直流导线和阀厅金具的电晕起始电压预测

电晕起始电压是高压直流输电工程电晕控制的依据,提出了一种基于电场特征集和支持向量机的起晕电压预测新方法。采用提出的方法预测了负直流导线的起晕电压,将预测值与试验值以及现有方法的计算值进行了对比,证明了所提方法的有效性和优越性。对±660k V换流站阀厅内均压球的起晕电压进行了测量和预测,得到了均压球表面的电晕起始电场强度控制值,通过对比电场有限元数值计算结果,证明了均压球在阀厅运行环境中不会起晕。该方法为高压直流输电工程导线和阀厅金具的电晕起始电压预测提供了一条可能的新途径。     

±800kV特高压换流站阀厅金具防晕设计尺寸研究

起晕场强是阀厅金具电晕控制的重要依据,针对±800 kV特高压换流站阀厅金具防晕设计裕度过大问题,在海拔高度分别为50 m和4300 m的试验室开展了管母线和屏蔽球的起晕电压试验。利用起晕电压试验、Peek公式和Ansys三维电场仿真计算结果,给出了±800 kV阀厅不同类型金具的防晕最小设计尺寸,并在此基础上提出了阀厅金具表面场强控制建议。建议±800 kV阀厅管形金具等效管径不小于150 mm、球形金具等效球径不小于800 mm、边缘倒角曲率半径不小于30 mm。提出±800 kV阀厅金具场强控制原则为:等效直径大于200 mm的管形金具、近似圆柱体或球形金具其起晕场强控制值不大于12 kV/cm,等效直径不大于200 mm的管形金具或近似圆柱体金具其起晕场强控制值不大于18 kV/cm。研究成果为±800 kV阀厅金具的防晕优化设计提供了一定的参考依据,为后续阀厅金具表面场强控制标准制订提供了技术支撑。     

高海拔直流设备可见电晕特性的试验研究

章整理和分析了中国电力科学研究院与云南电力试验研究所有关换流站阀厅内典型屏蔽环和母线的可见电晕试验数据，讨论了不同海拔高度下起始电晕电压的校正方法(如不同海拔高度直流设备起晕电压校正方法和高海拔直流设备屏蔽环及母线起晕电压的海拔校正方法)，认为目前低海拔换流站阀厅使用的电气设备的电晕性能可以满足海拔2000m使用的要求。     

特高压换流变现场局部放电试验的电场计算及起晕校核

为研究特高压换流变压器现场局部放电试验的电晕控制策略,根据哈密南站换流变压器试验布置方式,建立3D模型,选取试验时最高电位进行加载,利用有限元法计算得到不同试验方式下各设备的电场分布云图及最大场强值。并根据经验公式以及阀厅金具球起晕场强试验数据进行了起晕场强校核。计算结果表明,在当前试验方案下,采用的试验设备尺寸均有较大的裕度,满足局部放电试验的电晕控制要求。     

高海拔地区高压直流屏蔽金具电晕特性

随着高压直流屏蔽金具国产化的推进,越来越多的国产金具如屏蔽环等逐渐应用到换流站中,而屏蔽环电晕起始特性随自身尺寸变化规律目前尚不清楚。为研究屏蔽环的电晕特性,依据±500 k V木家换流站和昭通换流站阀厅典型屏蔽环的尺寸,设计了环径分别为600、800、1 000 mm的3组屏蔽环,在昆明南网特高压试验基地(海拔约为2 100 m)开展试验,采用阶梯升压方式对屏蔽环加载电压,通过紫外成像仪判断屏蔽环是否发生电晕,以确定对应的电晕起始电压,并根据试验布置建立3D电场仿真模型,采用有限元数值仿真方法,计算出各屏蔽环对应的电晕起始场强。通过对屏蔽环电晕特性的分析研究得出屏蔽环电晕起始电压与场强随环径、管径的变化趋势,并给出各典型尺寸屏蔽环在高海拔地区的电晕起始控制场强,其中最小的起晕场强控制值21k V/cm,这为实际工程提供了校核参考数据,并为屏蔽金具的国产化设计和选型提供参考。     

