110kV玻璃绝缘子串交流覆冰的闪络特性

以往研究表明绝缘子在覆冰状况下,绝缘性能将大幅降低,在融冰期会因表面高电导率水膜的存在而在正常工作电压下发生覆冰闪络.为得到110 kV电压等级玻璃绝缘子串的交流覆冰闪络特性,清华大学电机工程与应用电子技术系采用均压升压法进行了一系列的覆冰闪络试验,通过研究覆冰水电导率的大小、冰凌的桥接程度、污秽的严重程度以及融冰水电...     

覆冰绝缘子导电离子分布规律

为研究电场及染污方式对覆冰复合绝缘子导电离子分布的影响,该文在低温、低气压人工气候室对两种染污方式下的35 k V复合绝缘子开展了带电和不带电雨凇覆冰试验。结合COMSOL软件仿真分析冰凌尖端水滴及覆冰滴水过程对绝缘子覆冰的影响,揭示电场、染污方式和染污程度对覆冰绝缘子离子分布的影响规律。结果表明:电场对绝缘子覆冰形态、冰层及冰凌中离子分布和闪络电压均有显著的影响;在带电覆冰条件下,采用覆冰水电导率法时的冰层及冰凌融冰水电导率均低于不带电时;在不带电覆冰条件下,采用固体涂层法时的融冰水电导率远高于覆冰水电导率;绝缘子带电覆冰时的闪络电压高于不带电时,而闪络过程中的融冰水电导率低于不带电时。在分析绝缘子覆冰闪络时,应考虑晶释效应对其闪络特性的影响。     

电场对冰水相变过程晶释效应的影响

覆冰水电导率会影响冰表面水膜电导率,进而影响覆冰绝缘子的电气特性。但是,对于电导率的空间分布缺乏研究。为此在低温、低气压气候室对3片串XP_4–160瓷绝缘子分别在带电和不带电条件下开展覆冰试验,结合COMSOL Multiphysics软件仿真和水分子极化理论分析了电场对绝缘子覆冰形态的影响。在电场、水分子极化以及局部放电、泄漏电流等因素的综合作用下,绝缘子带电覆冰冰凌长度较短、直径较细且冰凌尖端向绝缘子串轴线弯曲。将完成覆冰后的绝缘子冰层和冰凌分别置于恒温环境中融化,测量其融冰水电导率,结果表明,绝缘子在带电和不带电覆冰条件下,冰层及冰凌融冰水电导率随融冰时间的增加均呈非线性下降;覆冰水电导率越高,晶释效应越明显;受电晕放电、局部电弧及泄漏电流等因素的影响,不带电覆冰时的融冰水电导率高于带电覆冰时的融冰水电导率。     

冰水相变过程中盐分迁移现象及其对融冰泄漏电流的影响

2008年中国南方地区遭受历史罕见的覆冰灾害,绝缘子在低温高湿环境下的覆冰闪络成为电力系统中的频发事故。基于低温下高锰酸钾溶液的冷凝实验可知,冰水相变过程中盐分会发生迁移,过冷却水的凝结由底层向表层逐步发展。洁净绝缘子盐分迁移实验表明,融冰水电导率接近于覆冰水电导率的1.5～2.5倍,冷凝速度愈慢,盐分迁移现象愈明显;表面污秽主要影响底层冰融冰水的电导率,而对表层冰的影响较小。由110 kV全尺寸玻璃绝缘子覆冰闪络实验可知,污秽的存在会造成融冰路径的变化,底层冰由于具有较高的含盐量而首先融化,与洁净绝缘子相比,染污0.1 mg/cm2的试品泄漏电流在20mA以上的维持时间提高了2.86倍。结果表明:冰水相变前盐分的迁移会改变冰层中的盐分分布状态,引起融冰过程中泄漏电流的升高,这是造成覆冰闪络电压降低的重要原因。     

覆冰圆柱绝缘子起弧前电位与电场分布研究

绝缘子覆冰闪络之所以比污秽闪络过程复杂,不仅在于电弧发展过程中放电路径不唯一,而且往往与覆冰水电导率、覆冰形态等因素有关,因此该文在人工气候室对覆冰光滑圆柱绝缘子进行了交流闪络特性试验,着重从电场的角度研究覆冰水电导率与无冰带对绝缘子起弧前沿面电位、电场分布的影响。试验和计算结果表明:无冰带长度与绝缘子闪络电压成线性关系;无冰带的位置对闪络电压和沿面最大电场强度有较大的影响;覆冰水电导率越高闪络电压越低,同时电位、电场畸变越明显;较高相对介电常数的冰体、较高电导率的融冰水膜和无冰带的存在,是使绝缘子沿面电位、电场分布发生变化,进而一定条件下导致起弧的重要因素。     

