染污绝缘子串直流污闪放电的电路模型

绝缘子污秽闪络事故严重威胁电力系统的安全可靠运行,目前国内外对污闪机理的研究主要以平板模型为基础。以7片串XP–160绝缘子为例,开展染污绝缘子串直流污闪电路模型的研究。根据高速摄像机拍摄的结果得知,染污绝缘子串直流污闪放电过程中局部电弧存在飘弧现象,即局部电弧由沿面电弧和空气间隙电弧2部分组成;提出染污绝缘子串直流放电过程的电路模型由剩余污层电阻、沿面电弧和空气间隙电弧串联组成;根据模型推导得到染污绝缘子串直流污闪电压的污秽影响特征指数在0.22~0.34之间,并从理论上解释了不同型式绝缘子污秽影响特征指数存在差异的原因。     

低气压下绝缘子串直流污闪放电过程

绝缘子污秽闪络事故严重威胁电力系统的安全可靠运行,目前国内外对污闪机理的研究主要是以平板模型为基础.本文借助于高速摄像机开展低气压下绝缘子串直流污闪过程研究,结果表明,低气压下绝缘子串直流污闪放电过程中局部电弧的产生与发展存在随机性,且存在多电弧现象;局部电弧发展过程中存在飘弧现象,即局部电弧由沿面电弧和空气间隙电弧两部分组成;低气压下染污绝缘子串闪络距离小于爬电距离;染污绝缘子串直流起弧电压比闪络电压约低15%～35%;低气压下染污绝缘子串更容易起弧,且海拔越高,局部电弧的燃弧时间越短;局部电弧形状与污秽、气压等有关.     

低气压下绝缘子串直流污闪放电模型及验证

为揭示低气压下染污绝缘子串闪络机理,并为低气压地区外绝缘选择和设计提供参考,在人工气候室模拟低气压条件,以7片串XP-160绝缘子为例,进行了不同低气压、污秽下绝缘子直流放电特性试验研究,并拍摄了其放电过程。试验结果表明:低气压下直流污闪放电过程中局部电弧存在飘弧现象,因此提出低气压下染污绝缘子串直流放电过程的电路模型是由剩余污层电阻、沿面电弧和空气间隙电弧串联组成;根据模型计算所得的临界污闪电压与实测值的误差在10%以内;揭示了静电力和热浮力随气压变化规律的差异是低气压下局部电弧发展中飘弧现象更严重的主要原因。     

气压对绝缘子串直流污闪特性影响

低气压下污秽绝缘子的电气性能相对清洁绝缘子将降低,但气压对绝缘子串直流污闪特性的影响,目前仍缺乏系统的研究。本文对7片串XP—160盘形悬式绝缘子和特高压复合绝缘子短样的直流污闪特性进行了研究,分析表明绝缘子串直流污闪放电过程中局部电弧的特性决定气压影响特征指数n,不同型式绝缘子串n值存在差异的原因是放电过程中局部电弧飘弧造成的。     

迎/背风侧不均匀污秽下绝缘子直流污闪建模

绝缘子表面不均匀积污会影响其电气特性。运行环境下绝缘子串迎风面和背风面污层分布不均匀,且根据人工污秽试验结果,这会导致绝缘子闪络耐受梯度降低。在此基础上,文中提出了考虑绝缘子迎/背风面不均匀污层的计算剩余污层电阻方法,并建立了相应的直流污闪动态电弧模型,同时开展了人工污秽模拟验证试验;继而,基于动态闪络模型,对不同不均匀染污程度下的绝缘子表面泄漏电流、剩余污层电阻进行了计算及分析,揭示了迎/背风侧不均匀污秽对绝缘子直流污闪的影响。研究结果表明,迎/背风侧不均匀污层造成污闪过程中的绝缘子剩余污层电阻减小,减小幅度可达50%;背风侧面积比例T对绝缘子直流污闪过程的影响小于迎/背风面染污不均匀度J。研究结果可以为复杂环境下的架空线路外绝缘配置及选型提供参考。     

低气压下染污覆冰表面和冰凌间隙的直流电弧特性

低气压下染污覆冰表面沿面电弧和冰凌空气间隙电弧伏安特性是研究高海拔、污秽、覆冰综合环境中绝缘子放电机理和放电模型的基础,为此,利用三角平板玻璃先染污后覆冰和冰凌间隙模型在低温低气压实验室分别试验研究了低气压下覆冰沿面电弧和冰凌间隙电弧直流伏安特性。结果表明:染污覆冰表面沿面电弧和冰凌间隙电弧的伏安特性E-I关系呈负幂函数,相同条件下,正极性沿面电弧电压高于负极性,而空气间隙电弧伏安特性受极性影响很小;沿面电弧和空气间隙电弧直流伏安特性均随着气压降低而下降,且空气间隙电弧受气压影响较沿面电弧大。研究结果为建立低气压下染污覆冰绝缘子串直流放电模型提供了基础。     

低气压下的直流电弧特性

低气压下绝缘子污闪放电过程中局部电弧存在飘离绝缘子表面形成空气间隙电弧的现象。为研究低气压下沿面电弧和空气间隙电弧特性并确定二者的差异,利用三角形玻璃平板和铜球电极在人工气候室分别测试了低气压沿面直流电弧和空气间隙直流电弧特性。结果表明:随着气压降低,沿面直流电弧和空气间隙直流电弧的E-I特性明显下降;同等条件下,单位长度沿面直流电弧电压高于单位长度空气间隙直流电弧电压;泄漏电流为0·1~0·5A时,空气间隙直流电弧和沿面直流电弧的E-I特性均可按幂指数或线性表示;空气间隙直流电弧特性受气压的影响程度较沿面直流电弧特性大。研究结果为进一步揭示低气压下绝缘子串直流污闪放电机理打下了基础。     

