真空中绝缘子表面电荷分布的测量

介绍静电场探头测量电介质表面电荷的原理 ,并研制了一套在线测量真空中绝缘子表面电荷分布的测量系统 ,经校验和实用表明它线性特性很好 ,完全满足真空中绝缘子表面带电测量的要求 ,还能研究通常情况下绝缘材料 (器件 )的表面带电状况。     

GIS中绝缘子表面电荷积聚的观测与分析

在高电压绝缘研究领域,绝缘子表面电荷的测量属于静电测量的范畴,不能用常规的仪器仪表进行测量,特别是在真空或SF6气体等特殊环境中。为了能准确地反映绝缘子表面的带电情况,采用反馈式静电计及其相应的静电探头,对积聚在绝缘子表面的电荷进行了研究,发现电荷量随着施加电压幅值的不同而不同。利用有限元分析软件对相同结构的绝缘子进行了电场计算,与测量结果对比分析表明,绝缘子表面的法向场强分量是气-固交界面处引起表面电荷积聚的根本原因。     

带电复合绝缘子积污特性的对比观测

复合绝缘带电是否会对绝缘子盐密(ESDD)和灰密(NSDD)值产生影响关系到电力系统污秽复合外绝缘配置,开展带电复合绝缘子与不带电复合绝缘子积污对比观测有助于研究复合绝缘子带电与不带电运行积污规律。为此,选择深圳地区22处代表性的输电杆塔上进行带电与不带电复合绝缘子挂样观测,测量了积污期为2a的复合绝缘子盐密、灰密和灰密盐密比,对比了带电与不带电复合绝缘子上表面、下表面与单片均值积污规律的差别。结果表明:带电与否对复合绝缘子上表面盐密基本无影响,下表面盐密值约增加0.3倍,片均值约增加0.1倍;带电复合绝缘子盐密片均值与不带电复合绝缘子上、下表面盐密值有较好的线性关系;带电运行对复合绝缘子灰密值有影响,带电有利于不溶灰份的积累,上表面灰密增加0.4倍,下表面增加约0.7倍,片均值增加约0.5倍。带电绝缘子的灰密盐密比更大。带电复合绝缘子积污特性的对比观测数据为实验室开展复合绝缘子污闪试验工况及现场外绝缘配置考虑带电因素提供了基础数据。     

真空中绝缘子沿面预闪络现象的研究

真空中绝缘子沿面闪络现象是制约真空系统电绝缘性能的一个重要因素。通过实时观察冲击电压作用下真空中绝缘子上的冲击电压波形,以及相应的冲击电流和绝缘子表面的发光信号,并在线测量真空中绝缘子的表面电荷分布,研究了高纯度Al2O3陶瓷绝缘子在真空中的沿面预闪络现象。研究结果表明,绝缘子预闪络现象与施加冲击电压的大小、施加次数等有关,同时,沿面预闪络现象也与表面电荷分布有关,根据试验结果提出了一种关于绝缘子预闪络现象的模型,该模型能够较好的用来解释真空中绝缘子沿面预闪络现象以及沿面闪络发展过程。     

绝缘子污秽成分分析与清洗剂去污机理研究

为深入了解高压绝缘子污秽的组成和带电清洗剂对高压绝缘子表面污秽的去除机理,对高压绝缘子表面污秽进行了扫描电镜、红外光谱、x-射线衍射、x-射线荧光光谱和离子色谱分析,用接触角法研究了污秽粘附于绝缘子表面的作用力,测定了带电清洗剂和高压绝缘子的表面张力(γ);通过杨氏和表面能方程,分别计算出粘附功Wa、铺展系数Sw/s和浸湿功Wi。研究结果表明,污秽与绝缘子表面之间为van der Waals引力,无氢键形成。带电清洗剂表面张力较小,Wa>Wi>Sw/s≥0,表明带电清洗剂能在被污染的绝缘子表面自发浸湿和铺展。在带电清洗剂的作用下,减小了污秽与绝缘子表面的van der Waals结合力,使污秽从绝缘子表面脱附下来。该研究对开发新的绝缘子带电清洗剂提供了实验与理论依据。     

