正直流电晕流注脉冲特性随气压湿度变化的研究

电晕是输电线路设计和运行中面临的重要问题之一,通过实验测量和模拟计算,得到了不同气压湿度下的正直流电晕流注脉冲特性;流注放电存在的电压区间随着气压和湿度的升高而增大,实验测量和利用流体模型计算得到的流注脉冲幅值均随着气压降低、湿度升高而减小;利用流注通道中电子密度的变化对这一现象进行了分析。     

正直流电晕流注脉冲特性随气压湿度变化的研究

电晕是输电线路设计和运行中面临的重要问题之一,通过实验测量和模拟计算,得到了不同气压湿度下的正直流电晕流注脉冲特性;流注放电存在的电压区间随着气压和湿度的升高而增大,实验测量和利用流体模型计算得到的流注脉冲幅值均随着气压降低、湿度升高而减小;利用流注通道中电子密度的变化对这一现象进行了分析。     

气压与湿度对绝缘介质表面流注发展特性影响的试验研究

目前,正在建设和规划的特高压线路大多将经过高海拔地区,沿线复杂的气象条件(气压、湿度)将使输电线路及电力设备的绝缘状况面临严峻的考验。因此,有必要重点研究气压、湿度变化对绝缘介质沿面闪络特性的影响,为特高压输电线路的绝缘设计提供理论依据。通过研究流注放电特性,从放电机制上探讨环境因素(气压、湿度)对沿面闪络特性的影响。在"三电极"结构中,利用光电倍增管测量了不同气压、湿度条件下绝缘介质表面流注传播特性。试验结果表明:流注稳定传播场强分别与气压、湿度成正比例关系;在相同的电场强度下,流注平均传播速度、流注头部发光强度都分别与气压、湿度成反比例关系。因此,流注在低气压、低湿度情况下容易发展,流注稳定传播场强较小,相同电场强度下,流注平均传播速度、流注头部发光强度较大。     

气压和湿度对正直流电晕流注脉冲特性的影响

电晕是输电线路设计和运行中面临的重要问题之一。为此,测量了不同气压和湿度下的正直流电晕流注脉冲幅值和脉冲重复频率,实验结果与利用流体模型计算得到的波形随气压和湿度的变化规律一致。流注脉冲电流平均幅值Im随气压的降低和湿度的增大而减小。随着气压降低,流注头部电离减弱,使得注入流注通道的平均电子密度下降,流注通道内场强平均值E的降低是导致脉冲电流幅值下降的主要原因。随着湿度升高,流注头部电离减弱,使得注入流注通道的平均电子密度下降,流注通道内电导率λ的降低是导致脉冲电流幅值下降的主要原因。低湿度下,正直流流注电晕放电容易转化为辉光电晕,高湿度下,在较宽的电压范围内一直存在流注放电,流注脉冲平均频率随湿度升高显著增大。负离子解离产生自由电子的速率随湿度升高而减小,使得自由电子出现时,正离子已迁移到距离阳极较远的地方,是流注放电可以形成及流注脉冲重复频率随着湿度升高而增大的重要原因。     

负直流电晕流注脉冲特性随气压和湿度变化的规律

为得到负直流电晕流注脉冲特性随着气压和湿度变化的规律,建立考虑气压和湿度影响的流体模型,分别利用通量校正运移算法和分块方法求解了1维连续性方程和2维泊松方程。在人工气候罐中,利用棒–板电极,测量不同气压和湿度下的负直流电晕脉冲幅值和重复频率。计算和实验结果表明:特里切尔脉冲平均幅值及分散度随气压和湿度增大而减小。随着气压降低,电子密度增大,电导率升高,电流幅值增大。随着湿度升高,复合和附着作用增强,电子密度减小,电导率降低,电流幅值减小;同时,流注通道中包含的负离子数目减少,对阴极附近场强的影响减弱,使得阴极附近电场在负离子电荷迁移距离较短的情况下便满足新的特里切尔脉冲放电的要求,脉冲的重复频率增大。     

正直流电晕特性随气压和湿度变化的研究

电晕是输电线路设计和运行中面临的重要问题之一。文中通过实验测量和模拟计算，得到了不同气压湿度下的正直流电晕起始电压和电晕离子电流。计算结果和实验结果吻合较好。电晕起始电压随气压下降、湿度升高而减小，其主要原因分别为有效电离系数增大导致的电离区域的扩大和高场强区域内碰撞电离能力的增强。当直流电压和电晕起始电压的比值一定时，电晕离子电流也随气压下降、湿度升高而减小。电晕离子电流和直流电压、电晕起始电压关系式中的系数C随湿度升高而减小。当气压降低，C随湿度下降的斜率增大。湿度一定时，C和相对空气密度近似成反比。正离子迁移率是影响C变化的主要因素。     

低气压下流注放电特性的研究

流注的产生和传播是空气间隙击穿中一个重要的物理过程,研究低气压下流注的产生和传播过程有助于理解空气间隙的击穿放电,对高海拔地区输电线路及输变电设备的设计和运行有着重要的意义。在可调节气压湿度的有机玻璃罐中,利用“三电极”结构,应用光电倍增管测量了不同气压湿度下,流注传播概率和平均传播速度随平板间电场强度的变化。通过数据拟合得到了流注稳态传播电场和相对空气密度以及湿度之间的经验公式。建立流体模型,对流注传播的动力学特性进行了仿真计算,得到的流注稳态传播电场及平均传播速度和实验测量得到的结果吻合得很好。结果表明：流注的传播场强随湿度、气压的增大而增大;在相同的电场强度下,流注平均传播速度随湿度、气压的增大而减小。利用仿真计算模型计算得到流注传播过程中的各个参数,分析了流注传播动力学特性随气压湿度变化的机制。     

