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      基于特征光譜的GIS尖端放電特性研究

      2019-04-19 01:19:46王增彬陳義龍孫帥王流火吳吉李興旺呂鴻盧啟付
      廣東電力 2019年4期
      關(guān)鍵詞:電暈不銹鋼波長(zhǎng)

      王增彬, 陳義龍,孫帥,王流火,吳吉,李興旺,呂鴻,盧啟付

      (1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院,廣東 廣州 510080;2. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司,廣東 廣州 510060)

      氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)體積小、輸送容量大、維護(hù)周期長(zhǎng),是電力系統(tǒng)中的核心變電裝備之一[1]。因內(nèi)部的絕緣缺陷導(dǎo)致GIS故障發(fā)生之前,一般均會(huì)產(chǎn)生局部放電,實(shí)現(xiàn)GIS局部放電的準(zhǔn)確檢測(cè)和有效診斷是及時(shí)發(fā)現(xiàn)GIS絕緣缺陷、預(yù)防GIS故障的重要保障。因此,GIS局部放電帶電檢測(cè)及在線監(jiān)測(cè)技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)[2-5]。

      GIS局部放電檢測(cè)技術(shù)的2個(gè)核心問題是如何準(zhǔn)確檢測(cè)到局部放電信號(hào)以及如何準(zhǔn)確判斷局部放電的性質(zhì)。經(jīng)過長(zhǎng)期研究,準(zhǔn)確檢測(cè)到局部放電信號(hào)的問題已經(jīng)基本得到解決,采用超聲波法、特高頻法、脈沖電流法、SF6氣體分解物檢測(cè)法等方法檢測(cè)GIS內(nèi)部的微小局部放電信號(hào)均已有大量技術(shù)研究[6-12],并在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用;但是,針對(duì)準(zhǔn)確判斷局部放電性質(zhì)的問題,目前仍然沒有得到圓滿解決。GIS局部放電的診斷即判斷局部放電的種類、位置、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)等,相關(guān)研究均是基于目前采用較為廣泛的測(cè)試技術(shù),包括超聲波法、特高頻法、SF6氣體分解物檢測(cè)法等。

      超聲波法可實(shí)現(xiàn)對(duì)部分局部放電種類(如沿面放電、顆粒放電)的有效檢測(cè)和判斷[11-12]。由于超聲信號(hào)衰減大,通過幅值比較的方法可實(shí)現(xiàn)局部放電位置的初步判斷,但由于采樣頻率低,局部放電可提取的特征參量少,因此在局部放電放電診斷中應(yīng)用較少。

      特高頻檢測(cè)法采樣頻率高,特征參量信息充足,對(duì)常見局部放電類型(尖端放電、懸浮放電、沿面放電、空穴放電、自由金屬顆粒放電等)均有較好的檢測(cè)靈敏度[5,8]。特高頻信號(hào)頻率高,在GIS中衰減相對(duì)較小,可以通過時(shí)差比較方法實(shí)現(xiàn)局部放電位置的定位;但該方法受到變電站電磁環(huán)境影響巨大,特別在GIS外殼電位不穩(wěn)定的場(chǎng)合下局部放電檢測(cè)和定位均十分困難。特高頻方法的局部放電診斷均是基于特高頻信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征而開展的,雖然已經(jīng)有大量研究見諸報(bào)道[5,10],但是除可對(duì)放電類型做出較為準(zhǔn)確的判斷外,對(duì)局部放電的發(fā)展程度、趨勢(shì)的表征尚未形成定論,目前也沒有具備相關(guān)功能的設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

      SF6氣體分解物檢測(cè)法完美克服了特高頻方法對(duì)電磁環(huán)境的依賴性,但對(duì)放電類型的判斷僅限于是否屬于絕緣材料相關(guān)放電,對(duì)局部放電位置的判斷僅限于某個(gè)GIS氣室[6-7]。同時(shí),受到氣室內(nèi)氣體擴(kuò)散、吸附劑吸收、取氣孔狹長(zhǎng)等因素的影響,對(duì)局部放電分解物的檢測(cè)具有很大的滯后性,甚至可能檢測(cè)不到分解物,從而給局部放電的檢測(cè)和診斷帶來很大困難。