哈郑特高压直流负极线路上U70BL型绝缘子自然积污规律EI北大核心CSCD

为了研究哈密—郑州±800 k V特高压直流(UHVDC)负极线路绝缘子的自然积污规律,在该线路河南段上选取了8基杆塔,在每基杆塔上的负极线路悬垂联板下方悬挂标准型悬式瓷绝缘子U70BL(原XP-70型绝缘子),并在相同高度悬挂不带电绝缘子串。经过冬季采暖期的积污后,测试并分析所有试验绝缘子上、下表面的盐密(ESDD)和灰密(NSDD)。结果表明,负极线路上的试验绝缘子表面灰密大于盐密,整体平均灰盐比为3.06。其上表面盐密约为下表面盐密的0.27倍,上表面灰密约为下表面灰密的0.58倍。负极线路上的带电绝缘子与不带电绝缘子的平均盐密比(带电积污系数)为1.26;而带电与不带电绝缘子上表面平均灰密比为0.82,下表面平均灰密比约为1,即±800 k V特高压直流负极线路绝缘子与不带电绝缘子的下表面灰密无明显差异。     

真空中绝缘子闪络前表面带电现象的仿真研究

真空中绝缘子发生沿面闪络之前存在绝缘子表面的带电现象,该现象对闪络的发展具有重要影响,到目前为止对该现象进行实时测量还存在很大的难度。基于二次电子发射雪崩(secondary electron emission avalanche,SEEA)模型,利用Monte Carlo法研究了真空中圆柱型和圆台型绝缘子在闪络前表面电荷密度的二维分布。仿真中采用了氧化铝陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等不同绝缘材料。考察了绝缘材料、施加电压以及圆锥绝缘子不同锥角对表面电荷密度和分布的影响。仿真结果表明,在靠近阴极处的绝缘子表面存在小区域的负电荷区,而后变为较大区域的正电荷区;二次电子发射系数较小的绝缘子表面的正电荷密度较小;随外施电压升高,负电荷的密度及区域减小,而正电荷的密度及区域增大,且正电荷区域的峰值向靠近阴极方向移动;圆台绝缘子的锥角为负时其表面正电荷密度大于锥角为正时的情况,当锥角在-22.5°~-30°之间时表面正电荷密度达到最大,而此时对应的闪络电压最低。仿真结果与实验结果有较好的对应关系。     

哈郑特高压直流负极线路上U70BL型绝缘子自然积污规律

为了研究哈密—郑州±800 k V特高压直流(UHVDC)负极线路绝缘子的自然积污规律,在该线路河南段上选取了8基杆塔,在每基杆塔上的负极线路悬垂联板下方悬挂标准型悬式瓷绝缘子U70BL(原XP-70型绝缘子),并在相同高度悬挂不带电绝缘子串。经过冬季采暖期的积污后,测试并分析所有试验绝缘子上、下表面的盐密(ESDD)和灰密(NSDD)。结果表明,负极线路上的试验绝缘子表面灰密大于盐密,整体平均灰盐比为3.06。其上表面盐密约为下表面盐密的0.27倍,上表面灰密约为下表面灰密的0.58倍。负极线路上的带电绝缘子与不带电绝缘子的平均盐密比(带电积污系数)为1.26;而带电与不带电绝缘子上表面平均灰密比为0.82,下表面平均灰密比约为1,即±800 k V特高压直流负极线路绝缘子与不带电绝缘子的下表面灰密无明显差异。     

绝缘子串自然染污规律的研究

为弄清污秽在绝缘子串上的分布情况，对挂网运行的５００ｋＶ和２２０ｋＶ线路用悬挂式绝缘子逐片进行了等值盐密测量。研究结果表明，输电线路用悬挂式绝缘子串中，每片绝缘子的污染程度是随机的；在城区或地面扬尘较大的地方，悬挂高度在１５～３０ｍ的绝缘子串表面的污染程度差别不大；在相同的环境条件下，绝缘子串带电与不带电的积污不同，二者盐密的比值服从统计规律。     

深圳地区支柱绝缘子自然积污特性

为研究变电站支柱绝缘子自然积污特性,在深圳地区选取了37处有代表性的变电站自然积污观测点,测量了观测点处模拟防污型、模拟普通型和带电支柱绝缘子的等值附盐密度和附灰密度,对比了支柱绝缘子积污规律的差别。结果表明:模拟防污型支柱绝缘子盐密值和灰密值都大于模拟普通型支柱绝缘子,2者上表面盐密值之比约为2.4,下表面盐密值之比约为1.2,2支绝缘子盐密均值之比约为2;2者上表面灰密值之比约为3.5,下表面灰密值都较小,2支绝缘子灰密均值之比约为2.7;支柱绝缘子上表面积污普遍重于下表面,防污型上下表面灰密比10倍、盐密比约为4;普通型上下表面灰密比约为3.5、盐密值比约为2;防污支柱绝缘子带电下的盐密和灰密明显大于模拟情况下,2者盐密之比和灰密之比均约为1.9。因此,污秽外绝缘配置选择防污型支柱绝缘子时应注意到积污特性与普通支柱绝缘子的明显差异,及是否带电对积污特性的影响。     