污秽绝缘子闪络机理研究综述

文章综述了几十年来国内外对污秽绝缘子闪络机理的研究状况,包括电路模型、能量模型、动态模型、交流电弧重燃条件、电场模型以及低气压下的电弧特性等,并根据真型绝缘子串污闪放电过程的拍摄结果,提出了由剩余污层电阻、沿面电弧和空气间隙电弧串联组成的低气压下绝缘子长串直流放电数学模型,同时对未来绝缘子污秽闪络机理的研究方向进行了展望,指出真型绝缘子长串放电过程、绝缘子剩余污层电阻、低气压下局部电弧特性的测量等是今后研究的重点。     

高海拔地区大吨位绝缘子直流污闪特性研究

为了研究实际高海拔条件下大吨位瓷和玻璃绝缘子染污放电特性,给高海拔地区特高压直流输电线路绝缘子的选择及外绝缘设计提供参考,在实际海拔1970 m条件下,利用±250 kV直流污秽试验电压,采用恒压升降法,对大吨位瓷和玻璃绝缘子的直流污闪特性进行了详细研究。试验结果表明:大吨位瓷和玻璃绝缘子的直流污闪特性相差不大;盐的种类、灰密大小及污秽分布情况对大吨位瓷绝缘子直流污闪特性影响较大;伞形对绝缘子表面电弧发展特性影响较大,使得不同伞形绝缘子的直流污闪电压差别较大。因此,在高海拔地区特高压线路外绝缘选型和设计中要充分考虑这些因素的影响。     

高海拔地区玻璃绝缘子的直流污闪特性

为了解决特高压直流输电线路中的外绝缘问题,清华大学深圳研究生院和云南省电力试验研究院合作,通过对两种大吨位玻璃绝缘子在不同盐密、不同灰密、不同染污情况和不同悬挂方式下进行直流污闪特性试验,对其污闪特性作了深入研究。试验表明,玻璃绝缘子和瓷绝缘子直流污闪特性相似;高海拔条件下,由于飘弧现象严重,爬电距离并不能得到有效的利用,故不是影响污闪特性的唯一重要因素;结构高度和绝缘子形状结构在很大程度上可影响飘弧和电弧桥接,因而对污闪特性的影响很大,在一定程度上大于爬电距离对污闪特性的影响;同时分析了非均匀染污情况和不同悬挂方式下的污闪特性及其差异原因。     

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。     

布置方式对直流绝缘子串人工污秽闪络特性的影响

直流绝缘子串布置方式对污闪电压有影响，以2种典型直流瓷绝缘子(XZP-210和XZP-300)为试品，在人工雾室中通过试验研究了悬垂单串布置(I型)、悬垂双串布置(II型)和V型布置绝缘子串的直流负极性污闪特性，分析了布置方式对负极性污闪电压的影响。结果表明：直流绝缘子串布置方式对污闪电压有影响；在不同污秽程度下，V型布置时直流污闪电压比I型布置时高14.5%~25.9%，II型布置则比I型布置低4.2%~9.0%；且随着污秽程度的增加，V型布置相对于I型布置的污闪电压提高的百分数和II型布置相对于I型布置降低的百分数均增大。     

低气压下复合绝缘子长串直流污闪特性

由于复合绝缘子具有的耐污性能好的优越性,我国正在建设的云广±800kV直流特高压线路也将采用复合绝缘子。为研究绝缘子面临的污秽和高海拔的综合影响,利用大型多功能人工气候室试验研究了低气压下复合绝缘子直流污秽闪络特性,结果表明:用升压法获得的复合绝缘子闪络电压比用升降法获得的50%耐受电压约高7%;复合绝缘子闪络电压与长度基本呈线性关系;气压对复合绝缘子直流污秽闪络电压的影响程度指数为0.6～0.8且受污秽度的影响;在盐密为0.05mg/cm2时,±800kV直流特高压线路所需复合绝缘子长度的基本配置应≥8.2m。     

The pollution flashover on high voltage insulators

The pollution flashover, observed on insulators used in high voltage transmission, is one of the most important problems for power transmission. It is a very complex problem due to several factors such as the modeling difficulties of complex shapes of the insulators, different pollution density at different regions, non-homogeneous pollution distribution on the insulator surface and unknown effect of humidity on the pollution. In the literature, some static and dynamic models were developed by making some assumptions and omissions to predict the flashover voltages of polluted insulators. In this study, historical development of insulator modeling was investigated and a dynamic arc model was proposed. For this purpose, scaled shape of a concerned insulator was firstly partitioned into triangular elements, then finite element method (FEM) was implemented and finally potential distribution on the insulator surface, variation of pollution resistance and flashover voltage were determined. The computed flashover voltage values of the selected string insulator have been compared to results from other research.     

直流输电线路Y型绝缘子串污闪特性研究

开展了用于500 kV线路Y型绝缘子串的人工污秽试验研究，绝缘子染污采用固体层法，试验结果表明，Y型绝缘子串与悬垂串相比，直流污秽闪络电压可提高约9%。在500 kV输电线路上采用Y型绝缘子串时，在不同污区单串采用的绝缘子片数可比单悬垂串略微减少。Y型绝缘子串用于重污秽地区输电线路时，可减小杆塔尺寸，降低工程造价。文章还提出了在不同污秽地区所需要的绝缘子片数，为500 kV直流输电线路设计中采用Y型绝缘子串提供了参考依据。     

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。