      綜上所述,目前尚沒有成熟有效的方法從復(fù)雜的放電發(fā)展過程中提取出可以有效表征局部放電的不同放電階段和不同危險(xiǎn)等級(jí)的特征參量,因而實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電發(fā)展趨勢(shì)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)仍然十分困難,亟需采用新的研究方法尋找不同局部放電發(fā)展階段的特征參量,為局部放電的趨勢(shì)診斷奠定基礎(chǔ)。

      局部放電的發(fā)生均伴隨著光子的產(chǎn)生,對(duì)于敞開式的電力裝備紫外光檢測(cè)已經(jīng)成為判斷其是否存在放電的重要手段,并在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用;但是,對(duì)于GIS等全封閉式電氣設(shè)備,用光學(xué)方法進(jìn)行局部放電的檢測(cè)和診斷基本未見報(bào)道。作者及其科研團(tuán)隊(duì)率先提出了GIS局部放電的光學(xué)特征研究方法,并開展了大量工作,曾利用數(shù)值圖像處理技術(shù)提出了基于灰度、方差和變異系數(shù)的介質(zhì)阻擋放電評(píng)價(jià)指標(biāo)[13-14]及電暈長(zhǎng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)[15],并利用可見光圖像的灰度圖分析了沿面放電的光學(xué)圖像特征[16]。

      尖端放電是GIS中一種常見的放電現(xiàn)象,通常的研究集中在電信號(hào)、電磁波和超聲波,而未見有關(guān)光學(xué)信號(hào)方面的研究,也沒有利用局部放電信號(hào)對(duì)金屬尖端材質(zhì)進(jìn)行判斷的技術(shù)方法,因此無法滿足對(duì)尖端缺陷位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷的需求。

      本文在上述局部放電光學(xué)特征研究基礎(chǔ)上,研究了SF6內(nèi)不同電極材料下尖端放電的光譜特征,分析了放電發(fā)展過程中的光譜變化規(guī)律,提出了表征尖端放電發(fā)展程度的特征參量。

      1 試驗(yàn)裝置與方法

      本文所采用的尖端放電試驗(yàn)裝置如圖1所示。

      圖1 試驗(yàn)電路示意圖Fig.1 Schematic diagram of test circuit

      圖1采用針-板結(jié)構(gòu)構(gòu)成放電主體,試驗(yàn)腔室中充SF6氣體,氣體壓力為0.5 MPa(絕對(duì)壓力),金屬尖端曲率半徑約為75 μm,尖板距離為2 mm。采用Maya 2000Pro型光譜儀(波長(zhǎng)最小分辨率為0.45 nm ,電荷耦合元件型號(hào)S10420)測(cè)試放電光譜,采用透鏡組聚集放電區(qū)域光強(qiáng),將放電區(qū)域置于透鏡焦點(diǎn),測(cè)試探頭置于另一透鏡焦點(diǎn),2個(gè)透鏡焦距均為30 cm。試驗(yàn)裝置及測(cè)試探頭均置于暗室中,以防止外部環(huán)境對(duì)結(jié)果的影響。光纖探頭一端接入光譜儀入射狹縫,放電發(fā)出的光由透鏡組成像于光纖耦合入口區(qū),光纖將信號(hào)傳輸?shù)焦庾V儀中,由電荷耦合元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),通過計(jì)算機(jī)顯示出來。試驗(yàn)以光譜儀能檢測(cè)出明顯的放電光信號(hào)且信號(hào)信噪比大于2為起始電壓記錄點(diǎn),待放電穩(wěn)定后連續(xù)記錄10組數(shù)據(jù)。

      試驗(yàn)中針電極可采用不銹鋼、鎢鋼、銅(黃銅,下同)、鋁、石墨等5種材質(zhì),用以模擬GIS中可能出現(xiàn)的不同部位的尖端放電情況,平板電極采用不銹鋼材質(zhì),其表面進(jìn)行拋光處理,周圍進(jìn)行倒圓角加工。

      2 放電特性光譜研究

      在施加8 kV電壓下,分別測(cè)試了不銹鋼、鎢鋼、銅、鋁、石墨等5種不同材質(zhì)尖端放電光譜,用以分析不同材質(zhì)尖端放電的特征波長(zhǎng)。

      2.1 不銹鋼尖電極

      測(cè)試出不銹鋼針電極在SF6氣體中電暈放電的發(fā)射光譜如圖2所示,由圖2可以發(fā)現(xiàn),發(fā)射光譜集中在300~400 nm之間。

