[发明专利]流注放电试验系统、方法、其流注产生装置和测量系统

说明书

技术领域

    本发明属于放电的基础研究领域，特别涉及一种沿绝缘介质表面流注放电试验系统、试验方法、以及流注放电的产生装置及测量系统。

背景技术

    输变电设备的外绝缘问题影响着电力系统的正常和安全运行，且随着电压等级的升高，其问题和影响将更为突出，直接影响着电网的供电质量。外绝缘问题主要包括空气间隙和绝缘介质沿面绝缘的问题，间隙击穿和沿面放电闪络是外绝缘最为严重的问题，因此，有必要对其进行更为深入的研究。

    间隙击穿和绝缘介质沿面闪络包括着一系列的过程：（1）出现有效初始电子形成电子崩；（2）电子崩发展成为流注并向前传播；（3）当流注通道根部电子达到一定程度时，出现热电离产生先导通道加快等离子通道的传播；（4）当等离子通道贯穿间隙后，最终引起火花放电或电弧放电，间隙或沿面发生电击穿。在整个过程中，流注的传播对间隙击穿和沿面闪络有着重要的影响，是其中物理过程最为复杂的一个阶段。国内外研究人员在空气中对流注的传播进行了一定的试验研究，主要通过利用光电倍增管观测流注头部辐射出的光子来判断流注传播到达的位置；利用超高速ICCD拍摄流注的传播过程，从而获得流注传播的速度，流注通道的形状，流注分叉的个数等；利用Rogowski线圈测量流注电流，通过积分获得流注包含的电荷；利用放置在阴极的感光胶片获得到达阴极的流注数目等。而沿绝缘介质表面流注放电的研究则未见有相关的文献披露，也未见有相关产品。

发明内容

    本发明的目的是提供一种沿绝缘介质表面流注放电试验系统、试验方法、以及流注放电产生装置及测量系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种沿绝缘介质表面流注放电试验系统，它包括流注放电产生装置和测量系统，其中，

所述流注放电产生装置包括：

三电极结构，包括相对且平行地设置的上极板和下极板，以及一个针电极，所述针电极包括金属针和绝缘外套，针电极设置于下极板上且与下极板绝缘，所述下极板接地；

高压直流电源，其输出端连接所述上极板；以及

触发脉冲发生装置，其输出端连接所述针电极；

所述测量系统包括第一处理器和对应连接在第一处理器三个输入端的三个光电倍增管，第一处理器的另一个输入端通过高压探头连接所述触发脉冲发生装置的输出端，所述三个光电倍增管对应与针电极的针尖、上极板和下极板之间的中间位置、以及上极板的下表面对准。

在上述的试验系统中，优选地，所述测量系统还包括成像设备，该成像设备设置在三电极结构的侧面，用于拍摄流注放电过程和流注传播路径。

在上述的试验系统中，优选地，所述测量系统还包括两个电流测量装置，每个电流测量装置由测量单元和第二处理器组成，测量单元设置于三电极结构的高压端或低压端，测量单元包括屏蔽罩和设置于屏蔽罩内的电流传感器、采样频率≥200MHz且频带宽度≥100MHz的采集卡、电光转换模块、以及用于给采集卡和电光转换模块供电的独立供电模块，独立供电模块的地独立于所述高压直流电源的地，第二处理器设置于后台，通过光纤连接测量单元，用于显示和保存测量单元采样得到的流注电流数据。

在上述的试验系统中，优选地，所述第一处理器为示波器，该示波器具有至少四个通道，而且采样频率不小于1GHz、频带宽度不小于100MHz。

在上述的试验系统中，优选地，三个光电倍增管的光输入窗口为0.5-2mm的窄缝。

一种沿绝缘介质表面流注放电试验方法，包括

在三电极结构的上极板和下极板之间设置绝缘材料试品；

控制触发脉冲发生装置产生纳秒级高压方波脉冲，该方波脉冲被施加到三电极结构的针电极，引起针尖放电从而产生正极性流注；

开启高压直流电源使上、下极板之间产生均匀电场，促进流注在绝缘材料试品表面传播；

用所述方波脉冲触发测量系统的第一处理器开始采集三个光电倍增管的输出信号，进而测量出流注传播速度和流注放电强度；

从三电极结构的高压端和低压端测量流注电流；

用成像设备在三电极结构的侧面拍摄流注放电过程和流注传播路径。

在上述的试验方法中，优选地，高压方波脉冲的脉冲宽度为100ns-250ns，脉冲幅值为1kV-4kV。

一种流注放电产生装置，包括：

三电极结构，包括相对且平行地设置的上极板和下极板，以及一个针电极，所述针电极包括金属针和绝缘外套，针电极设置于下极板上且与下极板绝缘，所述下极板接地；