一種高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的測量裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高壓氣體放電電磁測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù) 的測量裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 特高壓直流輸電技術(shù)已經(jīng)成為我國西電東送戰(zhàn)略的核心技術(shù)，肩負(fù)著保障經(jīng)濟(jì)發(fā) 展和能源供給、消減大氣霧霾和改善環(huán)境的重要使命。我國陸續(xù)建設(shè)并投運(yùn)了多條特高壓 直流輸電工程。特高壓直流輸電線路的電磁環(huán)境是線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參量。輸電線路 正常運(yùn)行時，由于導(dǎo)線電暈現(xiàn)象的發(fā)生，線路周圍的空氣分子被電離產(chǎn)生正負(fù)離子，形成空 間電荷。離子在電場的作用下定向運(yùn)動形成離子電流，簡稱為離子流?？臻g電荷的電場與 線路原有的標(biāo)稱電場疊加，形成合成電場，或稱為離子流場。在地面附近，合成電場和離子 流密度是特高壓直流輸電線路重要的電磁環(huán)境參量。導(dǎo)線電暈的發(fā)生還帶來無線電干擾和 可聽噪聲等現(xiàn)象。
[0003] 導(dǎo)線的粗糙系數(shù)是計(jì)算特高壓直流輸電線路合成電場與離子流密度的基本參數(shù)。 導(dǎo)線的粗糙系數(shù)可以通過電暈籠實(shí)驗(yàn)獲得。導(dǎo)線施加不同電壓，獲得電暈籠側(cè)壁處合成電 場與電壓的關(guān)系曲線。曲線通常分為兩段，兩段相連處的點(diǎn)，即曲線的不可導(dǎo)點(diǎn)，對應(yīng)著電 暈起始電壓。再由電暈起始電壓得到粗糙系數(shù)。同理，離子流密度與電壓的關(guān)系曲線、無 線電干擾水平與電壓的關(guān)系曲線，以及可聽噪聲與電壓的曲線關(guān)系都能獲得導(dǎo)線的粗糙系 數(shù)。這一方法即為"折線法"。
[0004] 但是，由于電暈現(xiàn)象的隨機(jī)性，獲得的某一物理量與電壓關(guān)系曲線的不可導(dǎo)點(diǎn)往 往不明顯，電暈起始電壓存在較大誤差，導(dǎo)致獲得的粗糙系數(shù)不準(zhǔn)確。因此，本發(fā)明提出一 種高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的測量裝置和方法，能夠準(zhǔn)確測量高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的測量裝置和方法。
[0006] -種高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的測量裝置，其特征在于，包括圓柱電極1、待測高壓導(dǎo)線 2、支架3、支桿4、底座5、均壓球6、直流電場測量儀7、金屬薄膜8、金屬屏蔽層9 ;具體為圓 柱電極1水平放置于支架3上，圓柱電極1電氣接地；支桿4豎直固定于圓柱電極1兩側(cè)， 支架3和支桿4固定于底座5上；待測高壓導(dǎo)線2水平固定于支桿4上，并與圓柱電極1同 軸放置；待測高壓導(dǎo)線2兩端套裝均壓球6,用來防止待測高壓導(dǎo)線2發(fā)生尖端放電；圓柱 電極1上有一圓孔，直流電場測量儀7的探頭放置于圓柱電極1上的圓孔內(nèi)，并與圓柱電極 1的內(nèi)表面平齊，以防止合成電場畸變；
[0007] 所述圓柱電極1的內(nèi)表面貼有絕緣薄膜，絕緣薄膜的上表面貼有金屬薄膜8,金屬 薄膜8四周貼有金屬屏蔽層9。
[0008] 所述圓柱電極1為由304型不銹鋼材料制成的空心圓筒。
[0009] 所述支桿4由電絕緣材料構(gòu)成，數(shù)量為2個。
[0010] 所述金屬薄膜8和金屬屏蔽層9均為銅箱；金屬薄膜8用于測量離子流密度，金屬 屏蔽層9用于削弱金屬薄膜8的邊緣效應(yīng)。
[0011] -種利用所述測量裝置測量高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的方法，其特征在于，包括如下步 驟：
[0012] 1)檢查直流電場測量儀的探頭處于圓柱電極上的圓孔中，確保直流電場測量儀的 探頭與圓柱電極的內(nèi)表面平齊；
[0013] 2)待測高壓導(dǎo)線連接一臺高壓直流電源的輸出端，開啟高壓直流電源，在圓柱電 極的內(nèi)表面和待測高壓導(dǎo)線之間形成合成電場，并產(chǎn)生離子流；
[0014] 3)取一采樣電阻，采樣電阻的一端通過信號線連接金屬薄膜，另一端接地；采樣 電阻的兩端并聯(lián)連接一個電壓表；