      圖2 不銹鋼電極的放電發(fā)射光譜Fig.2 Discharge emission spectra of stainless steel electrode

      對(duì)不銹鋼針電極在同一電壓下10組電暈放電光譜的特征波長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,統(tǒng)計(jì)出光譜中強(qiáng)度最大的幾個(gè)峰的中心波長(zhǎng)值,整理得出不銹鋼針在SF6氣體中電暈放電光譜的特征波長(zhǎng),共計(jì)10個(gè)。查閱物理化學(xué)手冊(cè)(CRC Handbook of Chemistry and Physics 84th)及Wavelengths and Transition Probabilities for Atoms and Atomic Ions(NSRDS-NBS-68),可找出最接近標(biāo)準(zhǔn)里給出的對(duì)應(yīng)元素(誤差≤±0.45 nm),見表 1。

      表1 不銹鋼尖端放電特征波長(zhǎng)
      Tab.1 Characteristic wavelengths of stainless steel tip discharge

      序號(hào)實(shí)測(cè)特征波長(zhǎng)/nm元素標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)/nm1296.60296.68(FeI)2308.05308.07(NiI)3315.07314.99(WII)4336.25336.23(OII)5353.24352.98(FeI)6356.45356.54(FeI)7374.75374.95(OII)8379.32379.43(FeI)9398.48398.40(FeI)10404.85404.87(MnI)

      注:FeI為鐵元素一;NiI為鎳元素一;WII為鎢元素二;OII為氧元素二;MnI為錳元素一,其他表中所示元素依次類推。

      2.2 鎢鋼針電極

      測(cè)試出鎢鋼針電極在SF6氣體中電暈放電的發(fā)射光譜如圖 3所示,發(fā)射光譜集中在300~400 nm之間。

      圖3 鎢鋼電極放電發(fā)射光譜Fig.3 Emission spectra of tungsten electrode

      對(duì)鎢鋼針電極在同一電壓下10組電暈放電光譜的特征波長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,統(tǒng)計(jì)出光譜中強(qiáng)度最大的幾個(gè)峰的中心波長(zhǎng)值,整理得出鎢鋼針在SF6氣體中電暈放電光譜的特征波長(zhǎng),共計(jì)11個(gè)。查閱物理化學(xué)手冊(cè),可找出最接近標(biāo)準(zhǔn)里給出的對(duì)應(yīng)元素(誤差≤±0.45 nm),見表 2。

      表2 鎢鋼尖端放電特征波長(zhǎng)
      Tab.2 Characteristic wavelengths of tungsten tip discharge

      序號(hào)實(shí)測(cè)特征波長(zhǎng)/nm元素標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)/nm1308.61308.49(WI)2313.23313.28(OIII)3314.61314.99(WII)4336.25336.23(OII)5351.40351.50(NiI)6354.61354.52(WI)7356.90356.54(FeI)8374.75374.95(OII)9377.95378.35(NiI)10379.32379.43(FeI)11398.48398.40(FeI)

      2.3 銅針電極

      測(cè)試出銅針電極在SF6氣體中電暈放電的發(fā)射光譜如圖4所示,最大特征譜出現(xiàn)在350 nm左右。

      圖4 銅電極放電發(fā)射光譜Fig.4 Discharge emission spectra of copper electrode

      對(duì)銅針電極在同一電壓下10組電暈放電光譜的特征波長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,統(tǒng)計(jì)出光譜中強(qiáng)度最大的幾個(gè)峰的中心波長(zhǎng)值,整理得出銅針在SF6氣體中電暈放電光譜的特征波長(zhǎng),共計(jì)8個(gè)。查閱物理化學(xué)手冊(cè),可找出最接近標(biāo)準(zhǔn)里給出的對(duì)應(yīng)元素(誤差≤±0.45 nm),見表 3。

      表3 銅尖端放電特征波長(zhǎng)
      Tab.3 Characteristic wavelengths of copper tip discharge

      序號(hào)實(shí)測(cè)特征波長(zhǎng)/nm元素標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)/nm1314.61314.99(WII)2335.79335.44(WI)3352.78352.63(FeI)4356.45356.54(FeI)5374.30374.17(WI)6379.32379.43(FeI)7398.02398.40(FeI)8405.30404.87(MnI)

