一種高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法，包括：在針板電極上加注沖擊電壓并利用分壓器采集沖擊電壓信號(hào)的步驟；電流檢測(cè)單元以設(shè)定采樣周期采集針板電極上電流信號(hào)的步驟；光電倍增管觀測(cè)針板電極間間隙流注放電過(guò)程光信號(hào)的步驟；分壓器、電流檢測(cè)單元、光電倍增管將檢測(cè)到的信號(hào)傳輸至示波器的步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有準(zhǔn)確度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及放電信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，尤其是涉及一種高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在電力系統(tǒng)中，氣體是一種應(yīng)用得相當(dāng)廣泛的絕緣材料。如架空輸電線、母線、隔離開(kāi)關(guān)的斷口處等都是完全依靠空氣作為絕緣的。還有些雖然不完全依靠空氣作為絕緣，但空氣包圍在它們的外部，構(gòu)成絕緣的一部分。SF6氣體從被發(fā)現(xiàn)至今僅一百余年的歷史，它作為高壓絕緣材料的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了輸變電技術(shù)及高壓絕緣技術(shù)的飛速發(fā)。隨著人們對(duì)放電過(guò)程的認(rèn)識(shí)不斷提高，對(duì)其研究也不斷有新的發(fā)現(xiàn)。
[0003]從1858年電子被發(fā)現(xiàn)開(kāi)始，對(duì)于氣體放電的研究就沒(méi)有停止過(guò)，大量研究取得的豐碩的成果不僅奠定了氣體放電學(xué)科的理論基礎(chǔ)，而且也總結(jié)出了比較成熟的實(shí)驗(yàn)方法和大量寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但是，由于氣體放電問(wèn)題本身就是一個(gè)廣闊的研究領(lǐng)域，其中會(huì)遇到物質(zhì)的各個(gè)結(jié)構(gòu)層面(包括分子、原子、光子和電子)，影響因素非常多，所以至今，對(duì)于氣體放電現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究和理論探索仍沒(méi)有一套完整而成熟的體系，還處于發(fā)展階段。深入研究氣體放電過(guò)程的各種影響因素，探索氣體間隙的放電機(jī)制，對(duì)于探索新的絕緣技術(shù)、尋找新的絕緣材料、改進(jìn)現(xiàn)有絕緣設(shè)備、防止各種絕緣事故具有實(shí)際意義。
[0004]1672年威廉在旋轉(zhuǎn)硫磺上發(fā)現(xiàn)了人工產(chǎn)生的電火花，許多科學(xué)家對(duì)這一神秘現(xiàn)象產(chǎn)生濃厚興趣，并致力于解開(kāi)“氣體放電”現(xiàn)象產(chǎn)生的奧秘。
[0005]1903年，經(jīng)典的湯遜碰撞電離理論被提出，這是氣體放電現(xiàn)象首次被從微觀角度來(lái)解釋?zhuān)渌枷腴_(kāi)辟了氣體放電研究的一片新領(lǐng)域，對(duì)現(xiàn)今的研究工作仍舊具有重要的指導(dǎo)意義。
[0006]1940年，Raether提出了流注理論，它是對(duì)湯遜理論的繼承和深化，它補(bǔ)充了湯遜放電理論所不能適合的情況。它考慮了放電中的光電離現(xiàn)象，肯定了空間電荷對(duì)于加速流注發(fā)展的重要作用。當(dāng)電子崩頭、尾部的電子和正負(fù)離子濃度達(dá)到很高時(shí)，會(huì)對(duì)周?chē)妶?chǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的畸變作用，加速電離以及流注的形成和發(fā)展，最終導(dǎo)致氣體間隙的擊穿。湯遜理論和流注理論的提出使氣體放電學(xué)科終于形成了一套獨(dú)特并且成熟的理論體系，為以后的研究工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。基于流注理論，Raether和Meek分別對(duì)放電過(guò)程中的空間電荷電場(chǎng)進(jìn)行了建模計(jì)算，并得到了流注起始判據(jù)。
[0007]流注作為該放電過(guò)程中的一個(gè)重要初始階段，在學(xué)術(shù)上一直以來(lái)都是一個(gè)研究熱點(diǎn)。通過(guò)對(duì)流注的研究揭示氣體放電早期的發(fā)展階段中流注放電過(guò)程中的微觀粒子變化情況，為抑制氣體放電的發(fā)展提高氣體間隙的擊穿電壓具有一定的理論指導(dǎo)意義。
