大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法
【专利摘要】本发明涉及高压电力设备检测【技术领域】，尤其涉及一种大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法。本发明是利用绝缘子的平板模型，对绝缘子运行方式加以模拟，使得气体放电形成的等离子体参数可控且位置固定，为实际诊断创造条件。本发明中绝缘子按爬电距离展开成平板模型，使得气体放电形成的等离子体参数可控且位置固定，为实际诊断创造条件。本发明适宜在高压电力设备检测【技术领域】推广和应用。
【专利说明】大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高压电力设备检测【技术领域】，尤其涉及一种大气条件下由绝缘子端部 放电产生的等离子体的诊断方法。
【背景技术】
[0002] 等离子体诊断主要是通过各种光学、磁学、电学手段，对等离子体内部发生的物 理、化学变化进行诊断和分析，其目的是为了确定等离子体中带电粒子的状态和特性，如电 子和离子的密度和温度、电流和电磁场的空间与时间分布、各种输运、波动、辐射和不稳定 性等运动状态，从而推断出等离子体的各种特性参数。由于绝缘子闪络过程中形成的等离 子体状态具有不定性，为实际诊断造成困难。而电晕放电形成的等离子体，在空间分布上具 有不确定性，且由运行条件的变化，其状态始终处于变化中。绝缘子沿面局部电弧放电形成 的等离子体也有同样的问题，且出现位置的不固定，更加不利于诊断。
【发明内容】
[0003] 为克服现有技术缺陷，本发明提供一种大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离 子体的诊断方法，其目的是使得气体放电形成的等离子体参数可控且位置固定，为实际诊 断创造条件。
[0004] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0005] 大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法，是利用绝缘子的平板 模型，对绝缘子运行方式加以模拟，使得气体放电形成的等离子体参数可控且位置固定，为 实际诊断创造条件；具体操作步骤如下：
[0006] (1)将绝缘子按爬电距离展开成平板模型：使平板的长度为爬电距离，宽度为各 爬电距离对应处伞裙周长的一半；
[0007] (2)将绝缘子高压端选取一个电极，污层按三角形涂刷；电极与污层之间保留 IOmm-30_的间隙以模拟干区，并作为电晕放电形成的等离子体的测试位置；
[0008] (3)选取距电极50mm - IOOmm处作为电弧测试位置；
[0009] (4)当电源合闸后，间隙首先被击穿，形成电晕放电，之后形成局部电弧，直至闪 络；
[0010] (5)在加压过程中，利用探针或光谱分析，对平板模型形成的电晕放电等离子体及 局部电弧等离子体进行诊断，获得数据；
[0011] (6)根据实际测量，此时测试区的电子温度为2. 47eV。
[0012] 所述的平板材质选用与试品绝缘子相同的硅橡胶。
[0013] 所述的对平板模型形成的电晕放电等离子体及局部电弧等离子体进行诊断，采用 朗缪尔探针法；将探针针尖固定在平板模型电极与污层之间干区中间位置处；外部加扫描 电源7,通过示波器记录探针电压曲线和电流曲线，通过曲线拟合得到探针U-I曲线；为降 低探针表面材料二次电子发射对试验精度的影响，选择探针针尖材料为硬度大、熔点高的 钨丝；将针尖用导电环氧树脂胶粘在直径为2mm的玻璃绝缘管内壁上，玻璃管外绕100圈钨 丝作为参考电极，参考电极与探针针尖间的电容为2nF ;探针后面连接四个并联的LC谐振 线圈，之后跟外部探针扫描电源相连；在探针的末端加上测量电路构成回路，该测量电路由 电压表、电流表和可变电阻6组成，并记录探针两端电压和流过探针电流，可得到探针U-I 曲线；将电压匀速升压38. 162kV，绝缘子未闪络；停止升压，用探针测量测试位置等离子体 团参数，可得到探针U-I曲线；借助于探针电压电流关系，确定等离子体的基本参数；