基于紫外成像技术的110kV输电线路复合绝缘子融冰闪络预警方法及判据

为减少覆冰导致的输电线路绝缘子融冰闪络事故,对110kV输电线路覆冰复合绝缘子进行了融冰闪络试验研究。用紫外(UV)成像仪监测其融冰过程中的放电现象,并与泄漏电流在线监测装置记录的试验过程中的泄漏电流进行对比,发现融冰闪络过程中的泄漏电流与紫外图像存在对应关系。用紫外光子数作为检测绝缘子放电的特征量,提出了覆冰绝缘子放电过程紫外预警3区段法,即安全区、预警区及危险区。给出了110kV输电线路复合绝缘子融冰闪络预警方法及判据:当监测距离为6.5m时,若高压端有间歇性光子数突变现象,则视为进入预警区,在不同的增益情况下,根据放电情况判断是否给出预警。     

玻璃绝缘子串自然覆冰(雪)交流闪络特性

高海拔、污秽及覆冰(雪)环境下绝缘子串电气性能会急剧下降,绝缘子串覆冰(雪)闪络特性是覆冰地区输电线路外绝缘选择的重要依据之一,而目前大多数研究是在人工模拟条件下进行的。为此,在重庆大学雪峰山自然覆冰试验站(海拔高度为1 400 m),采用固体涂层法对LXHY3-160型玻璃绝缘子进行了高海拔现场试验,试验方法采用均匀升压法。此外还分析了覆雪对绝缘子串电气特性的影响,结果表明:此次覆冰(雪)自然试验中,绝缘子上表面均覆了薄雪;绝缘子冻雨覆冰,主要分布在迎风面,覆冰密度为0.775 4 g/cm3;闪络时融冰水电导率较大,且闪络时融冰水电导率随串长增加而呈增长趋势;但冰全融化后,融冰水电导率基本一致,与串长无关。覆冰(雪)对绝缘子串闪络特性的影响规律与人工模拟所得基本一致:自然覆冰下绝缘子串闪络电压与绝缘子串长呈线性关系;绝缘子串覆冰质量与串长亦呈线性关系;自然覆雪绝缘子串闪络电压与串长呈线性关系。     

复合绝缘子冰凌生长特性及其影响因素

复合绝缘子由于伞群间距较小,与玻璃和瓷质绝缘子相比更容易发生覆冰闪络。为了研究复合绝缘子的冰凌生长特性,针对短串复合绝缘子进行了电场仿真分析和覆冰试验,得到了冰凌生长与电场分布之间的作用关系,并研究了电压和环境因素对复合绝缘子冰凌生长过程的影响。结果表明,冰凌生长与电场分布相互作用,当尖端最高场强达到30 kV/cm时,局部电弧使冰凌生长速度减缓甚至停止;试验过程中沿串泄漏电流大小和局部放电程度受电压、环境温度、覆冰水电导率、降雨强度和染污程度等因素的影响,进而影响冰凌的生长过程和桥接情况,增大施加电压、环境温度、覆冰水电导率、染污程度或减小降雨强度均能延缓绝缘子冰凌生长速度。     

棒形悬式瓷绝缘子的覆冰交流闪络特性研究

绝缘子覆冰闪络事故严重危害着输电线路的运行安全。为了研究影响棒形悬式瓷绝缘子覆冰交流闪络特性的因素,文中在人工气候室内对棒形悬式瓷绝缘子进行了带电和不带电的人工覆冰试验以及交流闪络试验,研究了表面覆冰程度、盐密污秽度和覆冰水电导率对绝缘子闪络特性的影响,试验中使用高速摄影机对放电电弧的发展过程进行检测,并用示波器记录泄露电流和闪络电压。结果表明:带电覆冰和不带电覆冰导致绝缘子表面覆冰程度不同,对其冰闪特性具有显著的影响:局部放电的初始位置和电弧的发展过程具有不同的特点而且在电弧发展到完全贯穿绝缘子表面前,在相同的试验电压下带电覆冰绝缘子的泄露电流比不带电覆冰绝缘子的泄漏电流大;棒形悬式瓷绝缘子覆冰闪络电压随盐密污秽度和覆冰水电导率的增大而降低,且相同盐密污秽度下带电覆冰绝缘子的闪络电压高于不带电覆冰绝缘子的闪络电压。研究结果可为为输电线路绝缘子选型以及防冰减灾等,提供试验依据和技术参考。     