不同湿度下空气的流注放电特性

目前流注放电过程的相关研究主要是针对氮气和空气流注放电过程进行的数值模拟研究。实际的输变电工程间隙的空气中不可避免含有一定量水分子,为研究湿度对空气中的流注放电过程的影响,采用流体模型仿真了干燥空气和分别含80 Pa、400 Pa、1 867 Pa水蒸气的空气的双向流注传播过程,光电离作为源项加在流体模型上。水蒸气对光电离的影响主要有2方面:一是吸收函数;二是发射光强。仿真结果表明:不同空气湿度下正、负流注头部电子数密度均为1.6×1014 cm-3和0.7×1014 cm-3,平均传播速度均约为1.5×108 cm/s,流注头部半径约为0.4 mm;不同空气湿度下,若光电离强度均达到1021 cm-3·s-1量级能够提供足够多的种子电子,则湿度对流注传播特性影响不大,其主要原因是不同湿度下的电子输运系数和反应系数差别很小。     

伞裙结构对绝缘子表面流注发展特性的影响

绝缘子伞裙结构的设计要考虑诸多影响因素,合理的设计绝缘子的伞裙结构可以提高沿面闪络电压,保证输电线路供电的可靠性。研究了伞裙结构对沿面预放电(流注放电)特性的影响,从如何抑制沿面流注放电的角度探讨了绝缘子伞裙结构的设计。从沿面流注放电的试验结果发现:光滑圆柱绝缘子表面流注拥有两个分量,即"沿面分量"和"空气分量",而带伞裙的绝缘子表面流注"沿面分量"不能越过伞裙传播到达上极板,只有"空气分量"可以到达上极板。此外,带伞裙绝缘子表面流注稳定传播场强大于光滑绝缘子表面流注稳定传播场强。沿面流注稳定传播场强与伞裙直径成正比,而相同电场下的流注传播速度则和伞裙直径成反比。伞裙位置对流注传播特性也有很大影响,在一定距离范围内,伞裙越靠近流注起始位置,流注传播越困难。     

绝缘介质表面流注发展特性的机理研究

绝缘介质表面流注的发展是沿面闪络中的重要的物理过程,研究绝缘介质表面流注的发展特性有助于揭示沿面闪络的机理,对输电线路及电力设备的绝缘设计有着重要的意义。在“三电极”结构中,利用光电倍增管测量不同绝缘介质表面流注传播概率和传播速度随平板间电场强度的变化规律：绝缘介质表面流注传播所需的稳定传播场强大于流注在空气间隙中稳定传播的场强;同时,在高场强下,绝缘介质表面流注拥有“沿面分量”和“空气分量”2个分量,而流注在空气间隙中传播时不存在“沿面分量”,只有“空气分量”。此外,不同绝缘介质表面流注稳定传播场强和传播速度存在差异：沿面流注的稳定传播场强与介质的介电常数成正比;流注的传播速度与介质的介电常数的关系不太明显,主要与介质表面电荷附着效应和光致电子发射效应有关。     

涂抹RTV的绝缘介质表面流注传播特性的研究

近年来RTV涂料广泛应用于输电线路绝缘子上,用来提高绝缘子在污秽状态下的绝缘能力。在长期的运行中,RTV涂层在表面局部放电的作用下将逐步丧失憎水性,绝缘能力也将下降。RTV涂层沿面局部放电将加速RTV涂层的老化,因此,有必要深入研究RTV涂层表面局部放电特性。介质表面局部放电的过程包含电晕放电、流注放电和电弧放电。流注放电是物理过程最复杂的,因此,本文将着重研究RTV涂层的表面流注放电特性。在"三电极"结构中,利用3个光电倍增管测量洁净和涂抹RTV涂料的绝缘介质流注传播特性。发现涂抹RTV涂料的尼龙介质表面流注稳定传播场强增加;相同电场强度下,流注传播速度降低。此外,不同厂家的RTV涂料在流注传播特性上存在差异,有些涂料不利于流注的发展,因此,将造成不同的涂料应用于输电线路时表面局部放电状况也会存在差异。     

Variation of the Dynamics of Positive Streamer with Pressure and Humidity in Air

The dynamics of positive streamer in air under different pressure and humidity conditions was studied. The widely used three-electrode system was used to obtain the streamer propagation probability and average propagation velocity as a function of background field. A simulation was performed based on the 1.5D fluid model. Simulated intrinsic stability field for streamer propagation and corresponding average propagation velocity were in agreement with those deriving from experimental results. The intrinsic stability fields obtained with the empirical equations proposed by the author and other investigators were compared. It was analyzed that the effect of the amplitude and duration of voltage pulse applied on the needle. The statistical distribution of propagation field was explained by the dispersion of discharge time delay. The decrease of intrinsic stability field with the reduction of pressure and/or humidity was due to the increase of the conductivity of the streamer channel as a result of the weakening of attachment and/or electron-ion recombination effect.