      2.4 鋁針電極

      圖 5為鋁針電極在SF6氣體中電暈放電發(fā)射光譜,在315 nm左右處特征波長(zhǎng)強(qiáng)度明顯大于上述3種材質(zhì)的電極材料,但主要特征波長(zhǎng)的分布范圍與上述3種電極材料一致,均為300~400 nm。

      圖5 鋁電極放電發(fā)射光譜Fig.5 Discharge emission spectra of aluminum electrode

      對(duì)鋁針電極在同一電壓下10組電暈放電光譜的特征波長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,統(tǒng)計(jì)出光譜中強(qiáng)度最大的幾個(gè)峰的中心波長(zhǎng)值,整理得出銅針在SF6氣體中電暈放電光譜的特征波長(zhǎng),共計(jì)9個(gè)。查閱物理化學(xué)手冊(cè),可找出最接近標(biāo)準(zhǔn)里給出的對(duì)應(yīng)元素(誤差≤±0.45 nm),見表 4。

      表4 鋁尖端放電特征波長(zhǎng)
      Tab.4 Characteristic wavelengths of aluminum tip discharge

      序號(hào)實(shí)測(cè)特征波長(zhǎng)/nm元素標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)/nm1315.07314.99(WII)2336.25336.23(OII)3352.32352.46(NiI)4353.24352.98(FeI)5356.45356.54(FeI)6374.75374.95(OII)7379.32379.43(FeI)8398.02398.40(FeI)9404.85404.87(MnI)

      2.5 石墨針電極

      圖6為石墨針電極在SF6氣體中電暈放電發(fā)射光譜,在315 nm左右處特征波長(zhǎng)強(qiáng)度與鋁針電極的相當(dāng),但此處出現(xiàn)了2個(gè)相鄰的特征波長(zhǎng),其主要特征波長(zhǎng)同樣集中在300~400 nm。

      圖6 石墨電極放電發(fā)射光譜Fig.6 Discharge emission spectra of graphite electrode

      對(duì)石墨針電極在同一電壓下10組電暈放電光譜的特征波長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,統(tǒng)計(jì)出光譜中強(qiáng)度最大的幾個(gè)峰的中心波長(zhǎng)值,整理得出石墨針在SF6氣體中電暈放電光譜的特征波長(zhǎng),共計(jì)9個(gè)。查閱物理化學(xué)手冊(cè),可找出最接近標(biāo)準(zhǔn)里給出的對(duì)應(yīng)元素(誤差≤±0.45 nm),見表 5。

      表5 石墨尖端放電特征波長(zhǎng)
      Tab.5 Characteristic wavelength of graphite tip discharge

      序號(hào)實(shí)測(cè)特征波長(zhǎng)/nm元素標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)/nm1313.23313.28(OIII)2314.15314.14(WI)3335.79335.44(WI)4353.24352.98(FeI)5356.90356.54(FeI)6374.75374.95(OII)7379.32379.43(FeI)8398.48398.40(FeI)9405.30404.87(MnI)

      2.6 基于特征波長(zhǎng)的金屬尖端材質(zhì)分析

      處于一定強(qiáng)度值電場(chǎng)中的金屬尖刺會(huì)發(fā)生局部放電,進(jìn)而產(chǎn)生等離子區(qū)域,區(qū)域內(nèi)的大量粒子通過碰撞進(jìn)行能量交換,部分粒子在能量的交換過程會(huì)被激發(fā);但是,激發(fā)態(tài)的粒子壽命一般只有10-8s,因而隨即會(huì)發(fā)生能級(jí)躍遷,大量光子便在躍遷過程中產(chǎn)生。由于粒子的激發(fā)態(tài)是不連續(xù)的固定能量狀態(tài),因此產(chǎn)生的光子具有固有的能量特征,即表現(xiàn)為該元素的特征放電光子波長(zhǎng)。這些含有各個(gè)元素特征波長(zhǎng)信息的光子通過光纖進(jìn)入光譜儀入口,經(jīng)過光譜儀內(nèi)部光柵分光后成為按照波長(zhǎng)長(zhǎng)度大小分布的光譜。

      表6為不同材料電極尖端放電特征波長(zhǎng)對(duì)比,可見特征波長(zhǎng)主要對(duì)應(yīng)鐵、鎢、鎳、錳、氧等元素,其中鐵、鎢、鎳、錳的大量出現(xiàn)是由平板不銹鋼電極的采用引起的,而氧元素則主要是由于SF6氣體中的氧氣雜質(zhì)引起的,氧氣電離的能量遠(yuǎn)低于SF6,因此在局部放電不太嚴(yán)重時(shí),氧元素的電離特征比SF6明顯得多。

