長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)及方法，涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，用于獲得精度較高的流注?先導(dǎo)轉(zhuǎn)換過程的電子溫度，提高長空氣間隙雷電沖擊下的放電物理機(jī)理研究的深入程度，最終提高電力系統(tǒng)的防雷能力。所述長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)包括：沖擊電壓發(fā)生器、電容分壓器、測量電阻、第一棒電極和位于所述第一棒電極上方的第二棒電極、光譜儀、ICCD相機(jī)以及示波器。所述長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量方法應(yīng)用上述技術(shù)方案所提的測量系統(tǒng)。本發(fā)明提供的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)及方法用于電力系統(tǒng)的雷電防御的研究。
【專利說明】
長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測 量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷擊是輸電線路跳閘的主要原因之一，因此研究長空氣間隙雷電沖擊下的放電物 理機(jī)理、防護(hù)措施和數(shù)值模擬方法是電力系統(tǒng)防雷的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，在長空氣間隙雷電沖擊下的放電物理機(jī)理的研究方面，主要利用 放電特性試驗(yàn)來獲取流注、先導(dǎo)及末躍的轉(zhuǎn)換過程中的電子溫度，進(jìn)而分析在流注、先導(dǎo)及 末躍的轉(zhuǎn)換過程中放電現(xiàn)象在時(shí)間和空間上的變化。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，利用放電特性試 驗(yàn)獲得的流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程中的電子溫度的精度較低，這導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)無法對長 空氣間隙雷電沖擊下的放電物理機(jī)理進(jìn)行深入的研究，進(jìn)而導(dǎo)致無法在電力系統(tǒng)中設(shè)置合 理的防護(hù)措施，最終導(dǎo)致電力系統(tǒng)的防雷能力較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)及方法，用 于獲得精度較高的流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程中的電子溫度，提高長空氣間隙雷電沖擊下 的放電物理機(jī)理研究的深入程度，最終提高電力系統(tǒng)的防雷能力。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供了一種長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)，用于長空氣間隙雷 擊放電過程，所述測量系統(tǒng)包括：
[0007] 沖擊電壓發(fā)生器，其具有輸入端和輸出端，用于產(chǎn)生模擬雷擊放電的輸出電壓，其 中，所述輸入端接地；
[0008] 電容分壓器，其與所述沖擊電壓發(fā)生器并聯(lián)，用于測量所述沖擊電壓發(fā)生器的輸 出電壓值；
[0009] 測量電阻，其與所述沖擊電壓發(fā)生器的輸出端連接，用于測量所述沖擊電壓發(fā)生 器的輸出電流值；
[0010] 第一棒電極和位于所述第一棒電極上方的第二棒電極，所述第二棒電極與所述第 一棒電極相距5m，所述第二棒電極與所述測量電阻連接，所述第一棒電極接地；
[0011]光譜儀，其鏡頭指向所述第二棒電極和所述第一棒電極之間，用于采集所述第二 棒電極和所述第一棒電極之間的放電現(xiàn)象的光譜，所述光譜儀能夠通過升降移動改變所述 鏡頭指向所述第二棒電極和所述第一棒電極之間的位置；
[0012] ICCD相機(jī)，其裝設(shè)在所述光譜儀上，用于每隔一定時(shí)間拍攝并記錄所述光譜儀采 集到的光譜；以及
