一种高压输电设施积污特性测试方法与装置
阅读说明：本技术 一种高压输电设施积污特性测试方法与装置 (Method and device for testing pollution accumulation characteristics of high-voltage power transmission facility ) 是由 姜雨泽 姜迪文 李其莹 李新梅 李乐丰 李�杰 臧玉魏 马新刚 李守正 于 2020-11-25 设计创作，主要内容包括：一种高压输电设施积污特性测试装置及方法,装置包括：积污特性测试实验箱(1)、环境模拟模块、输电模拟模块、监测模块和连接管路(14)；环境模拟模块通过连接管路(14)与积污特性测试实验箱(1)相连接,用于模拟实际大气环境；输电模拟模块设置在积污特性测试实验箱(1)内部,用于模拟输电线路实际运行；监测模块与积污特性测试实验箱(1)相连接,用于监测环境参数和电气参数。系统内的气溶胶浓度、温湿度、气体流速和气流方向等参数可以调整；通过增加气溶胶发生器的颗粒浓度是大气环境质量中气溶胶浓度的倍数,加速输电设施积污,实现快速测试高压输电设施积污特性。(A device and a method for testing the fouling characteristics of high-voltage power transmission facilities are disclosed, wherein the device comprises: the device comprises a pollution accumulation characteristic test experiment box (1), an environment simulation module, a power transmission simulation module, a monitoring module and a connecting pipeline (14); the environment simulation module is connected with the pollutant accumulation characteristic test experiment box (1) through a connecting pipeline (14) and is used for simulating the actual atmospheric environment; the power transmission simulation module is arranged in the pollution accumulation characteristic test experiment box (1) and used for simulating the actual operation of the power transmission line; the monitoring module is connected with the pollutant accumulation characteristic test experiment box (1) and is used for monitoring environmental parameters and electrical parameters. Parameters such as aerosol concentration, temperature and humidity, gas flow velocity, airflow direction and the like in the system can be adjusted; by increasing the particle concentration of the aerosol generator to be a multiple of the aerosol concentration in the atmospheric environment quality, the pollution accumulation of the power transmission facility is accelerated, and the pollution accumulation characteristic of the high-voltage power transmission facility is rapidly tested.)