负直流电压下棒板间隙起晕电压计算方法

电晕放电是高压输电工程设计和运行中面临的突出问题。针对空气间隙,基于流注放电理论,以自持放电为判据,建立了考虑海拔温度影响的负直流电晕起始电压的光电离模型,并阐明了判据中各个参数的物理意义。提出一种基于臭氧检测原理的起晕电压检测试验方法,获得短间隙下棒板间隙不同电极尺寸的负直流起晕电压。在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室(海拔2 100 m)测得负直流电压下阀厅金具试品的起晕电压。将两次试验数据以及文献中获取的试验数据分别与模型计算结果对比,发现两者在相同条件下的差异很小。文中提出的起晕电压预测方法有望为高压直流阀厅金具的电晕控制及设计提供有效的依据。     

交直流复合电压下的稍不均匀场高压电极起晕特性

为研究复合电压下阀内部屏蔽罩电极的起晕电压特性,搭建了用稍不均匀电场电极缩尺模拟阀用屏蔽罩电极,并搭建了复合电压电极电晕放电平台,基于紫外成像技术研究了稍不均匀场中阀用屏蔽罩电极缩尺模型的紫外光子数特性及起晕电压特性,并获得了不同电极尺寸下的起晕电压的变化规律。在此基础上,利用有限元方法对不同交直流配比下,电晕起始电场强度分布进行了仿真。通过分析可以得到:气隙间距在0~10 cm范围内,在固定直流改变交流的复合升压方式下,随着正直流分量的增加,电极所加交流分量会逐渐降低,若认为起晕时交直流分量直接线性叠加得到的电压为起晕电压,则起晕电压值会随正直流分量的增加呈现先增加后降低的趋势,存在一组交流和直流电压配比,使得复合电压作用下电极的起晕电压达到峰值,数值可达65 k V左右。该研究可以为换流阀内电极结构的绝缘优化设计提供参考。     

非均匀电场中气固混和体直流电晕特性研究

实验研究了非均匀电场中流化床状态气固混和体的直流电晕特性 ,观察了Al2 O3 气固混和体和聚丙烯气固混和体在不同极性、不同电压下的电晕波形。关于电压极性、占空比以及间隙距离对两种气固混和体起晕电压影响的实验发现 ,起晕电压随占空比增加而降低 ;正极性下Al2 O3 气固混和体的起晕电压比聚丙烯气固混和体低 ,而负极性下则相反     

特高压换流站大尺寸典型电极起晕特性的仿真与试验

为确保特高压换流站均压屏蔽装置设计合理可靠,提出用于一种分析复杂电场环境下大尺寸典型电极起晕特性的三维仿真计算方法,并开展大尺寸球、环电极电晕试验进行试验验证。试验结果表明,所提出的计算方法能够有效计算特高压换流站大尺寸典型电极表面起晕电场强度,预测值与试验值的相对误差范围在-2.6%～3.4%之间。该文分析并验证了均压环等效半径经验公式,获得该公式适用的均压环管径与环径范围。研究成果可为大尺寸电极起晕电场强度预测、换流站均压屏蔽金具设计提供参考和依据。     

湿度对负极性直流导线起晕电压和离子流场的影响

为了研究湿度对负极性直流导线起晕电压和离子流场的影响,在温湿度可控的人工气候室内,使用直径1 mm、3 mm和5 mm的光滑不锈钢导线,搭建了同轴圆柱电晕放电实验平台。实验同时测量了电晕笼壁处的电场强度和离子流密度。实验结果表明：随着相对湿度增加,直径1 mm导线起晕电压整体呈先上升后下降趋势;直径3 mm和5 mm导线起晕电压整体呈上升趋势。离子流密度随相对湿度的增加而降低;电场强度随相对湿度的增加呈先减小后增大的趋势。     

±800 kV管母线的电晕起始特性研究

目前我国向家坝-上海±800 kV特高压直流输电工程正在紧张的设计和建设中,作者拟通过试验和仿真计算对±800kV直流工程用管母线的直流起晕特性进行系统研究。首先在北京、西宁和拉萨3地进行了多种直径模拟管母线的可见电晕对比试验,然后利用模拟电荷法对不同直径管母线表面电场分布进行仿真计算,并结合气体放电理论得到管母线负极性电晕的起晕电压。将试验数据和仿真结果进行对比,两者较为吻合。且由试验和仿真数据均可看出,母线起晕电压随着对地高度和母线直径呈线性变化关系;仿真计算还表明,随着对地高度和母线直径的进一步增加,母线起晕电压呈现出饱和的趋势。文中还针对海拔对管母线起晕电压的影响进行了讨论,给出了工程适用的海拔校正方法。     

