直流电场测量仪的标定装置及其标定与校验方法

摘要

本发明公开了高压气体放电电磁测量技术领域中的一种直流电场测量仪的标定装置及其标定与校验方法。该装置包括电晕丝网、电场上极板、电场下极板、底部支架、板间绝缘支撑杆、第一高压直流发生器和第二高压直流发生器；电场下极板置于底部支架之上，电场上极板通过板间绝缘支撑杆安装于电场下极板之上，电晕丝网通过板间绝缘支撑杆安装于电场上极板之上，第一高压直流发生器与电场上极板相连，第二高压直流发生器与电晕丝网相连，电场下极板通过地线接地，且电场下极板上设有安放直流电场测量仪的圆孔；本发明公开了使用该装置标定直流电场测量仪的方法，实现了直流电场测量仪的准确标定。

说明书

技术领域

本发明属于高压气体放电电磁测量技术领域，尤其涉及一种直流电场测量 仪的标定装置及其标定与校验方法。

背景技术

高压直流输电技术是智能电网重要的组成部分。我国陆续建设并投运的众 多高压直流输电工程对经济发展起到了重要作用。高压直流输电线路在一定电 压下的静电场称为标称电场。输电线路正常运行时，导线场强可能大于起晕临 界场强，线路周围的空气分子被电离而产生离子，即发生电晕现象。定向运动 的离子产生离子流场。离子流场和线路的标称电场叠加，形成合成电场。在地 面附近，离子流场会显著影响标称电场，使得地面电场增强。准确测量合成电 场，对高压直流输电线路电磁环境的研究和评价有着重要的意义。本发明提出 了一种直流电场测量仪的标定装置，并借助该装置和威尔逊板，提出了一种直 流电场测量仪的标定与校验方法。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种直流电场测量仪的标定装置及其标定与校验 方法，用于实现直流电场测量仪的标定以及直流输电线路合成电场的准确测量。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种直流电场测量仪的标 定装置，其特征是所述装置包括电晕丝网、电场上极板、电场下极板、底部支 架、板间绝缘支撑杆、第一高压直流发生器和第二高压直流发生器；

所述电场下极板置于底部支架之上；

所述电场上极板通过板间绝缘支撑杆安装于电场下极板之上；

所述电晕丝网通过板间绝缘支撑杆安装于电场上极板之上；

所述第一高压直流发生器与电场上极板相连；

所述第二高压直流发生器与电晕丝网相连；

所述电场下极板通过地线接地，且电场下极板上有安放直流电场测量仪的 圆孔。

所述装置包括上盖，所述上盖通过板间绝缘支撑杆安装于电晕丝网之上。

所述装置包括安装有采样电阻的威尔逊板，所述威尔逊板置于电场下极板 之上，所述采样电阻的两端与威尔逊板电气连接。

一种使用所述直流电场测量仪的标定装置对直流电场测量仪进行标定的方 法，其特征是所述方法包括：

步骤1：将直流电场测量仪放入电场下极板的圆孔中，并且使直流电场测量 仪与电场下极板的上表面平齐；

步骤2：开启第一高压直流发生器，第一高压直流发生器输出电压，在电场 上极板和电场下极板之间产生标称电场；

步骤3：记录第一高压直流发生器的输出电压；使用直流电场测量仪测量标 称电场场强，将测量的结果作为标称电场测量值；

步骤4：根据公式计算标称电场理论值；

E为标称电场理论值；

V为第一高压直流发生器的输出电压；

d为电场上极板和电场下极板之间的距离；

步骤5：记录标称电场测量值与理论值，进行数据处理，将处理结果作为标 称电场修正值。

一种使用所述直流电场测量仪的标定装置对合成电场进行校验的方法，其 特征是所述方法包括：

步骤1：将直流电场测量仪放入电场下极板的圆孔中，并且使直流电场测量 仪与电场下极板的上表面平齐；

步骤2：开启第一高压直流发生器和第二高压直流发生器，第一高压直流发 生器和第一高压直流发生器分别输出电压，在电场上极板和电场下极板之间产 生标称电场，电晕丝网产生离子流；

步骤3：记录第一高压直流发生器的输出电压、第二高压直流发生器的输出 电压以及直流电场测量仪测量的标称电场场强；

步骤4：关闭第一高压直流发生器和第二高压直流发生器，取走直流电场测 量仪，在电场下极板上放置安装有采样电阻的威尔逊板；

步骤5：开启第一高压直流发生器和第二高压直流发生器，使第一高压直流 发生器的输出电压和第二高压直流发生器的输出电压分别与步骤3记录的第一 高压直流发生器的输出电压和第二高压直流发生器的输出电压相等；

步骤6：测量采样电阻两端的电压值，并根据公式计算离子流密度；

J为离子流密度；

U为电阻两端的电压值；

R为采样电阻的电阻值；

S为威尔逊板的面积；

步骤7：根据公式计算电场下极板的合成电场场强；

E(d)为电场下极板的合成电场场强；

E₀为电场上极板处的电场场强且

V为第一高压直流发生器的输出电压；

J为离子流密度；

d为电场上极板和电场下极板之间的距离；

ε为空气介电常数；

K为离子迁移率；

步骤8：计算电场下极板处的合成电场场强，将计算获得的理论值与测量值 比较，将数据处理结果作为合成电场的校验值。

本发明提供的平行电场极板保证了电场的均匀度，实现了直流电场测量仪 的准确标定；另外，本发明可以调节离子流密度的大小，为研究离子流对直流 电场测量仪的影响提供技术支持。