技术领域
本发明属于高压输变电和电力系统技术领域，涉及一种高压输电设施积污特性测试方法与装置。
背景技术
直流输电已成为我国坚强智能电网和特高压交直流电网建设的重要部分，是极其重要的能源传输动脉。然而，由于直流输电存在极性固定的静电效应，致使极导线、绝缘子和直流设备表面积污比交流输电的情况严重。输电极导线表面持续积污，引发极导线表面粗糙度增加，起晕场强越来越低，所以电晕放电越来越强烈。电晕放电增强，空间电荷增加，空间合成场强增加，这两个因素导致空中悬浮颗粒物的荷电量增加，驱动颗粒物沉集积污的静电力与粒子荷电量和电场强度成正比，因而驱动颗粒物静电沉集的静电力增加，促使积污增强。电晕放电和积污互相促进，恶性循环，导致电晕放电和积污随着运行年限增加不断加重。电晕放电不断恶化，势必导致电晕损耗不断增加，同时，离子流密度、合成场强、噪声、无线电干扰这些与电晕放电密切相关的电磁环境指标不断劣化。
直流积污还带来其他两方面危害：一是绝缘子积污加重使直流输电的污闪更难控制，严重威胁直流输电系统安全运行；二是积污引发局部放电，造成瓷套、直流滤波器和套管等设备的部件因局部放电而击穿损坏。采取增加绝缘子串长度，反复清洗设备表面污秽、涂刷防污闪涂料等措施，增加了外绝缘控制的建设成本和运维成本。为此，对高压直流输电设施积污特性进行考核评估是非常必要的。
在外绝缘控制领域，采取灰密、盐密检测分析来考核积污特性，为外绝缘污闪控制和局部放电控制提供了依据。这种方法反映设备表面积污的实际情况，但无法直接考核设备表面积污量，难以考核积污速度。并且，自然积污周期长，评估期间环境变化因素太多和不可控，难以辨识积污的诱发因素，不能选择性地评估运行因素的影响。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种高压输电设施积污特性测试方法与装置，用于模拟实际大气环境，参数可调，实验设计性强，快速考核，评估周期短。
本发明采用如下的技术方案。一种高压输电设施积污特性测试装置，包括：积污特性测试实验箱、环境模拟模块、输电模拟模块、监测模块和连接管路；
环境模拟模块通过连接管路与积污特性测试实验箱相连接，用于模拟实际大气环境；
输电模拟模块设置在积污特性测试实验箱内部，用于模拟输电线路实际运行；
监测模块与积污特性测试实验箱相连接，用于监测实验参数。
优选地，环境模拟模块包括：气溶胶发生器；气溶胶发生器通过连接管路与积污特性测试实验箱相连接，用于调控积污特性测试实验箱内部的气溶胶浓度。
优选地，环境模拟模块包括：温湿度控制器；温湿度控制器通过连接管路与积污特性测试实验箱相连接，用于调控积污特性测试实验箱内部的空气温湿度。
优选地，环境模拟模块包括：风机；风机通过连接管路与积污特性测试实验箱相连接，用于调控积污特性测试实验箱内部的气流。
优选地，输电模拟模块包括：极导线、接地极板、绝缘支架和供电电源；极导线使用绝缘支架固定，并通过导线与供电电源的输出端相连接。
优选地，极导线分为三段，分别为两侧的屏蔽线区域和中间采样区域，且三个区域的长度均不小于极导线与接地极板之间的间距。
优选地，监测模块包括：环境参数监测系统和电气参数监测系统。
优选地，高压输电设施积污特性测试装置还包括：放置在极导线的中间采样区域的采样试片，用于测试评估地面电力设施表面材料的积污特性影响因素。
优选地，高压输电设施积污特性测试装置还包括：放置在在接地极板上的采样试片，用于测试评估极导线端点和中间采样区域的地面电力设施的积污特性影响因素。
本发明还提供了一种使用所述高压输电设施积污特性测试装置的高压输电设施积污特性测试方法，包括以下步骤：步骤1，根据待实验的电力设施的测试项目，放置采样试片；
步骤2，设置环境模拟参数，开启环境模拟模块，开启监控模块，直至积污特性测试实验箱内达到环境模拟参数；
步骤3，设定输电模拟参数和运行时间，开启输电模拟模块，达到运行时间后，进入步骤4；