      表6 不同材料電極尖端放電特征波長(zhǎng)對(duì)比
      Tab.6 Comparison of characteristic wavelengths of discharge of different material tip electrodes

      不同材料電極下實(shí)測(cè)特征波長(zhǎng)/nm不銹鋼鎢鋼銅鋁石墨元素標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)/nm296.60296.68(FeI)308.05308.07(NiI)308.61308.49(WI)313.23313.23313.28(OIII)314.15314.14(WI)315.07314.61314.61315.07314.99(WII)335.79335.79335.44(WI)336.25336.25336.25336.23(OII)351.40351.50(NiI)352.32352.46(NiI)352.78352.63(FeI353.24353.24353.24352.98(FeI)354.61354.52(WI)356.45356.90356.45356.45356.90356.54(FeI)374.30374.17(WI)374.75374.75374.75374.75374.95(OII)377.95378.35(NiI)379.32379.32379.32379.32379.32379.43(FeI)398.48398.48398.02398.02398.48398.40(FeI)404.85405.30404.85405.30404.87(MnI)

      由于本文采用的平板電極為不銹鋼,同時(shí)不銹鋼、鎢鋼、銅、鋁中均含有鐵元素,所以如356.90 nm〔FeI(356.54 nm)〕、379.32 nm〔FeI(379.43 nm)〕及398.48 nm〔FeI(398.40 nm)〕為5種材料所共有的特征波長(zhǎng)。

      鐵和鎳是不銹鋼尖端的主要成分,296.60 nm〔FeI(296.68 nm)〕、308.05 nm〔NiI(308.07 nm)〕為不銹鋼電極尖端放電特有的特征波長(zhǎng),可以作為判斷是否為不銹鋼材質(zhì)部位放電的依據(jù)。

      鎢是鎢鋼尖端的主要成分,308.61 nm〔WI(308.49 nm)〕、354.61 nm〔WI(354.52 nm)〕為鎢鋼電極尖端放電特有的特征波長(zhǎng),可以作為判斷是否為鎢鋼材質(zhì)部位放電的依據(jù)。

      黃銅中含有一定含量的鐵元素,352.78 nm〔FeI(352.63 nm)〕為銅電極尖端放電的特有特征波長(zhǎng),可以作為判斷是否為銅材質(zhì)部位放電的依據(jù)。

      鋁和石墨除表現(xiàn)出一些與以上電極相同的特征譜線外,由于鋁和石墨本身電子激發(fā)較困難,因此使平板電極中一些元素特征被凸顯出來,如:352.32 nm〔Ni(352.46 nm)〕為鋁電極尖端放電特有的特征波長(zhǎng);314.15 nm〔WI(314.14 nm)〕為石墨電極尖端放電特有的特征波長(zhǎng)。

      由于部分特有特征波長(zhǎng)存在與其相近的光譜,實(shí)際判斷中可能存在混淆,因此應(yīng)結(jié)合其他特征波長(zhǎng)進(jìn)行交叉判斷,從而保障判斷的準(zhǔn)確性。如:發(fā)現(xiàn)308.05 nm〔NiI(308.07 nm)〕波長(zhǎng)光譜時(shí),進(jìn)一步觀察是否存在404.85 nm〔MnI(404.87 nm)〕特征波長(zhǎng),以消除308.61 nm〔WI(308.49 nm)〕波長(zhǎng)可能帶來的干擾。

      3 放電程度特征參量研究

      根據(jù)SF6氣體中的尖端放電特征光譜的比較分析結(jié)果,λ1=356.54 nm、λ2=379.43 nm、λ3=398.40 nm是5種電極材料尖端放電中共有的特征波長(zhǎng),因此,通過施加不同電壓模擬不同的放電程度,系統(tǒng)研究不同電壓下λ1、λ2及λ3強(qiáng)度的變化規(guī)律,以獲得能夠表征尖端放電發(fā)展程度的特征參量。

      本文中光譜儀對(duì)λ1、λ2及λ3的量子轉(zhuǎn)換效率分別為66.4%、64%和70%。將5種電極材料下尖端放電光譜中λ1、λ2及λ3對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度進(jìn)行了平均,并按照量子轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了修正,結(jié)果見表 7。

