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。     

1000kV与500kV交流线路同塔架设相间放电特性及绝缘配合

为确保1000kV与500kV同塔架设相间绝缘设计的可靠性和经济性,采用2套长波前冲击电压发生装置产生不同波前时间冲击电压模拟线路相间过电压,针对中国1 000 kV双回特高压线路与500 kV双回超高压线路同塔架设的杆塔结构及导线布置特点,开展了上侧1000kV相间操作冲击放电试验、下侧500 kV相间操作冲击放电试验,以及1000kV与500 kV相间的空气间隙放电试验研究,获得了不同间隙距离放电特性曲线和对地高度影响等研究结果。并根据中国华东地区拟采用该输电方式的苏州—沪西段工程相间过电压水平,分析提出了相间绝缘间隙配置推荐值。研究表明8分裂导线相间1000 s操作冲击放电电压平均间隙系数K为1.61,8分裂—4分裂和4分裂-4分裂相间标准操作冲击放电电压平均间隙系数分别为1.44和1.49。该研究成果为国际上首次提出的特高压与超高压同塔架设输电方式提供了外绝缘设计依据。     

特高压交流串补装置相间操作冲击放电特性

为了提高特高压交流试验示范工程的输送容量,提高系统的稳定性,对示范工程特高压变电站进行扩建以布置安装特高压串补装置。由于特高压串补装置体积庞大,其布置对扩建工程的占地面积和投资有重要影响。特高压串补装置布置设计的关键数据是相间放电特性,但以往很少进行如此大结构的电极放电特性试验,串补装置相间距离确定缺乏数据,为此对特高压串补装置相间空气间隙在不同波前时间操作冲击电压、不同电压分配系数及试品的不同布置高度等条件下进行了放电特性的研究。研究结果表明:随着相间距离的增大,长波前操作冲击下50%放电电压与标准操作冲击下的50%放电电压之比在逐渐变小;1 000/5 000μs长波前操作冲击电压下相间50%放电电压与电压分配系数呈线性关系;相间放电电压会受试品布置高度和电极型式影响。研究结果对特高压串补装置的布置优化有指导意义。     

特高压交流串补装置相间操作冲击放电特性EI北大核心CSCD

为了提高特高压交流试验示范工程的输送容量,提高系统的稳定性,对示范工程特高压变电站进行扩建以布置安装特高压串补装置。由于特高压串补装置体积庞大,其布置对扩建工程的占地面积和投资有重要影响。特高压串补装置布置设计的关键数据是相间放电特性,但以往很少进行如此大结构的电极放电特性试验,串补装置相间距离确定缺乏数据,为此对特高压串补装置相间空气间隙在不同波前时间操作冲击电压、不同电压分配系数及试品的不同布置高度等条件下进行了放电特性的研究。研究结果表明:随着相间距离的增大,长波前操作冲击下50%放电电压与标准操作冲击下的50%放电电压之比在逐渐变小;1 000/5 000μs长波前操作冲击电压下相间50%放电电压与电压分配系数呈线性关系;相间放电电压会受试品布置高度和电极型式影响。研究结果对特高压串补装置的布置优化有指导意义。     

特高压交流试验示范工程线路操作冲击试验电压波前时间计算分析

为了利用特高压示范工程猫头和水平塔长波前操作冲击下线路空气间隙放电电压较标准操作冲击波高的特点,减小空气间隙距离,降低杆塔造价,需要确定特高压示范工程猫头和水平塔空气间隙操作冲击放电试验波前时间。根据国外非标准的操作波对空气间隙的放电电压影响的试验研究结果,推导了线路操作过电压的波前时间和等效操作冲击试验电压波前时间之间的换算关系,并计算了中国单回路特高压示范工程线路操作过电压波前时间及与之等效的操作冲击试验电压波前时间,统计分析了转换得到等效试验用操作冲击的波前时间与幅值的关系。采用统计法和简化法计算线路闪络率,指出虽然计算结果满足标准要求,但由于变异系数对线路闪络率影响很大,而变异系数随着波前时间的增大有一定提高,长波前操作冲击放电分散性较短波前大。因此兼顾安全和经济性,1000μs操作冲击用做试验冲击是合适的。     