[0008]目前對(duì)電暈放電機(jī)制的理解主要基于湯遜理論和流注理論，而湯遜理論主要針對(duì)的是低氣壓下，而不適用于大氣壓下的放電現(xiàn)象解釋?zhuān)诖髿鈮合码姇灧烹姍C(jī)制的理解主要基于流注理論，故深入研究流注放電對(duì)揭示輸電線路的電暈放電機(jī)制具有重要的理論意義。流注的研究工作一直也是備受學(xué)者們的關(guān)注，也是一個(gè)研究難點(diǎn)，主要原因是流注放電過(guò)程形成的電離態(tài)物質(zhì)遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡、有時(shí)甚至不滿足局部電場(chǎng)平衡。通常認(rèn)為流注放電是一個(gè)典型的多尺度多場(chǎng)耦合的非線性動(dòng)力學(xué)過(guò)程，深入研究流注放電過(guò)程對(duì)豐富和發(fā)展流注理論具有重要的物理意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種準(zhǔn)確度高、可靠性好的高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法。
[0010]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0011]一種高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法，包括:
[0012]在針板電極上加注沖擊電壓并利用分壓器采集沖擊電壓信號(hào)的步驟；
[0013]電流檢測(cè)單元以設(shè)定采樣周期采集針板電極上電流信號(hào)的步驟；
[0014]光電倍增管觀測(cè)針板電極間間隙流注放電過(guò)程光信號(hào)的步驟；
[0015]分壓器、電流檢測(cè)單元、光電倍增管將檢測(cè)到的信號(hào)傳輸至示波器的步驟；
[0016]其中，所述的電流檢測(cè)單元包括無(wú)感電阻和氣體放電管，所述的無(wú)感電阻一端連接針板電極，另一端接地，所述的氣體放電管與無(wú)感電阻并聯(lián)，并聯(lián)后的一個(gè)輸出端通過(guò)一電阻與所述示波器連接，另一輸出端直接與示波器連接。
[0017]所述的沖擊電壓由沖擊發(fā)生器產(chǎn)生，加注在針板電極上。
[0018]所述的無(wú)感電阻的阻值為50 Ω。
[0019]所述的無(wú)感電阻由多個(gè)電阻并聯(lián)而成。
[0020]所述的無(wú)感電阻通過(guò)高頻同軸電纜與波器連接。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022](I)本發(fā)明檢測(cè)方法同時(shí)檢測(cè)沖擊電壓、電流信號(hào)和放電過(guò)程光信號(hào)，可有效對(duì)高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確率高；
[0023](2)電流檢測(cè)單元中的無(wú)感電阻具有很好的通流能力和保真性，并且將流注轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞣烹?，大電流流過(guò)電流檢測(cè)單元時(shí),產(chǎn)生的瞬時(shí)過(guò)電壓瞬間通過(guò)氣體放電管排入接地，以免測(cè)量?jī)x器及信號(hào)線受到過(guò)電壓而損壞；
[0024](3)電流檢測(cè)單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單較小，可放置氣體放電壓力容器內(nèi)部，以免測(cè)量?jī)x器及信號(hào)線受到?jīng)_擊電流等產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)的干擾；
[0025](4)電流檢測(cè)單元為可拆卸式的，使用方便。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明的原理示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明中電流檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為正極性沖擊電壓下SF6氣體的放電特性波形圖；
[0029]圖4為負(fù)極性沖擊電壓下SF6氣體的放電特性波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0031]沖擊電壓的作用下氣體預(yù)放電電流測(cè)試用檢測(cè)單元要解決的主要問(wèn)題，一是檢測(cè)單元的通流能力，二是要盡量減小檢測(cè)單元的電感。如圖1所示為本發(fā)明高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法的原理示意圖，包括以下步驟:
[0032]I)在針板電極上加注沖擊電壓并利用分壓器采集沖擊電壓信號(hào)，沖擊電壓由400kV/20kJ沖擊發(fā)生器產(chǎn)生。
[0033]2)電流檢測(cè)單元以設(shè)定采樣周期采集針板電極上電流信號(hào)。
[0034]如圖2所示，步驟2)中所采用的電流檢測(cè)單元包括無(wú)感電阻4和氣體放電管3，無(wú)感電阻4 一端連接針板電極，另一端接地，氣體放電管3與無(wú)感電阻4并聯(lián)，并聯(lián)后的一個(gè)輸出端通過(guò)一電阻6與示波器5連接，另一輸出端直接與示波器5連接，檢測(cè)時(shí)，該電流檢測(cè)單元放置于氣體放電壓力容器內(nèi)部。電流檢測(cè)單元能將預(yù)放電電流脈沖轉(zhuǎn)化為電壓脈沖，并通過(guò)示波器5對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，用于獲取流注放電產(chǎn)生的電流脈沖信號(hào)。