基于臭氧检测法的电晕起始电压测量方法

起晕电压测量是金具电晕特性研究的一个重要方面,为了实现起晕电压的准确测量,结合理论分析与实验验证提出了一种基于臭氧检测的起晕电压测量方法。通过对电晕过程中臭氧产生的化学机理分析,论证了该方法的可行性,并从激发能量和干扰因素等方面将臭氧检测法与紫外光检测法进行了对比。通过搭建相应平台,采用臭氧检测的方法测量了2种尺寸的棒电极在棒-板间隙结构下的负极性起晕电压。结果表明:臭氧检测法切实可行,且具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点;采用臭氧检测的测量结果同预测精度较高的光电离模型预测结果一致,证明了测量方法的有效性。所提出的方法可用于实验室中小尺寸电极起晕电压的准确测量。     

交直流复合电压下棒-板电极起晕电压实验分析

为了获得复合电压作用下电极的起晕特性,在室内搭建了复合电压下无锈棒-板电极起晕特性实验平台,采用串联的复合加压方式,即一个电极上施加直流电压,另一个电极上施加交流电压,以紫外光子计数的突变作为电晕起始判据,获得了直流和交流复合电压下的电极起晕特性。同时对比了不同直流电压极性、电极加压方式和不同复合电压升压方式下电极起晕电压的特点,探究复合电压下棒电极半径和棒板间隙对电极起晕电压的影响。实验结果表明:在相同的大气条件及电极布置下,由于空间电荷影响,棒电极正直流、板电极交流加压方式下的起晕电压比棒电极交流、板电极正直流加压方式下的起晕电压高;在棒-板气隙间距0~5cm范围内,定直变交复合升压方式下,交直流分量有效值叠加后的起晕电压随着直流分量的增加而升高,定交变直方式下,该值随着交流分量的增加而下降,且交直流分量间互为线性关系。本文的研究成果可以为进一步研究复合电压作用下电极的电晕机理及起晕电压的准确预测奠定坚实基础。     

重复方波极性对聚酰亚胺耐电晕性能影响研究

利用极性可控的重复方波发生器,在具有6 kV峰峰电压、150 ns上升时间和下降时间、50%占空比的重复方波电压下,研究了正、负极性和双极性重复方波对聚酰亚胺耐电晕性能的影响。结果表明:重复方波极性对聚酰亚胺耐电晕和局部放电统计特性无显著影响,但对测试结果的分散性影响明显。不同电压下的耐电晕寿命和局部放电幅值的分散性由大到小依次为正极性、负极性和双极性。结合重复方波电压下大量局部放电统计数据,认为放电产生并建立起表面电荷积累后,极性反转瞬间的阶跃电压幅值是影响放电幅值和电晕破坏过程的主要因素。根据研究结果,采用双极性的重复方波电压执行变频电机绝缘耐电晕性能测试,有益于减小数据分散性,得到绝缘耐电晕性能的客观判据。     

空气湿度对导线电晕起始电压的影响

我国特高压工程中,输电线路要经过山地、湖泊等高湿度地区,空气湿度对架空输电线路电晕放电有较大影响。为研究湿度对导线电晕放电的影响,利用同轴线-筒电极研究了不同大气湿度对交流以及直流正负极性电晕起始电压的影响规律。试验结果表明:湿度对直流正极性电晕起始电压影响较小,而对直流负极性以及交流电压电晕起始电压影响较大:在相对湿度达50%～60%时,直流负极性与交流起晕电压最高。分析认为,空气湿度对空间电荷分布的影响以及湿度对导线表面状态的影响是导致起晕电压变化的主要因素。     