[0013] 示波器，其分別與所述電容分壓器和所述測量電阻連接，用于根據(jù)所述輸出電壓 值和所述輸出電流值，生成并顯示所述沖擊電壓發(fā)生器輸出的電壓波形和電流波形。
[0014] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，通過沖擊電壓發(fā)生器在第二棒電極與第一棒電極之間產(chǎn) 生模擬的雷擊放電，通過光譜儀采集該雷擊放電現(xiàn)象所產(chǎn)生的光譜，進(jìn)而利用ICCD相機(jī)每 隔一定的時(shí)間間隔拍攝并記錄該光譜，通過分析該記錄的光譜，得到Ηα信息和拖譜線的強(qiáng)度 等信息，進(jìn)而根據(jù)這些信息計(jì)算，得到流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程的即電子溫度。因此，與現(xiàn) 有技術(shù)中通過放電特性試驗(yàn)獲得的流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程的電子溫度的精度相比，應(yīng) 用本發(fā)明提供的流注、先導(dǎo)及末躍長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)所得到的電子 溫度數(shù)值精度較高，能夠提高長空氣間隙雷電沖擊下的放電物理機(jī)理研究的深入程度，最 終提尚電力系統(tǒng)的防雷能力。
[0015] 另一方面，本發(fā)明還提供了一種長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量方法，其采 用上述技術(shù)方案提供的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)，所述長空氣間隙雷擊放 電電子溫度的測量方法包括：
[00?6]步驟S10，計(jì)算長空氣間隙雷擊放電的50%擊穿放電電壓U50%;
[0017] 步驟S20,在第二棒電極和第一棒電極之間施加脈沖電壓，所述脈沖電壓的波形為 1.2/5(^8，所述脈沖電壓的幅值為詘 5〇%，其中汰的取值為1、1.05、1.10、1.15或1.20;
[0018] 步驟S30,對于每個(gè)所述k的取值，保持光譜儀與第一棒電極之間的高度差不變，通 過光譜儀采集第二棒電極和第一棒電極之間的放電現(xiàn)象的光譜，在所述脈沖電壓的一個(gè)周 期內(nèi)，使用ICCD相機(jī)每隔20ns拍攝所述光譜，獲得時(shí)間序列光譜，根據(jù)所述時(shí)間序列光譜， 獲得Ηα譜線的時(shí)間分布及He譜線的時(shí)間分布；
[0019] 步驟S40,對于每個(gè)k值，從光譜儀與第一棒電極的高度差X為0開始，逐次對光譜儀 的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使該高度差每次增加〇.5m，并通過光譜儀采集第二棒電極和第一棒電極 之間的放電現(xiàn)象的光譜;對應(yīng)每個(gè)高度差，在所述脈沖電壓的每個(gè)周期內(nèi)的同一時(shí)間點(diǎn)，使 ICCD拍攝所述光譜，獲得空間序列光譜，根據(jù)所述空間序列光譜獲得Ηα譜線的空間分布及He 譜線的空間分布；
[0020] 步驟S50，根據(jù)所述Ηα譜線的時(shí)間分布及He譜線的時(shí)間分布、Ηα譜線的空間分布及 抱譜線的空間分布，獲得Ηα譜線的強(qiáng)度1。及抱譜線的強(qiáng)度Ie;
[0021] 步驟S60,根據(jù)所述Ηα譜線的強(qiáng)度1。及抱譜線的強(qiáng)度Ie，計(jì)算電子溫度Te。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量方法所具有 的有益效果與上述流長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)所具有的有益效果相同，此 處不再贅述。
【附圖說明】
[0023]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0024] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2提供的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量方法的流程圖。
[0026] 附圖標(biāo)記：
