高海拔地区典型长空气间隙的操作冲击放电特性和海拔校正

研究棒-板和棒-棒空气间隙等典型的空气间隙的放电特性和海拔校正,不仅可为高海拔地区输变电工程空气间隙距离的选择提供参考,而且可为更高海拔地区空气间隙放电电压的海拔校正提供依据。为此,在海拔高度为0m、2 200m、3 000m、4 300m和5 000m的地区,对不同间隙距离的棒-板和棒-棒典型长空气间隙进行了标准操作冲击放电特性试验。根据试验结果计算分析了不同海拔地区典型的棒-板和棒-棒间隙的操作冲击放电电压的海拔校正因数。将IEC 60071-2标准中规定的放电电压海拔校正方法适用范围外延至海拔高度5 000m,对棒-板间隙的放电电压的海拔校正因数进行了计算。试验结果表明,随着海拔高度的升高,棒-板和棒-棒间隙的操作冲击放电电压都降低,棒-棒间隙放电电压的降低幅度要大于棒-板间隙。根据IEC 60071-2标准对海拔校正因数的计算结果在海拔高度为2 200m的地区与试验结果基本一致;但随着海拔高度的增加,计算结果与试验结果的差别越来越大:在海拔高度为4 300m和5 000m的地区,间隙距离约为2m时,计算结果比试验结果小10%以上。     

棒极结构对棒-板间隙操作冲击放电特性影响的试验研究

棒-板间隙是研究空气间隙放电的最典型间隙,其操作冲击放电特性是输电工程线路和换流站／变电站空气间隙选择的重要依据之一。为了更深入地研究棒-板间隙的操作冲击放电特性,选择不同直径的棒电极,以及半球彤和圆锥形2种棒电极端部形状,在2～5m间隙距离下进行了正极性操作冲击放电特性的试验,得到了棒电极端部形状和棒电极直径的改变对棒-板间隙正极性操作冲击50％放电电压造成的影响。另外,在北京、西宁和羊八井等几个不同海拔地区进行了临界半径的对比试验。通过改变棒电极端部连接球面的半径,得到了不同间隙距离对应的临界半径。由试验可以得出,当棒电极结构的半径小于临界半径时,棒电极半径和端部形状的改变不会对间隙的50％放电电压产生明显影响;临界半径随间隙距离的增加而增加,且随着海拔高度的增加,同一间隙对应的临界半径也随之增加。     

青藏直流工程换流站交流侧外绝缘特性

为获得我国青藏高海拔地区220kV换流站设计依据,结合我国青藏高海拔±500kV直流工程,在4000m左右高海拔地区,开展220kV换流站真型构架典型电极以及棒-板操作冲击、雷电冲击试验研究。利用升降法在2.5～4.0m间隙距离内给出换流站交流侧典型电极操作、雷电冲击放电特性曲线。讨论不同海拔高度下操作冲击和雷电冲击放电电压的校正方法,并给出海拔或大气校正因数。通过分析试验数据,推荐换流站交流侧软母线对构架最小空气间隙的选择方法。研究结果表明,在相同的间隙距离下,棒-板间隙的冲击放电电压较典型电极低,同时,在4000m海拔高度下,雷电过电压成为控制换流站构架尺寸的主导因素。     

西宁地区棒—板间隙直流电压、操作冲击电压直流叠加操作冲击电压联合试验放电特性的研究

本文就西宁地区棒-板间隙在正直流电压，正操作冲击电压，以及在正直流电压上叠加正操作冲击电压联合试验电压作用下的试验数据进行分析、处理，给出了棒-板间隙试品在西宁地区平均气压，温度为20℃，绝对湿度为11g/m^3时，上述各种电压形式下，棒-板间隙的放电电压与间隙距离的特性曲线。通过与电科院，西安的数据进行比较，发现在任意两个试验地点，当海拔一定时，棒-板间隙试品的放电电压差值随间隙距离增加有增大的趋势，为此提出在高海拔地区输电工程外绝缘设计时，与平原地区比较。应考虑放电电压差值随距离增加有增大的趋势，而不是单一，固定的海拔修正系数关系。同时高海拔地区有必要做实际的放电特性曲线，与平原地区比较，做出海拔修正系数与间隙距离的函数关系，以满足工程需要，对于做定量方面的比对试验，由于本次试验数据缺少与西安电科院试验数据的可比性，因此本文仅从定性方面进行了分析，其结果对高海拔地区直流输电工程外绝缘的设计有一定的参考价值。     

