正极性先导放电温度场测量方法及先导热特性研究

摘要

长空气间隙的绝缘特性是高压输电系统外绝缘设计基础问题之一。先导放电作为长空气间隙击穿的主导过程，主要特点是热电离。由于先导放电发展随机性大、空间尺度小，一直以来缺少对其放电温度场的准确测量，对其放电特性的研究也不够深入。本文以长空气间隙的正极性先导放电过程为研究对象，开展先导温度场测量方法研究，采用试验观测与理论分析相结合的方法，针对先导起始和先导发展的热特性开展深入研究。
　　从非均匀流场中光传播特性出发，分析了基于光线偏折的温度场测量原理。针对高空间分辨率测量需求，对纹影系统主透镜进行了优化设计，有效地消除了主透镜的球差，提高了主透镜的空间分辨率。设计了以高速摄像仪为核心的成像系统，实现了系统高空间分辨率和高时间分辨率观测。通过对不同刀口切割量下的成像灰度图分析，对系统的优化设计进行了验证。
　　对先导倾斜发展的椭圆截面折射率分布进行分析，结合椭圆截面特点对现有Abe l逆变换进行优化，建立了适用于椭圆分布的 Abe l逆变换算法。考虑先导通道内各成分对折射率的影响，建立了先导通道温度与折射率关系曲线。引入图像插值方法对所测得先导放电纹影图像进行数字图像插值处理，减小了 Abe l逆变换数值计算误差。使用所设计系统对酒精灯温度场进行测量，通过与精密热电偶测量结果比对，验证了纹影测量系统的准确性。
　　建立了包括温度测量系统、高电位电流测量系统、空间瞬态电场测量系统、高速光学观测系统和实现各测量子系统同步触发系统的正极性先导放电同步观测系统。基于此同步观测系统，开展了1m棒-板间隙正极性先导起始试验观测，获得了流注向先导转化过程中流注茎的温度分布特性和时变特性，试验验证了现有先导起始温度判据的有效性。针对现有先导起始热力学模型计算结果与试验结果不符的问题，引入流注茎电流密度分布特性对现有先导起始模型进行了修正，并通过试验校验了修正模型的合理性。
　　开展了1m棒-板间隙正极性先导发展热特性试验观测，试验获得并分析了间隙击穿和不击穿情况下放电发展过程中先导通道温度分布特性。统计了先导通道热直径随时间和注入电荷的变化规律，通过调整施加电压峰值获得了不同电压变化率下先导通道热膨胀规律，解释了电压变化率对先导热膨胀的影响机制。结合热力学机理分析了先导通道热膨胀机制，通过试验结果验证了理论计算方法的合理性。获取了先导通道热直径随先导发展长度规律，建立了先导通道热直径与先导发展长度关系。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

2 正极性先导放电温度场测量方法研究

2.1 引言

2.2 测量原理

2.3 测量系统光路设计

2.4 优化设计验证

2.5 本章小结

3 正极性先导温度场反演方法研究

3.1 引言

3.2 Abel逆变换算法优化研究

3.3 先导通道折射率与温度关系研究

3.4 图像插值处理

3.5 测量系统校验

3.6 本章小结

4 正极性先导起始热特性研究

4.1 引言

4.2 长间隙放电同步观测系统

4.3 正极性先导起始试验观测

4.4 流注茎发展热特性研究

4.5 本章小结

5 正极性先导发展热膨胀特性研究

5.1 引言

5.2 正极性先导发展试验观测

5.3 正极性先导通道热膨胀特性研究

5.4 先导通道热直径与发展长度关系研究

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文工作总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录

附录2 攻读博士学位期间参与的科研项目