预染污方式对瓷和玻璃绝缘子人工覆冰交流闪络电压影响的研究

绝缘子覆冰是一种特殊形式的污秽,一般来说覆冰前绝缘子表面存在污秽才会导致绝缘子在运行电压下发生冰闪。如何模拟和表征污秽对绝缘子冰闪电压的影响,是防冰抗冰设计的基础。笔者根据人工气候室的试验结果,探讨了染污方式,即固体涂层法染污或覆冰水电导率染污对3种型式的瓷和玻璃绝缘子覆冰交流闪络电压的影响,分析了人工覆冰绝缘子的两种染污方式之间的关系。研究结果表明:在对冰闪电压的影响上,两种染污方式存在等价性,但采用覆冰水电导率模拟污秽时试验简便,试验结果的分散性相对较小;染污方式对覆冰绝缘子的放电路径有影响,固体涂层法染污的绝缘子冰闪路径沿着绝缘子表面;覆冰水电导率模拟污秽时,放电沿着冰层外表面,因此试验结果的分散性较小,试验简便和易于控制。     

覆冰绝缘子串的交流闪络特性和放电过程

为了解长串绝缘子在高海拔下的冰闪特性,在气候室内对XP-70、XWP2-160绝缘子串和FXBW4-110/100合成绝缘子进行了人工覆冰电气试验研究。结果表明:气压对覆冰绝缘子串冰闪电压的影响与污秽绝缘子的相似,3种绝缘子的气压影响指数分别为0.64、0.55和0.69;在不同气压下冰闪电压与绝缘子串长均呈线性关系;绝缘子串覆冰以后的电压分布发生变化且受冰的状态的影响,这个变化是覆冰绝缘子串电气特性下降的主要原因;覆冰绝缘子串的局部电弧发展成完全闪络所需的时间比污秽绝缘子长,且受冰层的融化和冰凌状态的影响;覆冰绝缘子的临界闪络电流大于污秽绝缘子,且与绝缘子串长和类型有关,其原因有待进一步研究。     

工作电压下110kV交流绝缘子串覆冰特性研究

绝缘子覆冰严重威胁输电线路的安全运行。国内外已有许多关于绝缘子覆冰闪络导致电力系统故障的报道，对绝缘子覆冰过程及其特性开展深入研究具有重要意义。文中在人工气候室模拟自然覆冰条件，对7片XP-70、XWP-160瓷绝缘子串和FXBW4-110/100合成绝缘子在运行电压（相对地电压64kV）下和不带电情况下的覆冰特性进行了试验研究。分析了带电和不带电对绝缘子覆冰的影响和差异，结果表明：带电与不带电条件下绝缘子覆冰状况有差异，带电覆冰下绝缘子高压端不易被冰棱桥接，绝缘子带电时覆冰密度比不带电时覆冰密度小，且带电时绝缘子表面覆冰多呈松针状。绝缘子覆冰密度与电场强度、绝缘子材料、结构、形状、覆冰水电导率等有关。     

输电线路绝缘子串防冰闪措施研究

2008年1—2月,南方地区严重的冰灾事故给部分地区电网造成了巨大的损失,绝缘子串冰闪是造成这次冰灾事故的主要因素之一,因此预防绝缘子冰闪对于保证覆冰地区输电线路安全运行十分重要。通过对绝缘子冰闪机理进行分析,文章比较了3种预防输电线路绝缘子串冰闪措施的特点,指出绝缘子串发生冰闪的主要原因是绝缘子串电压分布畸变和冰凌桥接导致融冰时形成了连续高电导水膜,并指出在一些防冰闪措施中,防污闪复合涂料(permanent room temperature vulcanized anti-contamination flashover composite coating,PRTV)并不能有效防止绝缘子覆冰,且会降低绝缘子冰闪电压,因此笔者不推荐采用PRTV预防冰闪。同时,因V型串和间插方式可有效调高绝缘子冰闪电压,这种方式在覆冰地区输电线路设计和改造中较实用。     

Flashover Performance of HVDC Iced Insulator Strings

Based on artificial icing test results, it was found that the DC flashover voltage of iced insulator strings was non-linear with different string lengths. An experimental formula of flashover voltage on iced insulators of different string lengths is introduced in this paper. Icing tests were carried out on different kinds of insulators including DC anti-fog, double-shed and three-shed insulators. Under serious ice conditions, the DC flashover voltages of the different types of insulator strings were very close. The flashover voltage of energized iced strings was a little higher than that of de-energized ones.     