长空气间隙放电特性研究综述

为获得长空气间隙在不同间隙距离、不同电压类型、不同电极结构下的放电规律,介绍了国内外长空气间隙放电特性研究的代表性成果,分析了棒-板和棒-棒间隙在不同间隙距离、不同冲击电压波前时间下的放电特性,给出了典型的放电特性曲线。对美国、日本和中国开展的输变电杆塔间隙试验结果进行了分析,介绍了线路和变电站相-地和导线相间空气间隙试验结果,对比了不同塔型结构条件和波形条件的影响。研究表明随间隙距离的增大,棒板间隙临界放电电压对应的波前时间逐渐增大;塔宽对杆塔间隙操作冲击下的放电电压有明显的影响;随着操作冲击电压的升高,海拔对操作冲击放电电压降低的作用减小。该综述是对目前国际上典型间隙和输变电间隙放电特性研究成果的总体分析,可为绝缘设计提供依据。     

基于g参数法的棒-板长空气间隙操作冲击电压海拔校正分析

IEC 60060-1推荐的g参数法常用于海拔2000m及以下地区输电系统放电电压海拔校正。然而,随着远距离、大容量输电技术的发展,中国已建和在建的很多输电工程途经地区的海拔高度将超过3000m,最高甚至超过5000m。为分析g参数法在高海拔地区的适用性,该文基于g参数法对海拔55、2200、3000、4300和5000m地区,2~9m棒-板间隙50%操作冲击放电电压进行了海拔校正分析,结果表明:同一海拔高度下,随着间隙距离的增大,校正因数相对误差呈下降趋势;随着海拔高度的增加,校正因数的相对误差越来越大,且指数因子m、w取值的分散性也逐渐增大,当海拔超过3000m时,g参数法不再适用于棒-板长空气间隙操作冲击放电电压海拔校正。最后,综合考虑气象条件,文中提出了一种可用于不同海拔地区4~9m间隙距离U_(50)的计算方法,并选取麦夸特法进行数据拟合,给出了计算公式中参数m_1、m_2、m_3的推荐值,分别为0.097、-0.068、0.446。     

典型空气间隙放电电压修正的试验研究

为深入了解不同海拔条件下空气间隙放电电压水平及其海拔修正关系,选择棒–板典型间隙,在昆明和南宁的高压试验场和实验室进行同等布置下的对比试验。试验在昆明特高压户外试验场、昆明超高压基地户外试验场和南宁高压大厅开展,内容包括0.8～1.8m间隙距离下正极性直流电压放电试验,1.5～4.5m间隙距离下正、负极性雷电冲击(lightning impulse,SI)放电试验以及1.5～5m间隙距离下正、负极性操作冲击(switching impulse,SI)放电试验。此外,在昆明获得了最长间隙距离至10m的正极性雷电、操作冲击放电试验数据。根据试验数据分析,讨论了大气条件影响和海拔修正。基于g参数的大气条件修正方法对正极性放电在昆明和南宁2地不同海拔条件下的计算结果重合性较好,而对负极性放电有较大偏差。最后,提出了棒–板间隙在直流、雷电、操作3种电压类型下、海拔高度2100m以下的放电电压海拔修正计算公式。     

不同海拔地区棒–板间隙临界半径的试验研究

在棒–板间隙的正极性操作冲击放电试验中,放电电压受到棒端部半径大小的影响。为得到放电电压随棒端部半径变化的规律,选择棒电极端部为半径19~475 mm的球面,得到2~5 m间隙距离下棒–板间隙的放电电压。试验数据表明,棒端部半径增大到某临界值时,放电电压开始明显增大,该临界值称为临界半径。提出新的临界半径计算方法,并分析临界半径现象产生的原因。为了解不同海拔下棒–板间隙临界半径的变化,分别在北京(海拔50 m)和西藏羊八井(海拔4 300 m)开展了相同棒–板间隙的临界半径试验研究,得到两地的临界半径。试验结果表明,临界半径的大小与棒–板间隙距离和所处海拔有关。     

