雷暴过程中正极性电晕放电向流注放电的转化特性研究

摘要

直击雷防护是电力系统安全关注的重点，雷击放电机理是指导直击雷防护设计的理论基础。雷击过程地面目标物初始电晕放电对后续的上行流注与先导放电过程有着重要影响。现有电晕向流注放电的转化实验观测缺乏，转化机理认识不清，亟需开展电晕放电向流注放电转化的特性研究。本文以板-棒板间隙正极性电晕与流注放电过程为研究对象，针对电晕及其转化为流注放电的特性进行了深入研究。
　　本文基于电晕-流注放电转化条件分析，设计了模拟雷暴过程避雷针尖端电晕放电及其转化为流注的放电实验方案。根据实验设计，搭建了直流叠加冲击电压实验回路与施加电压、放电电流、放电光强以及放电图像综合观测系统。设计了可产生不同类型电晕放电的板棒分离式板-棒板放电电极结构，模拟雷暴电场作用下避雷针尖端附近电场的空间分布，与实验回路、观测系统共同构成模拟雷暴过程避雷针尖端放电实验综合观测平台，实现了电晕与流注放电的光、电现象的综合观测。利用综合观测平台，开展了雷暴过程中正极性电晕放电特性研究，实验获取了雷云背景电场下棒电极尖端电晕放电过程与不同类型电晕的放电特征。结合放电电流波形与放电图像，统计分析了流注电晕放电电流波头时间、半波时长、幅值以及辉光电晕放电电流直流分量随施加电压、电极结构参数的变化规律，提出了板-棒板间隙下不同电晕类型形成的电压与电场判据，为电晕向流注放电转化条件研究奠定基础。对正极性电晕向流注放电的转化特性进行了定量研究。测量并对比分析了有、无电晕作用下流注放电的典型放电形态与放电光强。统计了电晕空间电荷作用下流注起始电压与电场、转化时延及其分散性随电晕电流、电极半径和电压上升率的变化规律。实验获得并统计了电晕向流注放电的转化概率随电压上升率的变化特性，分析了临界电压上升率随电晕电流与电极半径的变化规律，并与推导的理论条件进行对比验证。最后根据实测结果，获得了电晕放电与电晕作用下流注放电形成的电压-电压上升率分布特性。

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1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 实验设计与实验平台搭建

2.1 电晕向流注放电转化条件分析

2.2 实验设计

2.3 实验回路

2.4 观测系统

2.5 放电电极

2.6 实验平台布置与输出电压波形

2.7 本章小结

3 雷暴过程中正极性电晕放电特性研究

3.1 典型电晕放电的实验观测

3.2 流注电晕放电特征参数与影响因素的变化规律

3.3 辉光电晕放电与影响因素的变化规律

3.4 不同类型电晕放电形成条件与过程

3.5 本章小结

4 正极性电晕向流注放电的转化特性研究

4.1 典型实验观测结果

4.2 电晕空间电荷作用下流注起始电压与电场特性

4.3 电晕向流注放电的转化时延特性

4.4 电晕向流注放电转化的临界电压上升率

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目