交流电场对覆冰水冻结过程中导电离子迁移的影响

鉴于冰层电导率分布对于绝缘子闪络的重要性,文中着重从以下方面进行研究:电场对水滴冻结过程的影响、电场强度对导电离子迁移的影响。通过对带电覆冰绝缘子冰层融冰水电导率的测量,进而分析讨论绝缘子表面冰层和冰棱中电导率的空间分布。结果表明:水滴的平均冻结时间跟电场强度有关系。电场强度越大,覆冰水冻结过程中导电离子迁移程度越小。绝缘子表面冰层融冰水电导率与融冰时间成非线性递减关系。绝缘子在串中的悬挂位置对其冰层最大融冰水电导率有明显影响。带电覆冰条件下,冰层和冰棱的最大融冰水电导率要低于不带电覆冰条件下的对应值。综上所述,交流电场对覆冰水中导电离子迁移的影响较为明显。因此,该研究为进一步完善绝缘子覆冰闪络模型提供参考。     

支柱瓷绝缘子表面缺陷振动声学法检测的研究

阐述了支柱瓷绝缘子带电和非带电检测方法及其原理,并就其对表面缺陷的检测效果进行了对比分析,指出采用超声相控阵检测表面缺陷为目前非带电检测时的最佳选择。分析了表面缺陷对支柱瓷绝缘子纵向振动模式下固有频率的影响程度,探讨了该检测方法对支柱瓷绝缘子特定缺陷进行检测的可行性。     

±500kV高肇直流线路绝缘子积污特性对比分析

为分析不同结构绝缘子在华南地区直流输电线路使用后的积污情况,在±500 kV高肇直流线路经过广东省内的轻污秽区,设置污秽测量点,对带电运行1～3 a后的不同伞形结构(三伞型和钟罩型)直流线路绝缘子的污秽度进行了测量。测量结果表明:在相似的运行环境中,三伞型绝缘子的积污程度轻于钟罩型绝缘子;耐张串绝缘子的积污程度轻于直线串绝缘子;绝缘子表面积污多年期积高于1 a期。此外,雨水对绝缘子表面污秽具有清洁作用。研究成果有助于分析广东地区(甚至整个华南地区)直流线路绝缘子的积污规律,为直流输电线污秽外绝缘的设计和绝缘子的使用提供依据。     

不带电绝缘子和带电绝缘子积污程度的对比实验

在开展防止污闪的工作中，对污秽区的绝缘子表面的污秽程度进行预测，以达到污闪前的报警作用，这是运行维护部门十分关心的问题。现论述了不带电绝子与带电绝缘子的对比的积污方法，以及通过大量的试验数据分析了两者积污比值的关系，最后得出；带电绝缘子的积程度是不带电绝缘子的１．１倍关系，进而阐述了利用不带绝绝子来监测带电运行绝缘子的可行性。     

电场对冰水相变过程晶释效应的影响

覆冰水电导率会影响冰表面水膜电导率,进而影响覆冰绝缘子的电气特性。但是,对于电导率的空间分布缺乏研究。为此在低温、低气压气候室对3片串XP_4–160瓷绝缘子分别在带电和不带电条件下开展覆冰试验,结合COMSOL Multiphysics软件仿真和水分子极化理论分析了电场对绝缘子覆冰形态的影响。在电场、水分子极化以及局部放电、泄漏电流等因素的综合作用下,绝缘子带电覆冰冰凌长度较短、直径较细且冰凌尖端向绝缘子串轴线弯曲。将完成覆冰后的绝缘子冰层和冰凌分别置于恒温环境中融化,测量其融冰水电导率,结果表明,绝缘子在带电和不带电覆冰条件下,冰层及冰凌融冰水电导率随融冰时间的增加均呈非线性下降;覆冰水电导率越高,晶释效应越明显;受电晕放电、局部电弧及泄漏电流等因素的影响,不带电覆冰时的融冰水电导率高于带电覆冰时的融冰水电导率。     