长空气间隙负极性操作冲击放电特性研究(Ⅱ)-间隙系数

大气环境、电极布置方式和间隙类型等对长空气间隙的负极性操作冲击放电特性均有不同程度的影响。分别采用20/2 500μs和80/2 500μs两种负极性操作冲击电压波进行放电试验,研究了气象条件、波头时间、下电极高度及导线接地方式等对空气间隙放电特性的影响,并对以棒–板间隙为基准,分析计算棒–棒间隙、棒–线间隙的间隙系数。试验结果显示:湿度对长空气间隙的负极性操作冲击放电特性试验具有明显的影响;间隙距离大于3 m时,20/2 500μs负极性操作冲击电压波作用下空气间隙的50%放电电压较高,间隙距离小于3 m时,80/2 500μs负极性操作冲击电压波作用下空气间隙的50%放电电压较高;下电极高度对棒–棒间隙放电特性具有一定的影响;导线接地方式对棒–线间隙的50%负极性操作冲击放电电压具有显著影响。间隙系数随间隙距离呈非线性变化趋势,棒–线间隙对棒–棒间隙的间隙系数随间隙距离增大基本趋于稳定值1.05。     

分层接入式特高压换流站1000 kV换流变区域空气间隙放电特性

随着分层接入800 kV特高压换流变网侧电压等级从750 kV上升到1 000 kV,特高压换流站对网侧设备的绝缘要求也随之升高,网侧1 000 kV空气间隙的优化,对控制阀厅长度、确保换流站安全可靠运行、降低换流站占地和减少工程成本有重要意义。该文对换流站低端阀厅网侧1 000 kV换流变区域内各种带电导体之间的空气间隙在长波前操作冲击电压进行了放电试验研究,得到了相应空气间隙的50%操作冲击放电电压试验曲线。根据换流站不同类型下的交流侧1 000 kV操作过电压计算结果,分析了相应情况下交流侧1 000 kV换流变区域空气间隙相对地和相间的50%操作冲击放电电压。根据空气间隙试验曲线和最大的相间和相地操作50%放电电压,得出换流站网侧关键空气间隙的取值。计算表明:套管均压环对阀厅墙的最小空气间隙为7.1m,套管均压环对阀厅墙压顶的最小空气间隙为6.6 m,套管均压环–避雷器均压环不被击穿的最小空气间隙为8.2 m,管母–分裂导线和管母–套管最小空气间隙均为7.8 m。研究结果对网侧1 000 kV空气间隙的选取具有指导意义。     

1000kV线路杆塔空气间隙距离选择

特高压(UHV)线路空气间隙距离研究是UHV线路工程设计的基本参数,而前苏联、日本的相关工程参数也与我国情况不同。为此介绍了中国晋南荆1000kV输电线路杆塔空气间隙距离选择的原则、方法和结果。由于塔宽和试验电压波前时间对特高压线路杆塔空气间隙的放电电压有明显的影响,故采用特高压真型杆塔进行空气间隙的放电电压试验,操作冲击试验电压的波前时间为1000μs,和特高压线路操作过电压的实际波前时间比较接近。工作电压下空气间隙距离的选择考虑了最大工作电压、100a一遇的最大风速、多间隙并联对放电电压的影响并取闪络概率为0.13%,得到海拔500、1000、1500m时工作电压下的最小空气间隙距离分别为2.7、2.9、3.1m。操作冲击下空气间隙距离的选择考虑了沿线最大的统计(2%)操作过电压水平为1.7p.u.、操作过电压波前时间取1000μs、多间隙并联对放电电压的影响、计算风速为0.5倍最大风速、闪络概率为0.13%,得到海拔500、1000、1500m时的最小空气间隙距离中相分别为6.7、7.2、7.7m,边相分别为5.9、6.2、6.4m。试验结果表明,边相导线对杆塔的空气间隙距离受工作电压控制,中相导线对杆塔的空气间隙距离受操作冲击电压控制。雷电冲击下的空气间隙距离对杆塔塔头尺寸不起控制作用,可以不规定雷电冲击下的空气间隙距离要求值。     

特高压长波头操作波联合电压试验系统

为开展特高压工程相间空气间隙的试验研究,采用7 500 kV与4 800 kV冲击电压发生器,组成特高压长波头操作波联合电压试验系统。对7 500 kV与4 800 kV冲击电压发生器产生1 000/5 000μs长波头操作波的机理、冲击电压信号同步方法进行研究,并以特高压模拟导线为试品,对该试验系统的性能进行试验研究。研究结果表明,该试验系统能产生高幅值的1 000/5 000μs长波头操作波,冲击电压分量同步较好,输出电压效率稳定,可以满足特高压工程空气间隙相间试验研究的要求。     