高海拔地区500kV变电站设备相间操作冲击放电特性

相间操作冲击放电特性是决定变电站设计尺寸的一个重要方面。为获得我国高海拔地区500kV变电站的设计依据,结合云南电网公司500kV建塘输变电工程,分别在3个不同海拔高度地区武汉(23m)、西宁(2 254m)、大武(3 742m),开展了模拟真型500kV变电站典型电极—软母线和均压环的相间操作冲击试验研究。利用升降法获得5～8m间隙距离内的相间操作冲击放电特性曲线,分析电压分配系数对相间间隙空气绝缘的影响,并按不同的海拔校正方法对试验结果进行校正分析和比较。试验表明:受海拔高度的影响,高海拔变电站设备相间操作冲击平均击穿场强较低海拔有明显的下降,相间操作冲击放电电压U50随着电压分配系数增大而增大。通过对比国内外不同海拔校正方法,建议高海拔地区500kV变电站均压环相间操作冲击海拔校正采用IEC 60071-2—1996标准的方法进行海拔校正;软母线相间操作冲击海拔校正采用带m因子的修正方法进行海拔校正。     

低海拔地区长空气间隙放电特性试验研究

为进一步完善特高压线路的外绝缘设计,在南宁进行了棒-板长空气间隙的直流、雷电和操作冲击电压的放电试验,发现正极性的棒-板间隙放电电压比负极性的要低很多。应用相关标准对试验数据进行大气校正,并与海拔高度与南宁接近的北京中国电科院高压基地的棒-板间隙放电数据进行对比,结果显示：IEC 60060-1、DL/T 620—1997标准以及IEC 60060-1推荐校正方法适用于平原地区正极性放电试验的校正,DL/T 620—1997中的校正方法主要适用于对工频放电电压以及正极性冲击放电电压。     

基于支持向量机的棒-板空气间隙击穿电压预测方法及其应用

空气间隙的击穿电压与放电起始前的电场分布特征存在多维非线性关系。为了实现空气间隙的击穿电压预测,以电场特征集作为输入,以间隙在加载电压下是否击穿作为输出,采用支持向量分类机建立击穿电压预测模型。针对极不均匀电场空气间隙的击穿特性受电晕影响的问题,提出两种修正方法:通过增加受电晕影响的训练样本数据,提高预测模型的泛化性能;或基于"电晕云"的思想进行二次电场计算及特征量提取,对预测模型的输入特征进行修正。采用修正后的模型对极不均匀电场下棒-板间隙的工频击穿电压及棒-板长空气间隙的操作冲击放电电压进行预测,预测值与试验值吻合良好。该方法有利于减少试验次数,降低试验成本。     

棒－板长空气间隙在低气压下雷电冲击特性及电压校正

文中在人工气候室内对0.5～2.0m的棒-板空气间隙雷电冲击50%放电电压U50与气压P的关系进行了系统的试验研究,分析了P对雷电冲击U50的影响,得到了U50与间隙距离d之间的关系.研究结果表明0.5～2.0m棒-板空气间隙的U50与P之间满足幂函数关系,其幂指数即气压对U50影响的特征指数n与电压极性有关;当d＜1.0m时,n与d关系较密切,当d＞1.0m时,n与d关系不明显,且U50与d基本呈线性关系.提出了棒-板长空气间隙雷电冲击U50的海拔高度校正方法,并得到海拔每升高1km,正、负极性的U50分别下降8.7%和8.0%.     