附图说明

图1是直流电场测量仪的标定装置结构图；

图2是安装有采样电阻的威尔逊板示意图；

图3是直流电场测量仪的标定结果示意图；

图4是标称电场为50kV/m时标定后的直流电场测量仪的校验结果示意图；

图5是标称电场为60kV/m时标定后的直流电场测量仪的校验结果示意图；

图6是标称电场为70kV/m时标定后的直流电场测量仪的校验结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅 是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是直流电场测量仪的标定装置结构图。如图1所示，直流电场测量仪 的标定装置包括电晕丝网1、电场上极板2、电场下极板3、底部支架5、板间 绝缘支撑杆6、第一高压直流发生器7和第二高压直流发生器8。电场下极板 3置于底部支架5之上。电场下极板3上表面的四角安装板间绝缘支撑杆6， 电场上极板2安装于该板间绝缘支撑杆6之上。电场上极板2上表面的四角也 安装板间绝缘支撑杆6，电晕丝网1安装于电场上极板2上表面的板间绝缘支 撑杆6之上。第一高压直流发生器7（图1中未标出）与电场上极板2相连， 使电场上极板2和电场上极板3之间产生标称电场。第二高压直流发生器8（图 1中未标出）与电晕丝网1相连，用于产生离子流。

实施提供的直流电场测量仪的标定装置还可以包括上盖4。如图1所示， 电晕丝网1上表面的四角安装板间绝缘支撑杆6，上盖4安装于电晕丝网1上 表面的板间绝缘支撑杆6上。上盖4的作用是阻挡向上运动的离子流，保证离 子流向下运动。

图2是安装有采样电阻的威尔逊板示意图。如图2所示，该直流电场测量 仪的标定装置还包括安装有采样电阻10的威尔逊板11。本实施例中，采样电 阻10的两端与威尔逊板11电气连接。威尔逊板是面积为100平方厘米、厚度 为2毫米的覆铜板。威尔逊板11用于测量下落的离子流密度，使用时威尔逊 板11置于电场下极板3之上。

使用本发明提供的直流电场测量仪的标定装置对直流电场测量仪进行标定 的过程是：

步骤1：将直流电场测量仪放入电场下极板的圆孔中，并且使直流电场测量 仪与电场下极板的上表面平齐。

步骤2：开启第一高压直流发生器，输出一定电压，在电场上极板和电场下 极板之间产生标称电场。

步骤3：记录第一高压直流发生器的输出电压。与此同时，使用直流电场测 量仪测量标称电场场强，将该测量的标称电场场强作为标称电场测量值。

步骤4：计算标称电场理论值，其计算公式如下：

$E=\frac{V}{d}---\left(1\right)$

其中，E为标称电场理论值，V为第一高压直流发生器的输出电压，d为电 场上极板和电场下极板之间的距离。

步骤5：记录标称电场测量值与理论值，进行数据处理，将处理结果作为标 称电场修正值。

图3是直流电场测量仪的标定结果示意图。系列一的数据是直流电场测量 仪与电场下极板的上表面齐平时的测量数据，系列二的数据是直流电场测量仪 直接放在电场下极板时的测量数据。

使用直流电场测量仪的标定装置对合成电场进行校验的过程包括：

步骤1：将直流电场测量仪放入电场下极板的圆孔中，并且使直流电场测量 仪与电场下极板的上表面平齐。

步骤2：开启第一高压直流发生器和第二高压直流发生器。第一高压直流发 生器输出电压后，在电场上极板和电场下极板之间产生了标称电场。第二高压 直流发生器与电晕丝网相连，电晕丝网产生离子流。如果直流电场测量仪的标 定装置还包括上盖，则有利于离子流向下方定向运动。

步骤3：记录第一高压直流发生器的输出电压、第二高压直流发生器的输出 电压以及直流电场测量仪测量的标称电场场强。

步骤4：关闭第一高压直流发生器和第二高压直流发生器，取走直流电场测 量仪，在电场下极板上放置安装有采样电阻的威尔逊板。

步骤5：开启第一高压直流发生器和第二高压直流发生器，使第一高压直流 发生器的输出电压和第二高压直流发生器的输出电压分别与步骤3记录的第一 高压直流发生器的输出电压和第二高压直流发生器的输出电压相等。

步骤6：测量采样电阻两端的电压值，如图2所示。

计算离子流密度，其计算公式如下：

$J=\frac{U}{R·S}---\left(2\right)$

式中，J为离子流密度，U为电阻两端的电压值，R为采样电阻的电阻值， S为威尔逊板的面积。

步骤7：计算电场下极板处合成电场场强，计算公式为：

$E\left(d\right)=\sqrt{{E_0}^2+\frac{2\mathrm{Jd}}{\mathrm{ϵK}}}---\left(3\right)$

式（3）中，E(d)为电场下极板处合成电场场强，E₀为电场上极板处的电场 场强且电场上极板处的电场场强的计算公式为：

${({E_0}^2+\frac{2\mathrm{Jd}}{\mathrm{ϵK}})}^{\frac{3}{2}}-{E_0}^3=\frac{3\mathrm{VJ}}{\mathrm{ϵK}}---\left(4\right)$

式（3）和（4）中，V为第一高压直流发生器的输出电压，J为离子流密度， d为电场上极板和电场下极板之间的距离，ε为空气介电常数，K为离子迁移率。

步骤8：计算电场下极板处的合成电场场强，将计算获得的理论值与测量 值比较，将数据处理结果作为合成电场的校验值。

图4、图5和图6分别为标称电场为50kV/m、60kV/m和70kV/m时，标定后 的直流电场测量仪的校验结果示意图。从图4、图5和图6中可以看出，使用本 发明提供的校验方法，测量值几乎都分布在理论计算值的两侧。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应该以权利要求的保护范围为准。