±800 kV直流线路杆塔塔头空气间隙的直流叠加操作冲击放电特性

国内外的文献资料表明空气间隙的放电特性在纯操作波和直流预电压情况下有很大的差别,这对高压输电线路塔头空气间隙的选择可能会有影响,因此在我国直流特高压杆塔空气间隙设计中需要对导线上直流预电压的影响进行研究。通过真型尺寸模拟塔头空气间隙放电试验,研究了特高压线路杆塔空气间隙在直流预电压叠加操作冲击下的放电特性,得到了叠加电压的试验数据。通过与纯操作冲击放电特性的比较,发现叠加电压情况下杆塔空气间隙的放电电压比纯操作冲击情况下高2%~4%,因此从安全的角度考虑,在特高压杆塔空气间隙设计中,采用纯操作冲击电压试验数据是可行的。     

多种污染因素对尖—板空气间隙放电电压的影响

本文研究了多种大气污染因素对尖一板空气间隙放电电压的影响。清洁雾有助于提高空气间隙的放电电压,特别是雷电冲击放电电压;盐雾对冲击放电电压也有提高,但却使交流放电电压有所降低;固体微粒对间隙的击穿强度没有明显的影响;只要间隙中不形成连续不断的水流,高压电极上出现的水滴对闪络电压也无影响;内燃机的排气对操作波放电电压没有影响,但却使工频电压下降约20%左右。     

500kV复艾紧凑型线路直线塔带电作业安全性分析

文中计算500 kV复艾紧凑型输电线路操作过电压水平,获得带电作业时可能产生的沿线最大相—地操作过电压为1.68 p.u.,最大相间过电压为2.85 p.u.,对直线塔塔窗典型带电作业过程中的人体位置进行长距离空气间隙及组合间隙的操作波放电试验,获得典型位置操作冲击击穿电压U50%和带电作业相—地和相间最小安全距离计算公式,以及带电作业时最小安全距离下的危险率;理论计算和试验结果表明,在直线塔上进行带电作业的危险率均远小于1.0×10-5,相—地和相间最小安全距离以及最小组合安全距离均满足带电作业安全性的要求。     

±800kV特高压直流输电系统阀厅空气间隙操作冲击放电特性

为准确获得特高压直流输电系统阀厅内部典型空气间隙放电特性,以进一步指导阀厅设计和优化,针对阀厅内部典型空气间隙开展操作冲击放电试验,采用升降法获得不同空气间隙距离d对应的50%操作冲击放电电压U50,并拟合出相应的U50与d的幂指数曲线,分析了阀厅内部典型空气间隙操作冲击放电特性。同时,在试验过程中改变了均压球的直径并增加了模拟墙,完成了其对放电电压影响的对比试验。结果表明:操作冲击电压随空气间隙距离的增大而不断增加,增大电极曲率半径可以显著提高耐受操作冲击的能力;由不同电极构成的空气间隙耐受操作冲击的能力差异主要体现为放电特性曲线的增加率不同;对于同一种空气间隙,正向操作冲击电压施加在不同电极上会造成放电特性不同;对于更高电压等级的特高压直流输电工程,可以使用更大曲率半径的电极来提高其耐受操作冲击的能力。     

500kV同塔双回垂直排列紧凑型塔头空气间隙放电特性的试验研究

与500 kV传统紧凑型布置相比,采用500 kV同塔双回垂直排列紧凑型(DVC)布置的杆塔可进一步减小线路走廊,降低塔高高度。为研究其特殊的导线布置和杆塔结构对空气间隙放电特性产生的影响,采用实尺寸模拟塔头,对500 kV DVC杆塔进行了操作冲击和雷电冲击放电特性试验,对比了不同极性操作冲击电压下相间放电电压的差异。结果表明:500 kV DVC杆塔的上、中和下相的相对地操作冲击和雷电冲击放电电压均相差很小;相间不同导线施加电压的极性会影响相间放电特性,设计时应按照偏于严格的试验结果选择间隙距离。试验结果可供实际500 kV DVC杆塔设计参考。     

长空气间隙负极性操作冲击放电特性研究(Ⅰ)—试验研究

长空气间隙在负极性操作冲击电压下具有非线性放电特性。为了研究典型长空气间隙的负极性放电特性,利用7 500 kV冲击电压发生器产生20/2 500μs和80/2 500μs两种负极性操作冲击电压波,开展了间隙距离为1～10 m的棒–棒间隙、棒–板间隙和棒–线间隙的负极性放电特性试验研究,并与其他学者的试验结果进行对比分析。试验结果表明:随着间隙长度的增加,棒–棒间隙、棒–板间隙、棒–线间隙的50%放电电压都趋于饱和,但棒–板间隙的饱和趋势最为明显;当间隙长度为4 m时,棒–板间隙与棒–棒间隙的50%放电电压大小关系发生翻转;间隙的平均击穿场强随着间隙距离的增大而减小。该研究揭示了1～10 m长空气间隙的负极性操作冲击放电特性,加深了对长空气间隙放电特性的认识。     