低气压棒—板间隙操作冲击放电特性及电压校正

为了研究高海拔地区空气间隙的操作冲击特性,在大型人工气候室内对0.25～2m的棒-板间隙的操作冲击50%放电电压与气压p、间隙距离d的关系进行了系统的实验研究。结果表明:操作冲击50%放电电压U50随着气压p的下降呈幂指数关系下降,间隙长度不同,气压影响指数n不同;通过分析得到了不同间隙长度下的U50气压校正公式;U50与不同间隙距离d之间的关系与电压极性有关:正极性时U50与间隙距离d的线性关系较好,负极性时有明显的饱和性,且U50的气压影响特征指数n与电压极性有关。试验结果显示操作冲击50%放电击穿时间与电压极性和间隙距离有关。     

1000kV交流输变电工程设备的外绝缘特性

针对晋东南—荆门百万伏级交流输变电示范工程,研究了交流输变电设备空气间隙的工频、操作和雷电冲击电压放电特性,典型分裂耐热扩径软导(母)线及分裂导线、管型母线基于不同空气间隙的工频、操作及雷电冲击电压特性及高海拔对绝缘子污耐压的影响。通过这些真型试验研究,获得了我国特高压技术研究的基础试验数据,其研究成果可为特高压工程建设提供设计参考依据。     

空间电荷对球头棒-板间隙放电击中点的影响

雷电引起的输电线路事故中因绕击导致的故障所占比例很大,一些学者认为空间电荷的影响是导致屏蔽失效的原因之一。为此,通过试验研究了直流电压下球头棒-板间隙的电晕电流,以此来衡量一定电压下球头周围空间电荷的量;并试验研究了正极性操作冲击下球头棒-板间隙放电击中点的分布规律,且与尖头棒试验结果比较。试验结果和仿真结果表明:与尖头棒相比,球头棒更容易吸引放电;球头棒周围电场畸变不严重,没有形成有效屏蔽层,从而使放电点更容易发生在头部。     

高压直流输电线路V型串塔头间隙操作冲击放电电压的海拔校正

介绍了采用相同结构的真型尺寸V型绝缘子串模拟塔头间隙在不同海拔地区开展操作冲击放电特性对比试验取得的成果。根据在北京和西藏(海拔4 300 m)试验基地获得的塔头间隙操作冲击放电特性曲线,采用插值法计算了海拔4000m及以下地区的塔头间隙操作冲击放电曲线。经分析计算,得出了适合海拔4000m及以下地区高压直流线路塔头间隙海拔校正的计算公式。还将通过试验得出的海拔校正计算公式与目前常用标准IEC 60071-2—1996推荐的海拔校正计算公式进行了对比,分析了两者的修正因子m值的差别及对修正电压的影响。     

高海拔换流站相间操作冲击放电特性分析

相间操作冲击放电特性是影响换流站设计尺寸的一个重要方面。我国正在设计建设的青藏高海拔直流联网工程拉萨换流站即将建在约4000m左右的高海拔地区,随着海拔的增加,空气间隙放电电压将明显下降。为解决青藏换流站空气间隙选择和海拔校正问题,首次在平原地区以及近4000m高海拔地区,利用升降法开展换流站真型构架典型电极相间操作冲击试验研究,得到典型电极相间操作冲击放电特性曲线。结合现有标准中海拔及气象校正公式进行分析和比较,并给出校正因数,同时,基于不同海拔点试验数据拟合出线性形式的海拔校正算式。研究结果表明,受到海拔高度影响后,高海拔换流站典型电极相间操作冲击平均击穿场强比低海拔低近40%,提出线性形式校正方法的校正误差小于现有标准中推荐方法,其校正误差绝对值可以控制在4%。     

模拟与自然环境下0.5~1.5 m空气间隙正极性操作冲击放电电压校正方法

为适应我国电网发展要求,我国正在建设多个大型多功能人工气候室,但人工气候室模拟环境与自然环境是否具有等价性是外绝缘设计关心的基础问题。在人工气候室模拟环境和高海拔自然环境条件下对0.5~1.5 m的棒-板空气间隙正极性操作冲击放电特性进行了试验研究,根据试验结果分析根据1.0 m间隙的人工模拟试验结果提出的基于气压和基于g参数法的放电电压校正方法的适应性。结果表明：根据1.0 m间隙的人工模拟试验结果提出的2种新的校正方法不仅适用于1m的间隙,而且适用于0.5~1.5 m空气间隙,但基于气压的校正方法更准确;在人工气候室自然湿度条件下进行高海拔低气压的试验得到的结果与高海拔自然环境下得到的结果一致;0.5~1.5 m空气间隙放电电压与间隙距离的非线性关系指数为0.84。