[0027] 10-沖擊電壓發(fā)生器， II-電容分壓器，
[0028] 12-測量電阻， 21-第一棒電極，
[0029] 22-第二棒電極， 30-光譜儀，
[0030] 31-光柵， 32-平凸透鏡，
[0031] 33-偏振透鏡， 34-ICCD相機(jī)，
[0032] 40-示波器， 50-分析裝置，
[0033] 60-同步觸發(fā)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施例提供的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng) 及方法，下面結(jié)合說明書附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0035] 【實(shí)施例1】
[0036] 請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)， 包括沖擊電壓發(fā)生器10、電容分壓器11、測量電阻12、第二棒電極22、第一棒電極21、光譜儀 30、ICCD相機(jī)34以及示波器40。
[0037] 沖擊電壓發(fā)生器10是一種能夠模擬雷擊放電的電壓生成裝置，通常用于電力設(shè)備 等試品進(jìn)行雷電沖擊電壓全波、雷電沖擊電壓截波和操作沖擊電壓波的沖擊電壓試驗(yàn)，檢 驗(yàn)絕緣性能。在本實(shí)施例中，沖擊電壓發(fā)生器10的額定電壓至少為2000kv，具有輸出端和輸 入端，該輸出端與第二棒電極22連接，該輸入端接地。
[0038] 電容分壓器11與沖擊電壓發(fā)生器10并聯(lián)，也即一端連接電容分壓器11的輸入端， 另一端接地。該電容分壓器11用于測量沖擊電壓發(fā)生器10生成的輸出電壓值。
[0039] 測量電阻12與第二棒電極22串聯(lián)，位于第二棒電極22與沖擊電壓發(fā)生器10之間的 電路上，該測量電阻12用于測量通過第二棒電極22的輸出電流值。
[0040] 第二棒電極22位于第一棒電極21的正上方，第一棒電極21與第一棒電極22豎直設(shè) 置，兩者呈一條直線，第二棒電極22的上端與測量電阻12連接，下端與第一棒電極21的上端 之間的高度差為5m。第二棒電極22與第一棒電極21之間形成放電空間。
[0041] 光譜儀30水平設(shè)置，其鏡頭指向第二棒電極22和第一棒電極21之間，用于采集上 述放電空間內(nèi)放電現(xiàn)象的光譜。光譜儀30能夠在豎直方向上進(jìn)行升降移動，調(diào)節(jié)其與第一 棒電極21之間的高度差X，以采集上述放電空間內(nèi)的不同位置的光譜。此外，對于部分簡單 光譜儀30而言，在光譜儀30的鏡頭的前方，還可按照從接近鏡頭到遠(yuǎn)離鏡頭的順序依次設(shè) 有偏振透鏡33、平凸透鏡32、光柵31，其中，光柵31用于對入射至光譜儀30的鏡頭的不同波 長的光線進(jìn)行離散，凸透鏡將放電區(qū)域投影到光譜儀30入射狹縫，偏振片用于濾去無關(guān)譜 線。
[0042]光譜儀30上還裝設(shè)有ICXD相機(jī)34,其能夠每隔一定時(shí)間對光譜儀30采集的光譜進(jìn) 行拍攝，并將其記錄。
[0043] 示波器40與電容分壓器11和測量電阻12連接，用于接收電容分壓器11測量得到的 輸出電壓值和測量電阻12測量得到的輸出電流值，根據(jù)該輸出電流值和輸出電壓值生成上 述輸出電壓的波形。
[0044]在本發(fā)明實(shí)施例中，利用沖擊電壓發(fā)生器10在第二棒電極22與第一棒電極21之間 的放電空間內(nèi)模擬雷擊放電，并利用光譜儀30采集該放電空間內(nèi)的光譜。而后，通過ICCD相 機(jī)34每隔一定的時(shí)間間隔拍攝該光譜，并對拍攝得到的光譜進(jìn)行記錄和分析，得到Ηα信息 和抱譜線的強(qiáng)度等信息，根據(jù)得到的信息計(jì)算，算出流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程的電子溫 度。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中通過放電特性試驗(yàn)獲得的流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程的電子溫度的 精度相比，應(yīng)用本發(fā)明提供的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)所得到的電子溫度 數(shù)值精度較高，能夠提高長空氣間隙雷電沖擊下的放電物理機(jī)理研究的深入程度，最終提 尚電力系統(tǒng)的防雷能力。