特高压倒V型串杆塔间隙放电特性及绝缘配置分析

为得到特高压同塔双回线路新型倒V串杆塔间隙绝缘配置,建立了特高压双回倒V串全尺寸试验塔头,开展了倒V串高压电极对杆塔构架不同间隙距离下的放电特性试验研究,获得了工频电压、1 000μs长波前冲击电压和雷电冲击全电压类型放电特性曲线。结果表明对于3种电压类型,下相间隙50%放电电压梯度均高于中相间隙,其中,下相间隙1 000μs波前操作冲击放电电压梯度较中相间隙高4.6%。结合特高压交流系统电压特点,提出了海拔1 000 m条件下特高压同塔双回线路倒V串间隙配置推荐值,工频电压控制间隙取2.9 m,操作过电压控制间隙取6.5 m,平原和山区雷电防护间隙分别取6.7 m、7.2 m。     

特高压交流变电设备相间操作冲击的放电特性

为取得特高压交流输变电工程的设计依据,结合晋东南—荆门百万伏级交流输变电示范工程,研究了交流变电设备的相间操作冲击电压特性。用电压分别为5400、3000kV的冲击电压发生器联合进行相间试验,通过适当调整时延实现相间试验时2台冲击同步;采用升降法获得5～9m距离的环、管型母线、4分裂导线相间操作冲击电压放电特性曲线;通过计算得到其相间操作冲击的间隙系数k,并分析电压分配系数α对相间50%操作冲击击穿电压U50的影响。试验表明,U50随着α增大而增加,且通过长间隙放电理论中临界电荷法解释相间绝缘的U50随着α增大而增加的原因,试验结果与IEC等国外类似试验相接近,证明本次试验的可比性和可靠性。     

空气间隙的储能特征与放电电压预测

通过数学计算而非试验研究获取空气间隙的放电电压是高电压工程领域长期以来希望达到的目标。为此,基于绝缘击穿缘于储能越限的物理思想,提出了一种空气间隙放电电压预测的新思路:将复杂的空气放电过程研究前移至间隙结构储能状态及其影响因素研究,从电场分布、冲击电压波形两个方面定义了表征空气间隙储能状态的特征集,采用支持向量机(SVM)建立了空气间隙的放电电压预测模型。利用该模型,成功实现了不同间隙长度的棒-板、棒-棒长空气间隙在不同波前时间的正、负极性操作冲击电压作用下的50%放电电压预测,4组测试样本预测结果的平均绝对百分比误差分别为3.6%、3.25%、3.5%和3.8%。该方法有助于推进电气外绝缘的数字化设计,可为构建"计算高电压工程"学科体系提供参考。     

1000kV交流紧凑型输电线路相间空气间隙放电特性

为了解1000kV特高压紧凑型输电线路相间空气间隙放电特性,获得相间空气间隙在模拟操作过电压条件下的放电特性参数,为相问绝缘间隙提供试验支撑,利用全尺寸特高压紧凑型塔窗,进行了塔窗内导线相间空气间隙操作冲击试验。并模拟档距中央的导线相问间隙,进行了标准操作冲击、1000μs长波前操作冲击放电特性试验研究。通过试验获得了...     

基于Adaboost-SVR预测的直流杆塔间隙操作冲击电压的计算分析

空气间隙的操作冲击放电电压是特高压输电工程杆塔设计的关键参数。气象参数、均压环尺寸、导线形式、绝缘子串型、间隙距离、冲击电压波形参数等因素都会对杆塔空气间隙的操作冲击放电电压产生影响。该文基于±500kV～±1100kV的直流杆塔空气间隙的操作冲击放电电压数据,建立灰狼算法优化的Ada Boost-SVR预测模型。该模型以均压环尺寸、塔身宽度、间隙距离、空气温度、气压和相对湿度作为输入参数,杆塔空气间隙的50%放电电压(U_(50))作为输出参数。采用该文提出的模型,对不同均压环尺寸下的杆塔空气间隙的U_(50)进行计算分析。结果表明,采用上述模型的预测值与试验值基本吻合。最后,采用该预测模型计算了典型气象条件下的±1100k V和±800kV杆塔间隙的U50。该方法可以计算不同气象条件下(包括不同于样本的气象条件)杆塔间隙的50%操作冲击放电电压,为输变电工程空气间隙操作冲击放电电压的预测提供了一种新的思路。