工作电压下110kV交流绝缘子串覆冰特性研究

绝缘子覆冰严重威胁输电线路的安全运行。国内外已有许多关于绝缘子覆冰闪络导致电力系统故障的报道，对绝缘子覆冰过程及其特性开展深入研究具有重要意义。文中在人工气候室模拟自然覆冰条件，对7片XP-70、XWP-160瓷绝缘子串和FXBW4-110/100合成绝缘子在运行电压（相对地电压64kV）下和不带电情况下的覆冰特性进行了试验研究。分析了带电和不带电对绝缘子覆冰的影响和差异，结果表明：带电与不带电条件下绝缘子覆冰状况有差异，带电覆冰下绝缘子高压端不易被冰棱桥接，绝缘子带电时覆冰密度比不带电时覆冰密度小，且带电时绝缘子表面覆冰多呈松针状。绝缘子覆冰密度与电场强度、绝缘子材料、结构、形状、覆冰水电导率等有关。     

珠三角地区架空线路绝缘子的自然积污特性

绝缘子自然积污特性研究对架空输电线路的外绝缘配置具有重要意义。在一条架空输电线路上安装不同伞形、材质的绝缘子串,测量绝缘子的等值附盐密度(ESDD)和附灰密度(NSDD),分析比较绝缘子自然积污受各种因素的影响程度。研究表明:降雨、风速对绝缘子表面积污有很大影响;绝缘子带电积污量远大于不带电积污量;外伞形绝缘子自洁性能较好,钟罩形次之,深棱形最差;结构高度高的绝缘子,自然积污相对较低;相同条件下,瓷质绝缘子自然积污比玻璃绝缘子低;附灰密度与等值附盐密度具有普遍的正相关趋势。     

棒形悬式瓷绝缘子的覆冰交流闪络特性研究

绝缘子覆冰闪络事故严重危害着输电线路的运行安全。为了研究影响棒形悬式瓷绝缘子覆冰交流闪络特性的因素,文中在人工气候室内对棒形悬式瓷绝缘子进行了带电和不带电的人工覆冰试验以及交流闪络试验,研究了表面覆冰程度、盐密污秽度和覆冰水电导率对绝缘子闪络特性的影响,试验中使用高速摄影机对放电电弧的发展过程进行检测,并用示波器记录泄露电流和闪络电压。结果表明:带电覆冰和不带电覆冰导致绝缘子表面覆冰程度不同,对其冰闪特性具有显著的影响:局部放电的初始位置和电弧的发展过程具有不同的特点而且在电弧发展到完全贯穿绝缘子表面前,在相同的试验电压下带电覆冰绝缘子的泄露电流比不带电覆冰绝缘子的泄漏电流大;棒形悬式瓷绝缘子覆冰闪络电压随盐密污秽度和覆冰水电导率的增大而降低,且相同盐密污秽度下带电覆冰绝缘子的闪络电压高于不带电覆冰绝缘子的闪络电压。研究结果可为为输电线路绝缘子选型以及防冰减灾等,提供试验依据和技术参考。     

±800kV特高压宾金直流悬式及支柱绝缘子自然积污特性EI北大核心CSCD

为研究特高压直流输变电设备外绝缘积污特性,利用特高压直流宾金线和金华换流站设置带电、不带电绝缘子污秽测点,经过1a完整积污后,对试验绝缘子上、下表面盐密(equivalent salt deposit density,ESDD)、灰密(non-soluble deposit density,NSDD)进行了测试、分析,结果表明,特高压直流电场显著加剧高电位绝缘子积污,宾金线带电绝缘子盐密、灰密分别为不带电绝缘子相应值的1.52、1.86倍;金华换流站被测支柱绝缘子高压端盐密、灰密分别是其中部、低压端均值的1.45、1.27倍;电压极性对悬式、支柱绝缘子积污均无显著影响;与站内复合支柱绝缘子相比,悬式绝缘子上、下表面积污差异更为显著。     

基于Kerr效应的绝缘子表面电场在线测量系统

为了有助于快脉冲功率装置中真空绝缘子的正确设计,避免其沿面闪络,研制了1套基于Kerr效应的可以在线测量快脉冲高电压作用下的真空绝缘子表面电场的电光测量系统.该测量系统由基于Marx发生器和脉冲形成线的快脉冲高电压源(100 as,200～350 kV)、基于Nd:YAG倍频脉冲激光器的探测光源(532 nm,8 ns...