步骤4，测量采样试片积污量，获得输电电力设施积污特性。
优选地，步骤1包括：若测试评估地面电力设施表面材料的积污特性影响因素，将采样试片放置在极导线的中间采样区域；若测试评估极导线端点和中间采样区域的地面电力设施的积污特性影响因素，将采样试片放置在接地极板上。
优选地，步骤2包括：根据实验要模拟的实际大气环境，设置气溶胶发生器，温湿度调整器和风机的运行参数，使用参数监测系统监测积污特性测试实验箱内的气溶胶浓度和温湿度，达到气溶胶浓度和温湿度稳定。
优选地，步骤2包括：调控气溶胶发生器的发尘量是大气环境气溶胶浓度的2-100倍范围。
优选地，步骤3包括：开启供电电源向极导线供电，通过电参数测试系统测量极导线放电产生的合成场强和离子流密度，以及电晕电流，供电电源稳定供电设定时间。
优选地，步骤4包括：通过计算单位面积的积污量分析高压输电设施的积污特性。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，模拟实际大气环境，参数可调，实验设计性强，快速考核，评估周期短。具体包括：将高压输电设施的实验样品，放入有极导线与接地极板的积污加速考核装置内，考核实验样品的积污特性及其影响因素，并且积污加速考核实验装置系统内的气溶胶浓度、温湿度、气体流速和气流方向等参数可以调整；通过增加气溶胶发生器的颗粒浓度是大气环境质量中气溶胶浓度的倍数，加速输电设施积污，实现快速考核高压直流输电设施积污特性。
附图说明
图1为一种高压输电设施积污特性测试装置的原理图；
图2为一种高压输电设施积污特性测试方法的流程图。
图中：
1-积污特性测试实验箱；
2-极导线；
3-接地极板；
4-绝缘支架；
5-屏蔽线区域；
6-中间采样区域；
7-采样试片；
8-气溶胶发生器；
9-温湿度控制器；
10-供电电源；
11-风机；
12-环境参数监测系统；
13-电气参数监测系统；
14-连接管路。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本发明提供了一种高压输电设施积污特性测试装置，包括：积污特性测试实验箱1、环境模拟模块、输电模拟模块、监测模块和连接管路14。环境模拟模块通过连接管路14与积污特性测试实验箱1相连接，用于模拟实际大气环境；输电模拟模块设置在积污特性测试实验箱1内部，用于模拟输电线路实际运行；监测模块与积污特性测试实验箱1相连接，用于监测实验参数。
可以理解的是，所属领域技术人员可以根据实验要模拟的实际运行情况，任意制造积污特性测试实验箱1的尺寸规格，一个优选但非限制性的实施方式为，积污特性测试实验箱1的尺寸为长3000mm、宽1500mm、高1500mm的箱体，是用厚度10mm有机玻璃加工而成。
环境模拟模块包括：气溶胶发生器8、温湿度控制器9和风机11。气溶胶发生器8通过连接管路14与积污特性测试实验箱1相连接，用于调控积污特性测试实验箱1内部的气溶胶浓度。值得注意的是，所属领域技术人员可以调控气溶胶发生器8的发尘量是大气环境气溶胶浓度的2-100倍范围，用于缩短实验样品积污时间、加快考核速度。
温湿度控制器9通过连接管路14与积污特性测试实验箱1相连接，用于调控积污特性测试实验箱1内部的空气温湿度。
风机11通过连接管路14与积污特性测试实验箱1相连接，用于调控积污特性测试实验箱1内部的气流。
接管路14连接风机、积污特性测试实验箱1、气溶胶发生器8、温湿度控制器9等，实现气体循环或排向室外大气，调控气溶胶发生器8的发尘量是大气环境气溶胶浓度的倍数，缩短实验样品积污时间、加快考核速度。
值得注意的是，所属领域技术人员可以根据实验要模拟的实际大气环境，任意配置环境模拟模块中生成环境因素的单元，气溶胶发生器8、温湿度控制器9和风机11仅是构造环境模拟模块的一种优选但非限制性的实施方式，使用更多或者更少，仅使用气溶胶发生器8、温湿度控制器9和风机11中的一种或者两种，或者其他种类的生成环境因素的单元都属于本发明的发明构思，落入本发明技术方案的范围中。
输电模拟模块包括：极导线2、接地极板3、绝缘支架4和供电电源10。极导线2使用绝缘支架4固定，并通过导线与供电电源10的输出端相连接。