[0045] 可以理解的是，在獲得ICXD相機(jī)34拍攝的光譜之后，可使用人工或計(jì)算機(jī)對這些 光譜進(jìn)行分析計(jì)算，以獲得流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程的電子溫度。為了提高測量效率，在 本實(shí)施例中，上述測量系統(tǒng)還包括分析裝置50,該分析裝置50可為計(jì)算機(jī)或工作站等設(shè)備， 與ICCD相機(jī)34相連。在該分析裝置50內(nèi)預(yù)先寫入計(jì)算機(jī)程序，在該計(jì)算機(jī)程序的控制下，分 析裝置50從ICCD相機(jī)34獲取其記錄的光譜，根據(jù)該光譜得到Ηα信息和飾譜線的強(qiáng)度等信息， 并根據(jù)預(yù)設(shè)的公式算出流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程的電子溫度。與人工對ICCD相機(jī)34拍攝 的光譜進(jìn)行分析計(jì)算相比，分析裝置50能夠自動進(jìn)行上述分析計(jì)算過程，并且還能夠提高 參數(shù)計(jì)算的效率和精確程度。
[0046] 此外，在本實(shí)施例中，上述測量系統(tǒng)還包括同步觸發(fā)裝置60,該同步觸發(fā)裝置60與 示波器40和ICCD相機(jī)34連接。在沖擊電壓發(fā)生器10產(chǎn)生輸出電壓(該輸出電壓為脈沖電壓） 時(shí)，從示波器40獲取沖擊電壓發(fā)生器10的輸出電壓的波形，根據(jù)該波形判斷沖擊電壓發(fā)生 器10產(chǎn)生的輸出電壓的每個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間，并根據(jù)該每個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間，使ICCD相機(jī) 34在需要的時(shí)刻觸發(fā)，拍攝每個(gè)周期內(nèi)的同一時(shí)刻對應(yīng)的光譜，或拍攝每個(gè)周期內(nèi)不同時(shí) 刻各自對應(yīng)的光譜。因此，通過設(shè)置同步觸發(fā)裝置60，使ICCD相機(jī)34的觸發(fā)時(shí)間與輸出電壓 的每個(gè)周期內(nèi)的持續(xù)時(shí)間嚴(yán)格對應(yīng)，從而準(zhǔn)確地獲得需要的時(shí)刻的光譜。
[0047] 【實(shí)施例2】
[0048] 請參閱圖2,在本實(shí)施例中，提供了一種長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量方 法，該測量方法采用實(shí)施例1中記載的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)，用于在長 空氣間隙雷擊放電過程中，測量流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程的電子溫度。
[0049] 具體地，本實(shí)施例提供的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量方法包括：
[0050]步驟S10，計(jì)算長空氣間隙雷擊放電的50 %擊穿放電電壓U5Q%。在該步驟中擊穿放 電電壓為在第二棒電極和第一棒電極之間多次施加沖擊電壓時(shí)，其中半數(shù)導(dǎo)致?lián)舸┑碾?壓。
[0051 ]步驟S20,在第二棒電極和第一棒電極之間施加幅值為kU5Q%，波形為1.2/5〇ys的脈 沖電壓，其中，k的取值為1、1.05、1.10、1.15或1.20。對應(yīng)每個(gè)k值，進(jìn)行下述步驟S30和步驟 S40〇
[0052]步驟S30,對于每個(gè)k的取值，保持光譜儀與第一棒電極之間的高度差不變，通過光 譜儀米集第二棒電極和第一棒電極之間的放電現(xiàn)象的光譜，在脈沖電壓的一個(gè)周期內(nèi)，使 用ICCD相機(jī)每隔一定時(shí)間間隔△ t拍攝光譜，獲得時(shí)間序列光譜，根據(jù)時(shí)間序列光譜，獲得 Ηα譜線的時(shí)間分布及He譜線的時(shí)間分布。
