[发明专利]一种空气间隙放电发射光谱时空分布的观测方法

说明书

本发明公开了一种空气间隙放电发射光谱时空分布的观测方法，通过设置光栅光谱仪的触发时延及其像增强探测器的增益，并对各种信号传输时间延迟进行校正，可以得到精确且分辨率高的标准雷电冲击下空气间隙放电发射光谱的时空分布。本发明提供的标准雷电冲击下空气间隙放电发射光谱时空分布的观测方法用于电力系统防雷设计的研究。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种空气间隙放电发射光谱时空分布的观测方法。

背景技术

雷电是输电线路跳闸的主要原因之一，因此研究空气间隙在雷电冲击下的放电物理机理、防护措施和数值模拟方法是电力系统防雷的研究重点和难点。

现有技术中，在空气间隙放电发射光谱观测方面，主要通过光纤探头和光纤光谱仪获取空气间隙击穿后放电通道的发射光谱。但受限于光纤光谱仪的曝光时间、拍摄速度、光纤探头放置要求：第一，空气间隙放电发射光谱至少是经过μs级曝光所得到的，相对于标准雷电冲击电压的脉冲周期并非是瞬时，无法得到空气间隙放电各个发展阶段的发射光谱；第二，由于长空气间隙在标准雷电冲击下的放电通道路径具有随机性，难以在空气间隙附近有效放置光纤探头；第三，光纤光谱仪不能对发射光谱的强度进行线性增益，若用于获取电晕起始和流注发展阶段的发射光谱，其强度和分辨率可能不太理想。因此在现有观测技术和方法下所得到的标准雷电冲击下空气间隙放电发射光谱时空分布在精确度和分辨率方面严重不足，使标准雷电冲击下空气间隙放电物理机理的深入研究受限，进而导致无法在电力系统中设置合理的防护措施，阻碍了电力系统的防雷水平的提高。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种在标准雷电冲击下的空气间隙放电发射光谱时空分布的观测方法，用于获得更精确、分辨率更高的标准雷电冲击下空气间隙放电发射光谱的时空分布，推进空气间隙在标准雷电冲击下放电物理机理研究的深入程度，最终促进电力系统防雷水平的提高。

本发明采用如下技术方案：

一种空气间隙放电发射光谱时空分布的观测方法，包括如下步骤:

S1测定标准雷电冲击下空气间隙放电的50％击穿放电电压U_50％；

S2在空气间隙两端施加标准雷电冲击电压,所施加电压的幅值为kU_50％；

S3对于固定冲击电压幅值，重复进行放电，设置触发时延，使用光栅光谱仪拍摄完整清晰的空气间隙放电通道图像，然后根据图像中放电通道的位置，调整光栅光谱仪的位置和拍摄焦距，使空气间隙放电通道位于图像的正中央位置，且光栅光谱仪的狭缝宽度尽可能小；

S4拍摄0～1000nm的空气间隙放电通道全波段发射光谱图，选取并记录其中波峰明显的谱线所对应的中心波长值；

S5在一个电压脉冲周期内，设置触发时延为最小值，设置光栅光谱仪拍摄的中心波长，从电压脉冲的波头开始，获得步骤S4中选取的中心波长值所对应的空气间隙放电发射光谱图，得到无增益情况下的时空分布；

S6若得到的空气间隙放电发射光谱图的强度不足，则梯级增大光栅光谱仪的像增强探测器的增益倍数，直至拍摄到强度足够的发射光谱或像增强探测器的增益倍数达到上限为止，然后进入步骤S7；

若得到的空气间隙放电发射光谱图的强度足够，则直接进入S7；

S7将强度足够的发射光谱图，按照脉冲电压在一个周期内时刻位置排序，得到标准雷电冲击下空气间隙放电发射光谱时空分布；

S8将S7得到的标准雷电冲击下空气间隙放电发射光谱时空分布进行传输延迟的校正，得到标准雷电冲击下空气间隙放电发射光谱时空分布。

所述S3中，每次拍摄空气间隙放电发射光谱的曝光时间设置为3ns，像增强探测器的增益倍数为1。