特高压直流输电设备电晕特性的海拔校正

我国有多条超/特高压直流输电工程途经高海拔地区。随着海拔高度的增加,设备的电晕特性也变得更为复杂。为了得到不同种类直流设备起晕电压的海拔校正方法,在>2000 m的多个海拔高度下进行了±800 kV输电工程用典型直流设备的可见电晕试验,并在电晕笼中进行了不同气压下光滑铜管和LGJ-240绞线的模拟对比试验。通过试验得到了各海拔高度下不同设备的起晕电压值。试验结果表明,海拔高度对不同设备的起晕电压影响不同,对屏蔽环起晕电压的影响要小于管母线和导线,因此对不同的设备应采取不同的海拔校正。通过对试验结果进行拟合,得到了线性和指数形式的设备电晕海拔校正公式,据此推荐出实际工程用的海拔校正公式。     

特高压电晕笼直流分裂导线正极性电晕起始特性分析

为了研究特高压电晕笼分裂导线正极性电晕起始特性,应用模拟电荷法计算绞线的表面电场,采用一次镜像,最外层的每一股铝线用8个模拟电荷代替,依据极不均匀电场下电晕自持判据以及光电子二次发射过程,计算特高压电晕笼绞线的起始电压。应用特高压电晕笼进行了单根钢芯铝绞线(LGJ)900-75导线,6*LGJ900-75(分裂间距450),8*LGJ400-35(分裂间距400)导线干燥和降雨率分别为2.4mm/h,20mm/h,30mm/h条件下的电晕损失试验研究。通过切线法得到了三种形式导线干燥情况下的起晕电压,计算和试验起晕电压的对比分析说明计算模型可以应用于计算特高压电晕笼直流导线正极性的起晕电压,在此基础上进一步的分析计算表明:特高压电晕笼导线正极性电晕起始电压随着分裂数的增加而增加,随着分裂间距的增加而降低,随着子导线半径的增大而增大;淋雨条件下的表面粗糙度,随着降雨率的增加而降低,同时呈现出饱和的趋势。     

电除尘器节能和抑制反电晕极配形式的试验研究

目前，利用电除尘器节能降耗和削弱反电晕的途径和措施有很多种，而通过设置电晕屏蔽管来抑制电晕电流就是其中的一种。试验是在实验室条件下，以平板为收尘极，分别测定带有电晕屏蔽管的RS管状芒刺线和鱼骨针线的起晕电压、击穿电压、伏安特性曲线和板电流密度，进而选择合适的板线极配形式和电晕屏蔽管，以达到节能和抑制反电晕的目的。     

空气温度对电晕笼中导线直流电晕特性的影响

为研究空气温度对导线直流电晕特性的影响,建立了导线直流电晕特性测试系统,定义了导线的起晕电压,在人工气候室内,测量了不同空气温度下电晕笼中导线的起晕电压、电晕电流、可听噪声水平等特征量,获得了空气温度对导线电晕特性的影响规律。试验结果表明:导线的起晕电压随空气温度的升高大致呈线性下降趋势;导线电晕电流在起晕后随空气温度的升高大致呈线性上升趋势;负极性导线电晕可听噪声水平随空气温度的升高而上升,且电压越高上升幅度越大;由于赫姆斯坦辉光过程的存在,正极性导线电晕可听噪声水平的空气温度修正系数在不同的电压时有不同的表现,并据此对我国特高压直流输电线路的工程设计提出了建议。     

基于小电晕笼的高海拔电晕损失测量系统的研究

为了研究不同海拔高度下导线起晕电压特性,应用小电晕笼,结合光纤传输技术,基于虚拟仪器技术,研制出一套光纤数字化高海拔电晕损失测量系统。在试验过程中,通过逐渐升高电压使试验导线起晕,应用该系统对其电晕损失进行测量。可以通过在不同的海拔点测量几种导线的电晕损失,作为不同海拔高度导线起晕电压的判断依据,进行导线起晕电压海拔修正方面的研究。试验结果表明,研制的小电晕笼电晕损失测量系统是准确可行的,同时由于中国交流特高压建设途经高海拔地区的特点,也可以考虑应用该系统进一步研究不同气压、温度、湿度等因素对导线电晕损失值的影响,为中国交流特高压输电线路电晕损失规律的进一步研究打下基础。