[0035]考慮到預(yù)放電脈沖電流大小為μ A?mA級(jí)，為使檢測(cè)信號(hào)不發(fā)生畸變以利于分析研究，電流檢測(cè)單元中無(wú)感電阻4的阻值為50Ω，可由10個(gè)500Ω的電阻并聯(lián)而成。為避免檢測(cè)預(yù)放電電流信號(hào)時(shí)電極間隙發(fā)生擊穿導(dǎo)致檢測(cè)阻抗上產(chǎn)生的瞬時(shí)過(guò)電壓對(duì)數(shù)字采集系統(tǒng)造成損壞，在電流檢測(cè)單元內(nèi)部并聯(lián)了 I只大容量氣體放電管電路，保護(hù)數(shù)字采集系統(tǒng)。當(dāng)測(cè)量電流信號(hào)時(shí)，脈沖電流檢測(cè)單元將預(yù)放電電流脈沖轉(zhuǎn)換成電壓脈沖，通過(guò)高頻同軸電纜接入數(shù)字高速采樣系統(tǒng)，即寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器。
[0036]針板電極包括針電極I和板電極2，電極表面均進(jìn)行良好的拋光處理。針電極I錐尖角30° ,曲率半徑為0.5mm,板電極2為Bruce電極,其厚度為8mm,直徑為80mm,電極間隙d的可調(diào)范圍為O?30mm。針電極I和板電極2材料均為不銹鋼。
[0037]3)光電倍增管PMT觀測(cè)針板電極間間隙流注放電過(guò)程光信號(hào)。
[0038]4)分壓器、電流檢測(cè)單元、光電倍增管將檢測(cè)到的信號(hào)傳輸至示波器的步驟。沖擊電壓、預(yù)放電電流、光信號(hào)經(jīng)數(shù)字存儲(chǔ)示波器來(lái)記錄及顯示，測(cè)得的波形，如圖3-圖4所示。
[0039]圖3為氣壓為0.2MPa時(shí)，在正極性沖擊電壓下SF6氣體的放電特性波形圖，圖中可以看出本次研制的脈沖電流檢測(cè)單元準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量出十幾代電子崩之后轉(zhuǎn)為流注的過(guò)程，并且通過(guò)光電倍增管觀測(cè)的光信號(hào)和脈沖電流檢測(cè)裝置測(cè)量的電流波形完全一致。圖4為氣壓為0.2MPa時(shí)，負(fù)極性沖擊電壓下SF6氣體的放電特性波形圖，圖中也同樣可以看出本次研制的脈沖電流檢測(cè)單元測(cè)出三代電子崩之后轉(zhuǎn)為流注，并且通過(guò)光電倍增管觀測(cè)的光信號(hào)和脈沖電流檢測(cè)單元測(cè)量的電流波形完全一致。說(shuō)明使用本發(fā)明提供的方法可以準(zhǔn)確地測(cè)得氣體流注預(yù)放電電流的波形。
【權(quán)利要求】
1.一種高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，包括: 在針板電極上加注沖擊電壓并利用分壓器采集沖擊電壓信號(hào)的步驟； 電流檢測(cè)單元以設(shè)定采樣周期采集針板電極上電流信號(hào)的步驟； 光電倍增管觀測(cè)針板電極間間隙流注放電過(guò)程光信號(hào)的步驟； 分壓器、電流檢測(cè)單元、光電倍增管將檢測(cè)到的信號(hào)傳輸至示波器的步驟； 其中，所述的電流檢測(cè)單元包括無(wú)感電阻和氣體放電管，所述的無(wú)感電阻一端連接針板電極，另一端接地，所述的氣體放電管與無(wú)感電阻并聯(lián)，并聯(lián)后的一個(gè)輸出端通過(guò)一電阻與所述示波器連接，另一輸出端直接與示波器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述的沖擊電壓由沖擊發(fā)生器產(chǎn)生，加注在針板電極上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述的無(wú)感電阻的阻值為50 Ω。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述的無(wú)感電阻由多個(gè)電阻并聯(lián)而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻單極性無(wú)感脈沖放電信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于，所述的無(wú)感電阻通過(guò)高頻同軸電纜與波器連接。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK104166077SQ201410395156
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】吳家華, 盛連軍, 孫都, 金胤豪, 曹斌, 施會(huì), 茅曉亮, 李峰, 陸如 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)上海市電力公司, 上海電力學(xué)院