[0053] 在步驟S30中，上述時(shí)間間隔△ t可為20ns。并且，由于每次放電過程的持續(xù)時(shí)間在 幾十ys左右，因此，為了更準(zhǔn)確地記錄放電過程內(nèi)的現(xiàn)象，可將iccd相機(jī)每次的曝光時(shí)間設(shè) 置在ns (納秒)級別，例如可在1 -10ns內(nèi)任意取值。
[0054]步驟S40,對于每個(gè)k值，從光譜儀與第一棒電極的從高度差X為0開始，逐次對光譜 儀的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使該高度差每次增加0.5m，并通過光譜儀采集第二棒電極和第一棒電 極之間的放電現(xiàn)象的光譜;對應(yīng)每個(gè)高度差，在脈沖電壓的每個(gè)周期內(nèi)的同一時(shí)間點(diǎn)，使 ICCD拍攝光譜，獲得空間序列光譜，根據(jù)空間序列光譜獲得Ηα譜線的空間分布及拖譜線的空 間分布。在步驟S40中，對于第二棒電極與第一棒電極之間的放電空間，光譜儀能夠采集到 不同高度的光譜。從而獲得Ηα譜線的空間分布及He譜線的空間分布。
[0055] 可以理解的是，根據(jù)步驟S30和步驟S40,能夠獲得各時(shí)間點(diǎn)和空間位置對應(yīng)的，雖 然在下文中僅對某一時(shí)間點(diǎn)或空間位置的強(qiáng)度及強(qiáng)度Ie的計(jì)算進(jìn)行說明。但結(jié)合步驟 S30、步驟S40以及以下步驟，本實(shí)施例能夠獲得的是流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程中的不同時(shí) 間及空間位置所對應(yīng)的電子溫度，從而能夠確定流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程中放電現(xiàn)象的 時(shí)間特性和空間特性，進(jìn)而分析得到長空氣間隙放電過程中流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程的 機(jī)理，最終對雷擊放電過程進(jìn)行更深入的研究，更好地對雷擊現(xiàn)象進(jìn)行防御。
[0056]步驟S50，根據(jù)Ηα譜線的時(shí)間分布及He譜線的時(shí)間分布、Ηα譜線的空間分布及He譜 線的空間分布，獲得Ηα譜線的強(qiáng)度1。及抱譜線的強(qiáng)度Ie。
[0057]步驟S60,根據(jù)Ηα譜線的強(qiáng)度1。及拖譜線的強(qiáng)度Ie，計(jì)算電子溫度Te。在該步驟中，電 子溫度Te的計(jì)算公式為：
[0059] 在該公式中，電子溫度Te的單位為eViWe分別為Ha、Hf!譜線的相對強(qiáng)度;Ea、Ef!分 別為Ηα、％譜線能級的激發(fā)能量;為Ηα、％譜線譜線的波長，的單位是nm;Aa、Af!為Η α、 Ηβ譜線對應(yīng)的躍迀幾率，Αα、Αβ的單位S'gc^gf!為Ηα譜線、Ηβ譜線對應(yīng)的上能級權(quán)重因子。上 述參數(shù)均可在美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST)中查到。
[0060] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例提供的測量方法的有益效果與實(shí)施例1提供的測量系 統(tǒng)的有益效果相同，此處不再贅述。
[0061] 對于上述技術(shù)方案而言，步驟S10(計(jì)算長空氣間隙雷擊放電的50%擊穿放電電壓 U50%)具體包括：
[0062] 步驟S11，確定一初始值Uo。改初始值為本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、實(shí)際環(huán)境等因 素估算的擊穿放電電壓U5Q%的估計(jì)值。
[0063] 步驟S12,逐次向第二棒電極和第一棒電極之間施加測試電壓，該測試電壓的幅值 從0.75Uo開始，每次增加 0.05Uo，直至第二棒電極和第一棒電極之間放電且不閃絡(luò)，以此時(shí) 的測試電壓值作為有效電壓值；
[0064]步驟S13,重復(fù)步驟12至少40次，計(jì)算得到的所有有效電壓值的平均值，以該平均 值作為空氣間隙雷擊放電的50 %擊穿放電電壓U5〇%。
