专利名称：利用光谱测量电弧阻抗的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电弧阻抗的测量，更具体地涉及利用光谱测量电弧阻抗的方法和系统。
背景技术：
特快速暂态过电压(VFTO)高频电弧的阻抗的测量对于电力系统和网络故障的及时发现、测量和解决具有重要的意义。在现有技术中，一般通过测量电弧电流和电弧电压计算得到VFTO高频电弧弧阻，具体地，利用电弧电压的阻性分量除以电弧电流得到电弧通道电阻，如公式(I)所示(参 JAL uM.].Kushner.Arc resistance of laser-triggered spark gaps [J].J.Appl.Phys.58，1744(1985)，，):
权利要求
1.一种利用光谱测量电弧阻抗的方法，包括: 利用光谱仪捕获电弧通道通过透镜组件在光谱仪上形成的第一图像的至少一部分以获得第一谱线长度，所述第一谱线长度与第一图像的所述至少一部分的大小相关联； 通过比较第一谱线长度和参考谱线长度以计算电弧通道的至少一部分的直径；以及通过利用计算出的电弧通道的至少一部分的直径以及电弧通道的至少一部分的电导率，计算电弧通道的至少一部分的阻抗。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一图像垂直于光谱仪上的图像捕获窗口的长边方向。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述参考谱线长度通过利用光谱仪捕获参考光源通过透镜组件在光谱仪上形成的第二图像来获得，其中第二图像位于光谱仪上的图像捕获窗口内。
4.如权利要求1所述的方法，还包括: 沿着平行于电弧通道的方向调整光谱仪的位置以至少获得电弧通道的不同位置处的直径。
5.如权利要求1所述的方法，还包括: 利用弓I起所述电弧的起始电流信号来触发光谱仪的操作。
6.如权利要求4或5所述的方法，还包括: 在将起始电流信号 延迟预定时间之后触发光谱仪的操作，以至少获得不同时间点处的电弧通道的至少一部分的直径。
7.如权利要求1所述的方法，其中通过下式计算电弧通道的至少一部分的阻抗:4 σχπχ 2 其中，σ为电弧通道的至少一部分的电导率，d为电弧通道的至少一部分的直径。
8.如权利要求7所述的方法，其中通过下式计算电弧通道的至少一部分的电导率: ji^/2 σ = 1.53*10—2*-1nU + 1.4'V)1 -1 其中Am=L 24*107*1.05*T3/2/ne1/2，T为电弧通道的电子温度，ne为电弧通道的电子密度。
9.如权利要求8所述的方法，其中通过使用预定离子的两条预定谱线，利用下式来计算电子温度T:1 A ^ r k'i▲ n丄^ f Vx/ V -2.其中，k是波尔兹曼常数，I1和I2分别是两条预定谱线的辐射强度，A1和A2分别是两条预定谱线的跃迁概率，gl和g2分别是两条预定谱线的统计权重，λ i和λ 2分别是两条预定谱线的辐射波长，E1和E2分别是两条预定谱线的激发能量，以及通过下式计算电弧通道的电子密度:ne=C* Δ λ 其中C为stark展宽因子，Δ λ为谱线半高宽。
10.如权利要求8或9所述的方法,还包括: 通过洛伦兹拟合方法获得电弧通道的电导率沿着电弧通道的方向的函数(σ (y));以及 通过下式计算电弧通道的至少一部分的阻抗:
11.一种利用光谱测量电弧阻抗的系统，包括: 透镜组件，其中电弧通道通过该透镜组件形成第一图像； 光谱仪，其用于捕获所述第一图像的至少一部分以获得第一谱线长度，其中所述第一谱线长度与第一图像的所述至少一部分的大小相关联； 计算单元，其接收关于所述第一谱线长度的数据，通过比较第一谱线长度和参考谱线长度以计算电弧通道的至少一部分的直径，以及通过利用计算出的电弧通道的至少一部分的直径以及电弧通道的至少一部分的电导率，计算电弧通道的至少一部分的阻抗。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述第一图像垂直于光谱仪上的图像捕获窗口的长边方向。
13.如权利要求11所述的系统，还包括: 参考光源， 其中通过利用光谱仪捕获参考光源通过透镜组件在光谱仪上形成的第二图像以获得所述参考谱线长度，其中第二图像位于光谱仪上的图像捕获窗口内。
14.如权利要求11所述的系统，还包括: 光谱仪位置调整装置，其沿着平行于电弧通道的方向调整光谱仪的位置，从而获得电弧通道的不同位置处的直径。
15.如权利要求11所述的系统，还包括: 传感器，其用于感测引起所述电弧的起始电流信号；以及 信号处理电路，其用于处理所感测的电流信号并输出到光谱仪，从而触发光谱仪的操作。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述信号处理电路包括: 电压限制模块，其限制所述电流信号的电压； 滤波模块，其对所述电流信号进行滤波； 开关组件，其对所述滤波后的电流信号进行整形；和 输出单元，其输出整形后的信号。
17.如权利要求14或15所述的系统,还包括: 时延单元，其连接在所述信号处理单元和所述光谱仪之间，用于在将起始电流信号延迟预定时间之后触发光谱仪的操作，以获得不同时间点处的电弧通道的至少一部分的直径。
18.如权利要求11所述的系统，其中计算单元通过下式计算电弧通道的至少一部分的阻抗:4 σχπχ 2其中，σ为电弧通道的至少一部分的电导率，d为电弧通道的至少一部分的直径。
19.如权利要求18所述的系统，其中计算单元通过下式计算电弧通道的至少一部分的 电守率:
20.如权利要求19所述的系统，其中计算单元通过洛伦兹拟合方法获得电弧通道的电导率沿着电弧通道的方向的函数(σ (y))，并通过下式计算电弧通道的至少一部分的阻抗:
全文摘要
本发明提供了一种利用光谱测量电弧阻抗的方法和系统。所述方法包括利用光谱仪捕获电弧通道通过透镜组件在光谱仪上形成的第一图像的至少一部分以获得第一谱线长度，所述第一谱线长度与第一图像的所述至少一部分的大小相关联；通过比较第一谱线长度和参考谱线长度以计算电弧通道的至少一部分的直径；以及通过利用计算出的电弧通道的至少一部分的直径以及电弧通道的至少一部分的电导率，计算电弧通道的至少一部分的阻抗。
文档编号G01R27/02GK103235186SQ20131014665
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日
发明者李晓昂, 李志兵, 张乔根, 孙岗, 铁维昊 申请人:国家电网公司, 西安交通大学, 中国电力科学研究院