[0015] 4)調(diào)節(jié)高壓直流電源的輸出電壓，同時記錄直流電場測量儀的讀數(shù)和電壓表的 讀數(shù)；直流電場測量儀的讀數(shù)為圓柱電極處的合成電場強(qiáng)度；根據(jù)電壓表的讀數(shù)和公式 得到離子流密度；公式/ = 中，J為離子流密度；UR為電壓表的讀數(shù)；R為采樣電阻 a5 Mb 的電阻值；s為金屬薄膜的面積；
[0016] 5)利用步驟4)獲得的圓柱電極處的合成電場強(qiáng)度、離子流密度，根據(jù) 公式
得到待測高壓導(dǎo)線表面的合成電場強(qiáng)度；公式
申，Ei為待測高壓導(dǎo)線表面的合成電場強(qiáng)度；E2為直流電場測量 儀的讀數(shù)；&為待測高壓導(dǎo)線的半徑；R2為圓柱電極的半徑；K為離子迀移率；e為空氣的 介電常數(shù)；
[0017] 6)利用待測高壓導(dǎo)線表面的合成電場強(qiáng)度Ei，根據(jù)Peek公式
獲得待測高壓導(dǎo)線的粗糙系數(shù)；Peek公式
，m 為待測高壓導(dǎo)線的粗糙系數(shù)；S為空氣的相對密度。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是針對折線法測量導(dǎo)線粗糙系數(shù)不準(zhǔn)確的問題，提出一種高壓 導(dǎo)線粗糙系數(shù)的測量裝置和方法，同軸圓柱電極結(jié)構(gòu)保證了相同半徑下的電場均勻度，通 過離子流密度、合成電場強(qiáng)度的測量，能夠獲得不同高壓導(dǎo)線的粗糙系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高壓導(dǎo) 線粗糙系數(shù)的準(zhǔn)確測量；與行業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際測量聯(lián)系緊密，為研究高壓導(dǎo)線的表面狀態(tài)和 合成電場提供技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0019] 圖1為高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的測量裝置示意圖。
[0020] 圖2為利用測量裝置測量高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的方法流程圖。
[0021] 圖3為高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的測量結(jié)果圖。
[0022] 圖中標(biāo)號：1_圓柱電極、2-待測高壓導(dǎo)線、3-支架、4-支桿、5-底座、6-均壓球、 7-直流電場測量儀的探頭、8-金屬薄膜、9-金屬屏蔽層。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明提出一種高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的測量裝置和方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施 例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0024] 圖1所示為高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的測量裝置示意圖；包括圓柱電極1、待測高壓導(dǎo)線 2、支架3、支桿4、底座5、均壓球6、直流電場測量儀7、金屬薄膜8、金屬屏蔽層9 ;具體為圓 柱電極1水平放置于支架3上，圓柱電極1電氣接地；支桿4豎直固定于圓柱電極1兩側(cè)， 支架3和支桿4固定于底座5上；待測高壓導(dǎo)線2水平固定于支桿4上，并與圓柱電極1同 軸放置；待測高壓導(dǎo)線2兩端套裝均壓球6,用來防止待測高壓導(dǎo)線2發(fā)生尖端放電；圓柱 電極1上有一圓孔，直流電場測量儀7的探頭放置于圓柱電極1上的圓孔內(nèi)，并與圓柱電極 1的內(nèi)表面平齊，以防止合成電場畸變，如圖1(a)所示；
[0025] 所述圓柱電極1的內(nèi)表面貼有絕緣薄膜，絕緣薄膜的上表面貼有金屬薄膜8,金屬 薄膜8四周貼有金屬屏蔽層9,如圖1 (b)所示；本實(shí)施例中金屬薄膜8是面積為100平方 厘米的銅箱，金屬屏蔽層是寬度為2. 5厘米的銅箱；金屬薄膜8用于測量離子流密度，金屬 屏蔽層9用于削弱金屬薄膜8的邊緣效應(yīng)。
[0026] 其中，所述圓柱電極1為由304型不銹鋼材料制成的空心圓筒。
[0027] 其中，所述支桿4由電絕緣材料構(gòu)成，數(shù)量為2個。
[0028] 圖2所示為利用測量裝置測量高壓導(dǎo)線粗糙系數(shù)的方法流程圖；包括如下步驟：
[0029] 1)檢查直流電場測量儀的探頭處于圓柱電極上的圓孔中，確保直流電場測量儀的 探頭與圓柱電極的內(nèi)表面平齊；
[0030] 2)待測高壓導(dǎo)線連接一臺高壓直流電源的輸出端，開啟高壓直流電源，在圓柱電 極的內(nèi)表面和待測高壓導(dǎo)線之間形成合成電場，并產(chǎn)生離子流；
[0031] 3)取一采樣電阻，采樣電阻的一端通過信號線連接金屬薄膜，