[0065] 步驟S11-步驟S13的過程為階梯法測量擊穿放電電壓的過程，由于現(xiàn)有技術(shù)中存 在階梯法的具體流程的描述，因此此處不再贅述。
[0066] 在本實(shí)施例，通過上述各步驟能夠計(jì)算得到流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程的電子溫 度)在不同時(shí)間點(diǎn)和不同空間位置的數(shù)值，進(jìn)而獲得電子溫度在時(shí)空上的分布，以確定流 注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程的細(xì)節(jié)和機(jī)理。因此，通過本發(fā)明能夠更深入地研究雷擊的特性， 從而更好地對雷擊進(jìn)行防御。
[0067]可以理解的是，在本實(shí)施例中，還可實(shí)現(xiàn)通過計(jì)算判斷本實(shí)施例是否使用于待檢 測的流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程，具體如下所述。
[0068]具根據(jù)長間隙放電理論，在流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程中，流注莖電子密度Ne會增 大1~3個(gè)數(shù)量級。考慮到每立方厘米的電子密度滿足1014d<1018條件時(shí)，斯塔克展寬法 測量比較精確，而4m棒-板間隙放電的電子密度N e略微不足，故必須通過計(jì)算除去多普勒展 寬、儀器展寬和范德華展寬。自然寬度在波長尺度上約為l〇_5nm，在大氣壓條件下可以忽略 不計(jì)。
[0069] 并且，根據(jù)長間隙放電理論，在流注、先導(dǎo)及末躍轉(zhuǎn)換過程中，溫度會由室溫的 300K左右上升到1500K以上。若等離子體處于局域熱力學(xué)平衡狀態(tài)，則可利用雙線法測電子 溫度 Te，其必要條件是:Ne= 1.6 X 1012Te1/2(Em-En)3，cm- 3。
[0070] 其中，Te為等離子體的電子溫度，單位為eV; Em_E，生躍迀的上下能極差，單位為 eV;此時(shí)，可以用電子激發(fā)溫度Tex。表征上述電子溫度T e。由普朗克公式可知，Ηα、％譜線能級 差約為0.663eV，流注莖轉(zhuǎn)化為熱游離先導(dǎo)時(shí)臨界溫度為1500Κ(即0.129eV)，算得局域熱力 學(xué)平衡的必要條件是:Ne 2 1.675 X 1011，此時(shí)長空氣間隙放電電子密度基本滿足局域熱力 學(xué)平衡條件。
[0071] 本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同或相似的 部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對于方法 實(shí)施例而言，由于其基本相似于系統(tǒng)實(shí)施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見產(chǎn)品實(shí)施 例的部分說明即可。
[0072] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)，用于長空氣間隙雷擊放電過程，其 特征在于，所述測量系統(tǒng)包括： 沖擊電壓發(fā)生器，其具有輸入端和輸出端，用于產(chǎn)生模擬雷擊放電的輸出電壓，其中， 所述輸入端接地； 電容分壓器，其與所述沖擊電壓發(fā)生器并聯(lián)，用于測量所述沖擊電壓發(fā)生器的輸出電 壓值； 測量電阻，其與所述沖擊電壓發(fā)生器的輸出端連接，用于測量所述沖擊電壓發(fā)生器的 輸出電流值； 第一棒電極和位于所述第一棒電極上方的第二棒電極，所述第二棒電極與所述第一棒 電極相距5m，所述第二棒電極與所述測量電阻連接，所述第一棒電極接地； 光譜儀，其鏡頭指向所述第二棒電極和所述第一棒電極之間，用于采集所述第二棒電 極和所述第一棒電極之間的放電現(xiàn)象的光譜，所述光譜儀能夠通過升降移動改變所述鏡頭 指向所述第二棒電極和所述第一棒電極之間的位置； ICCD相機(jī)，其裝設(shè)在所述光譜儀上，用于每隔一定時(shí)間拍攝并記錄所述光譜儀采集到 的光譜；以及 示波器，其分別與所述電容分壓器和所述測量電阻連接，用于根據(jù)所述輸出電壓值和 所述輸出電流值，生成并顯示所述沖擊電壓發(fā)生器輸出的電壓波形和電流波形。