覆冰绝缘子直流闪络特性研究现状

在总结大量文献研究成果基础上 ,从闪络特性和机理等方面分析了覆冰绝缘子直流闪络的各种影响因素。结果表明 :闪络电压与覆冰类型、覆冰水电导率、覆冰量及气压等有关 ;长串的直流闪络梯度较短串小 ,闪络频率与电压梯度成正比 ;闪络是由持续、高幅值的泄漏电流融化冰层所致。并提出了覆冰绝缘子闪络特性方面亟待研究的课题。     

低气压下空气间隙电弧对覆冰绝缘子串直流闪络的影响

覆冰绝缘子串在直流闪络过程特别是低气压条件下中易产生空气间隙电弧形成"飘弧"现象,飘弧易桥接覆冰绝缘子串,且空气间隙电弧和冰面电弧具有不同的伏安特性,而传统的覆冰绝缘子串直流闪络模型由冰面电弧和剩余冰层电阻构成,没有考虑空气间隙电弧,在低气压下计算结果与实际情况相差较大。为了解此一现象,首先从理论上分析了飘弧对低气压下覆冰绝缘子串直流闪络电压的影响,建立了考虑和忽略空气间隙电弧的覆冰绝缘子串直流闪络模型,根据理论模型计算了相应的闪络电压,并与试验结果进行了比较分析。试验与理论计算结果表明,飘弧现象随着气压的降低和绝缘子串覆冰及污秽的程度增加而增加,低气压下进行绝缘子串直流闪络建模、预测和特性试验时应考虑空气间隙电弧及其飘弧的影响。     

PRTV涂料对绝缘子串交流冰闪电压的影响

PRTV涂料具有良好的防污闪性能,但用于防覆冰闪络方面,国内外的相关研究还鲜有报道。根据人工气候室的试验结果,笔者分析了在覆冰期、融冰期覆冰水电导率和串长对涂有PRTV绝缘子串的覆冰闪络电压的影响。通过对涂有和未涂PRTV两种形式绝缘子串的覆冰闪络特性的分析,得出PRTV对于提高覆冰绝缘子闪络电压没有效果,涂PRTV的绝缘子串其冰闪电压约降低10%～15%;PRTV涂层的憎水性引起绝缘子表面覆冰状态发生变化,使得冰层与涂料表面粘附不紧密,内部存在许多微小气隙,容易产生局部放电和局部电弧,从而损坏PRTV涂层,导致绝缘子串泄漏电流增大。     

覆冰绝缘子的交流电气特性

根据在人工气候室的试验研究结果,着重分析了覆冰对绝缘子串电位分布的畸变作用、放电过程与泄漏电流的关系;最低闪络电压与覆冰量和融冰水电导率的关系。     

持久性就地成型防污闪复合涂料对绝缘子覆冰及交流冰闪电压的影响

持久性就地成型防污闪复合涂料(permanent-room-temperature-vulcanized anti-contamination flashover composite coating,PRTV)具有优异的防污性能,但对绝缘子是否具有延缓覆冰和提高冰闪电压的作用国内外鲜有报道。根据人工气候室的试验结果,分析了PRTV涂料对绝缘子串覆冰及其冰闪电压的影响。结果表明：PRTV涂料在覆冰初期具有延缓覆冰的作用,但在严重覆冰过程中则没有明显效果;与未涂覆PRTV的绝缘子串相比,涂覆PRTV涂料的绝缘子串其冰闪电压约降低7%~15%;涂覆PRTV涂料后绝缘子串冰闪电压降低的主要原因是PRTV涂层的憎水性引起覆冰状态的改变,使得冰层内部形成高场强的"空腔",更易产生局部放电并烧伤涂层。     

超高压线路绝缘子冰闪过程及其影响因素

输电线路绝缘子在覆冰、污秽、高海拔等因素综合作用下,绝缘性能将显著降低。为进一步分析长串绝缘子的冰闪机理,在特高压交流试验基地大型环境气候试验室内进行了污秽、覆冰条件下28片XWP2-160长串绝缘子的冰闪试验研究,对模拟真型布置下的长串绝缘子冰闪过程和闪络路径进行了初步分析,比较了绝缘子单独悬挂与模拟真型布置在覆冰状态和放电过程上的差异,结果表明:两者放电路径不同,后者带电覆冰时产生的气隙较少,同时存在冰凌对均压环放电,总体上对电弧发展更加有利。