[0014] (1)等离子体空间电位、悬浮电位;
[0015] I = 0时电位值即为悬浮电位，此时电子电流与离子电流的大小相等但方向相 反。若4>f已知,则4>P可由下式求得：
【权利要求】
1. 大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法，其特征在于：它是利用 绝缘子的平板模型，对绝缘子运行方式加以模拟，使得气体放电形成的等离子体参数可控 且位置固定，为实际诊断创造条件； 具体操作步骤如下： (1) 将绝缘子按爬电距离展开成平板模型：使平板的长度为爬电距离，宽度为各爬电 距离对应处伞裙周长的一半； (2) 将绝缘子高压端选取一个电极，污层按三角形涂刷；电极与污层之间保留IOmm-30_的间隙以模拟干区，并作为电晕放电形成的等离子体的测试位置； ⑶选取距电极50mm - IOOmm处作为电弧测试位置； (4) 当电源合闸后，间隙首先被击穿，形成电晕放电，之后形成局部电弧，直至闪络； (5) 在加压过程中，利用探针或光谱分析，对平板模型形成的电晕放电等离子体及局部 电弧等离子体进行诊断，获得数据； (6) 根据实际测量，此时测试区的电子温度为2. 47eV。
2. 根据权利要求1所述的大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法， 其特征在于：所述的平板材质选用与试品绝缘子相同的硅橡胶。
3. 根据权利要求1所述的大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法， 其特征在于：所述的对平板模型形成的电晕放电等离子体及局部电弧等离子体进行诊断， 采用朗缪尔探针法；将探针针尖固定在平板模型电极与污层之间干区中间位置处；外部加 扫描电源（7)，通过示波器记录探针电压曲线和电流曲线，通过曲线拟合得到探针U-I曲 线；为降低探针表面材料二次电子发射对试验精度的影响，选择探针针尖材料为硬度大、熔 点高的钨丝；将针尖用导电环氧树脂胶粘在直径为2mm的玻璃绝缘管内壁上，玻璃管外绕 100圈鹤丝作为参考电极,参考电极与探针针尖间的电容为2nF ;探针后面连接四个并联的 LC谐振线圈，之后跟外部探针扫描电源相连；在探针的末端加上测量电路构成回路，该测 量电路由电压表、电流表和可变电阻6组成，并记录探针两端电压和流过探针电流，可得到 探针U-I曲线；将电压匀速升压38. 162kV，绝缘子未闪络；停止升压，用探针测量测试位置 等离子体团参数，可得到探针U-I曲线；借助于探针电压电流关系，确定等离子体的基本参 数； (1) 等离子体空间电位ΦΡ、悬浮电位Φ? ; I = 0时电位值即为悬浮电位，此时电子电流与离子电流的大小相等但方向相反。 若Φ?已知,则ΦΡ可由下式求得：
(2) 电子温度κ Te ; 在过渡区，探针电流Ip与鞘层电场之间呈指数函数关系：
对式（4.4)两边取对数，得到：
因此，将U-I曲线取半对数，获得的InIp与U在过渡区内呈线性关系，由该直线斜率取 倒数即可获得电子温度κ T6 ; (3) 电子密度\与离子密度Iii ; 在饱和电子电流区，电子饱和电流Ies可由下式求出：
由此得到电子密度I为：
根据等离子体准电中性条件，有： ne ^ Iii (6)； (4) 电子能量分布函数（EEDF); 由于过渡区内的探针电流（电子电流）为对电子能量分布函数的积分，故对测得的U-I 曲线过渡区部分求微分，即可得到等离子体中电子的能量分布函数（EEDF); 根据实际测量，此时测试区的电子温度为2. 47eV。
【文档编号】H05H1/00GK104378898SQ201410299815
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】胡大伟, 苑舜, 苑经纬, 李学斌, 鲁旭臣, 韩洪刚, 赵义松, 姜常胜, 金鑫, 于在明 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院