      表7 不同電壓等級(jí)下的特征波長(zhǎng)光譜強(qiáng)度
      Tab.7 Spectral intensity of characteristic wavelengths under different voltages

      電壓/kV波長(zhǎng)/nm強(qiáng)度均值/103強(qiáng)度折算值/1037356.54 0.4440.669379.43 0.2090.327398.40 0.8300.1198356.54 1.0131.525379.43 0.4670.730398.40 0.1850.26410.4356.54 2.2523.391379.43 1.0291.607398.40 0.3940.563

      特征波長(zhǎng)光譜強(qiáng)度隨電壓強(qiáng)度變化規(guī)律如圖 7所示,可見3個(gè)特征波長(zhǎng)光譜強(qiáng)度均隨施加電壓的增加而增大,但356.54 nm特征波長(zhǎng)的光譜強(qiáng)度增大速度最快,而398.40 nm特征波長(zhǎng)的光譜強(qiáng)度增大速度最慢。

      圖7 不同電壓等級(jí)下的特征波長(zhǎng)光譜強(qiáng)度Fig.7 Spectral intensity of characteristic wavelengths under different voltages

      由于光譜強(qiáng)度受電極大小影響很大,因此光譜強(qiáng)度的絕對(duì)值無法作為評(píng)價(jià)放電強(qiáng)度的普適性參量。本文通過研究3個(gè)特征波長(zhǎng)的兩兩相對(duì)光發(fā)射強(qiáng)度隨電壓變化曲線,找出尖端放電嚴(yán)重程度識(shí)別的方法。

      隨著施加電壓的增加,激發(fā)金屬電子的能量逐漸增大,使更多的電子進(jìn)入更高的激發(fā)態(tài),表現(xiàn)為產(chǎn)生光子能量的增大,即特征波長(zhǎng)更小的光子含量增加。因此,以施加的電壓值為橫坐標(biāo),分別以λ2/λ1、λ3/λ2及λ3/λ1相對(duì)光譜強(qiáng)度(光譜強(qiáng)度的比值)為縱坐標(biāo),尖端放電在特定波長(zhǎng)下相對(duì)光譜強(qiáng)度隨電壓變化的趨勢(shì)曲線如圖 8所示??梢姡S著電壓等級(jí)的增加,λ2/λ1、λ3/λ2及λ3/λ1相對(duì)強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì),即隨著電壓等級(jí)的增加,能量較大光子的比例逐漸增大,放電程度和相對(duì)光譜強(qiáng)度之間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,從而通過相對(duì)光譜強(qiáng)度可以反映出放電的發(fā)展程度。

      圖8 不同電壓等級(jí)下的特征波長(zhǎng)相對(duì)強(qiáng)度Fig.8 Relative intensity of characteristic wavelengths under different voltages

      4 結(jié)論

      本文研究了不銹鋼、鎢鋼、銅、鋁、石墨等5種不同材質(zhì)尖端放電光譜特性,發(fā)現(xiàn)了反映尖端放電金屬材質(zhì)的特征光譜,提出了尖端放電發(fā)展程度的表征參量,為尖端放電的準(zhǔn)確診斷提供了新的思路和可行路線,并得出以下結(jié)論:

      a) 局部放電的光譜特征可以反映出放電的電極材料、發(fā)展程度等關(guān)鍵信息,光譜特征分析是研究局部放電的有效方法;

      b) 不銹鋼、鎢鋼、銅、鋁、石墨等5種不同材質(zhì)尖端放電光譜均具有其特有的特征波長(zhǎng),基于表6所示的特征波長(zhǎng)可以判斷發(fā)生尖端放電的金屬材質(zhì),進(jìn)而為分析發(fā)生局部放電的具體位置提供依據(jù);

      c)λ1=356.54 nm、λ2=379.43 nm、λ3=398.40 nm是GIS內(nèi)可能存在的幾種金屬尖端放電的普適性特征波長(zhǎng);

      d)λ2/λ1、λ3/λ2及λ3/λ1相對(duì)光譜強(qiáng)度(光譜強(qiáng)度的比值)隨放電程度增加而減小,通過相對(duì)光譜強(qiáng)度數(shù)值可以表征放電的發(fā)展程度,對(duì)于判斷尖端放電嚴(yán)重程度具有重要意義。

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