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 測量系統(tǒng)還包括分析裝置，其與所述ICCD相機(jī)連接，用于獲取并分析所述ICCD相機(jī)拍攝的 光譜。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述測量系統(tǒng)還包括同步觸發(fā)裝置，其與所述示波器和所述ICCD相機(jī)連接，用于根據(jù)所述 示波器生成的所述輸出電壓的波形，控制所述ICCD相機(jī)的觸發(fā)時(shí)間。4. 一種長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-3中的 任一項(xiàng)所述的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量系統(tǒng)，所述長空氣間隙雷擊放電電子溫 度的測量方法包括： 步驟S10，計(jì)算長空氣間隙雷擊放電的5 0 %擊穿放電電壓U 5 〇%; 步驟S20,在第二棒電極和第一棒電極之間施加脈沖電壓，所述脈沖電壓的波形為1.2/ 50ys，所述脈沖電壓的幅值為kU5Q%，其中，k的取值為1、1.05、1.10、1.15或1.20; 步驟S30,對于每個(gè)所述k的取值，保持光譜儀與第一棒電極之間的高度差不變，通過光 譜儀米集第二棒電極和第一棒電極之間的放電現(xiàn)象的光譜，在所述脈沖電壓的一個(gè)周期 內(nèi)，使用ICCD相機(jī)每隔20ns拍攝所述光譜，獲得時(shí)間序列光譜，根據(jù)所述時(shí)間序列光譜，獲 得Ηα譜線的時(shí)間分布及He譜線的時(shí)間分布； 步驟S40,對于每個(gè)k值，從光譜儀與第一棒電極的高度差X為0開始，逐次對光譜儀的高 度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使該高度差每次增加〇.5m，并通過光譜儀采集第二棒電極和第一棒電極之間 的放電現(xiàn)象的光譜;對應(yīng)每個(gè)高度差，在所述脈沖電壓的每個(gè)周期內(nèi)的同一時(shí)間點(diǎn)，使ICCD 拍攝所述光譜，獲得空間序列光譜，根據(jù)所述空間序列光譜獲得Ηα譜線的空間分布及拖譜線 的空間分布； 步驟S50,根據(jù)所述Ηα譜線的時(shí)間分布及拖譜線的時(shí)間分布、所述Ηα譜線的空間分布及He 譜線的空間分布，獲得Ηα譜線的強(qiáng)度1。及抱譜線的強(qiáng)度Ιβ; 步驟S60,根據(jù)所述Ηα譜線的強(qiáng)度1。及拖譜線的強(qiáng)度Ie，計(jì)算電子溫度Te。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量方法，所述步驟S10包 括： 步驟S11，確定一初始值Uo; 步驟S12,逐次向所述第二棒電極和所述第一棒電極之間施加測試電壓，該測試電壓的 幅值從〇.75U〇開始，每次增加0.05U〇,直至所述第二棒電極和所述第一棒電極之間放電且不 閃絡(luò)，以此時(shí)的測試電壓值作為有效電壓值;以及 步驟S13,重復(fù)步驟12至少40次，計(jì)算得到的所有有效電壓值的平均值，以該平均值作 為所述空氣間隙雷擊放電的50%擊穿放電電壓U5〇%。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的長空氣間隙雷擊放電電子溫度的測量方法，其特征在于，在所 述步驟S60中，所述電子溫度I的計(jì)算公式為：其中，Εα為所述Ηα譜線的能級的激發(fā)能量、Ee為所述He譜線的能級的激發(fā)能量;L·為所述 Ηα譜線的強(qiáng)度，le為所述He譜線的強(qiáng)度;λα為所述Ηα譜線的波長，λρ為所述拖譜線的波長;Αα為 所述Ηα譜線對應(yīng)的躍迀幾率，A e為所述He譜線對應(yīng)的躍迀幾率;ga為所述Ηα譜線對應(yīng)的上能 級權(quán)重因子，ge為所述He譜線對應(yīng)的上能級權(quán)重因子。
【文檔編號】G01R31/12GK105866641SQ201610286445
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】劉剛, 賈磊, 胡上茂, 蔡漢生, 施健, 張義, 韓永霞, 阮耀萱
【申請人】南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 華南理工大學(xué)