值得注意的是，所属领域技术人员可以根据实验要模拟的输电线路，任意配置极导线2、接地极板3、绝缘支架4和供电电源10的数量、尺寸规格等，一个优选但非限制性的实施方式为，极导线2是用直径2mm铝金属线制成，长度1500mm，接地极板3是长度2000mm、宽1500mm、厚度5mm的不锈钢板制成，用40mm聚乙烯棒制成绝缘支架4固定极导线2，极导线2与接地极板3的间距是500mm。
值得注意的是，输电模拟模块既可以是直流输电模拟模块，也是可以交流输电模拟模块，当对高压直流输电设施积污特性进行测试时，选用直流输电模拟模块，当对高压交流输电设施积污特性进行测试时，选用交流输电模拟模块。
极导线2分为三段，分别为两侧的屏蔽线区域5和中间采样区域6，且三个区域的长度不小于极导线2与接地极板3之间的间距。可以理解的是，所属领域技术人员可以根据实验要模拟的输电线路，任意配置三段区域的尺寸规格，一个优选但非限制性的实施方式为，若极导线2是用直径2mm铝金属线制成，长度1500mm，极导线2与接地极板3的间距是500mm，则极导线2的屏蔽线区域5为500mm，极导线2的中间500mm区域为采样区域6。
所述高压输电设施积污特性测试装置还包括：采样试片7。当测试评估地面电力设施表面材料的积污特性影响因素时，在中间的采样区域6放置采样试片7，用于克服边缘效应的影响；当测试评估极导线2端点和中间的采样区域6的地面电力设施的积污特性影响因素时，采样试片7放在接地极板3上。一个优选但非限制性的实施方式为，采样试片7为厚度0.1-2mm的金属板或陶瓷板，或者长40mm、宽40mm、厚度0.5mm铝片。
监测模块包括：环境参数监测系统12和电气参数监测系统13。环境参数监测系统1用于积污特性测试实验箱1内的气溶胶浓度、温湿度和气压，电气参数监测系统13是用于监测电压、合成场强、离子流等。可以理解的是，与所述配置环境模拟模块、输电模拟模块相对应，所属领域技术人员可以针对环境模拟模块、输电模拟模块所配置单元的类型配置环境参数监测系统12和电气参数监测系统13，用于获取积污特性测试实验箱1内部的环境参数和电气参数。
如图2所示，本发明还提供了一种高压输电设施积污特性测试方法，包括以下步骤：
步骤1，根据待实验的电力设施的测试项目，放置采样试片7；具体包括：若测试评估地面电力设施表面材料的积污特性影响因素，将采样试片7放置在极导线2的中间的采样区域6；若测试评估极导线2端点和中间的采样区域6的地面电力设施的积污特性影响因素，将采样试片7放置在接地极板3上。
步骤2，设置环境模拟参数，开启环境模拟模块，开启监控模块，直至积污特性测试实验箱1内达到环境模拟参数；具体包括：根据实验要模拟的实际大气环境，设置气溶胶发生器8，温湿度调整器9和风机11的运行参数，使用参数监测系统12监测积污特性测试实验箱1内的气溶胶浓度和温湿度，达到气溶胶浓度和温湿度稳定。
步骤3，设定输电模拟参数和运行时间，开启输电模拟模块，达到运行时间后，进入步骤4；具体包括：开启供电电源10向极导线供电，通过电参数测试系统13测量极导线2放电产生的合成场强和离子流密度，以及电晕电流，供电电源10稳定供电0.5-12小时，时间的长短取决于积污速度，取决于气溶胶浓度的大小，取决于称量仪器的精度和分辨率。以如下公式(1)表示，
式中：
t为积污采样时间(s)；
m为称重仪器最小刻度(g)；
V为气溶胶沉积速度(m/s)；
S为采样片面积(m2)；
C为气溶胶浓度(g/m3)。
步骤4，测量采样试片7积污量，获得输电电力设施积污特性；具体包括：通过计算单位面积的积污量分析高压输电设施的积污特性。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明提出了一种高压输电设施积污特性测试方法与装置，即是将高压直流或交流输电设施的实验样品，放入有极导线与接地极板的积污加速测试装置内，考核实验样品的积污特性及其影响因素，并且积污加速测试实验装置系统内的气溶胶浓度、温湿度、气体流速和气流方向等参数可以调整。并且能够通过增加气溶胶发生器的颗粒浓度是大气环境质量中气溶胶浓度的倍数，加速输电设施积污，实现快速考核高压输电设施积污特性。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。