋转位置对叶尖电晕放电的影响：
[0025]S2
‑
1、启动所述电源的直流电源，逐步升压至所述棒电极开始发生电晕放电；
[0026]S2
‑
2、手动触发所述示波器，获得当时电压波形，同时所述示波器输出同步触发电
平。
[0027]S2
‑
3、记录并保存全所述同步观测系统测量数据；
[0028]S2
‑
4、恢复所述同步观测系统状态，重复S2
‑
2至S2
‑
3多次，记录数据；
[0029]S2
‑
5、改变风速大小，重复S2
‑
2至S2
‑
4；
[0030]S2
‑
6、关闭所述直流电源，调节风速至设定值，开启所述电源的冲击电源开始充电；
[0031]S2
‑
7、将所述示波器调至待触发状态，采用高压电压触发，确保该触发值下，所述棒电 极已经开始电晕放电；
[0032]S2
‑
8、点火触发所述冲击电源，记录所述同步观测系统参数；
[0033]S2
‑
9、改变风速大小，重复S2
‑
7至S2
‑
8；
[0034]S2
‑
10、更改所述棒电极在所述引流板表面的角度，重复S2
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速旋转物放电过程多参量同步观测平台，其特征在于，包括：风洞平台，所述风洞平台包括：形成初始气流的动力段、将初始气流扩散的扩散段、使扩散后的气流稳定的稳定段、将稳定后的气流进一步收缩的收缩段、将收缩后的气流变成稳定弧形气流的试验段，所述试验段底部设置引导气流流动的弧形引流板，所述试验段的进风口和出风口之间的部分向上扩张形成突出的空腔；试验电极，包括：上板电极，所述上板电极固定在所述空腔上端以模拟雷云，所述上板电极连接直流叠加冲击的高压电源；下板电极，所述下板电极固定在所述引流板下方以模拟大地；和棒电极，所述棒电极部分伸出所述引流板外处于弧形气流中以模拟高速旋转物，其余部分在所述引流板的内部，所述棒电极与所述下板电极通过绝缘垫片隔绝并各自接地；以及同步观测系统，用于对放电过程的电压、电流、紫外光子分布、先导发展过程、放电通道形貌、放电通道温度和压力参数中的一种或几种进行同步观测。2.根据权利要求1所述的高速旋转物放电过程多参量同步观测平台，其特征在于，所述动力段采用通风机形成初始气流，所述稳定段具有多层蜂窝稳流网，所述试验段的所述空腔与靠近所述进风口的部分采用直角连接，与靠近所述出风口的部分采用圆角连接。3.根据权利要求1所述的高速旋转物放电过程多参量同步观测平台，其特征在于，所述试验段采用亚克力材料制成，所述引流板采用环氧树脂制成。4.根据权利要求1所述的高速旋转物放电过程多参量同步观测平台，其特征在于，所述上板电极通过长度可调的金属固定杆固定在所述空腔上端，所述上板电极边缘上翘处理，所述棒电极端部圆角处理，所述棒电极伸出所述引流板的位置可调。5.根据权利要求1所述的高速旋转物放电过程多参量同步观测平台，其特征在于，所述电源包括能够单独或叠加使用的直流电源和冲击电源，所述直流电源出口设置反向保护硅堆，所述冲击电源在触发球隙与波尾电阻之间串联波尾球隙。6.根据权利要求1所述的高速旋转物放电过程多参量同步观测平台，其特征在于，通过高压探头连接至所述上板电极测量放电电压，通过示波器采集电压信息，所述示波器设置电平自动触发，并且输出同步触发信号。7.根据权利要求6所述的高速旋转物放电过程多参量同步观测平台，其特征在于，由所述由示波器提供的同步触发信号触发电流测量，其中通过采集与所述棒电极连接的无感电阻上电压后换算成电流，经过电光/光电转换器将电流数据传至计算机存储。8.根据权利要求7所述的高速旋转物放电过程多参量同步观测平台，其特征在于，采用紫外成像仪拍摄电晕放电过程中所述棒电极附近紫外光子分布图，采用高速摄影仪拍摄先导放电发展过程，采用单反相机拍摄先导放电通道形貌，所述高速摄影仪由所述由示波器提供的同步触发，所述紫外成像仪和所述单反相机自触发。9.根据权利要求8所述的高速旋转物放电过程多参量同步观测平台，其特征在于，采用纹影系统测量放电过程中的温度变化，所述纹影系统通过激光在密度不同的空气之间折射率不同，折算到激光在CMOS高速相机上的偏移量，进而推算密度变化，根据密度反演不同区域的温度以分析先导流注转化的热力学条件，所述纹影系统由所述由示波器提供的同步触
发。10.一种旋转风机叶尖放电过程多参量同步观测方法，其特征在于，利用权利要求9所述的观测平台进行观测，具体包括以下步骤：S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王羽，吴强，邓冶强，陈小月，文习山，蓝磊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：