基于有限元法的绝缘子污闪动态电弧模型研究

现有电弧发展模型均存在一定的缺陷,且对沿面电弧发展延伸过程进一步建模是深入研究绝缘子污闪机制的前提.对此,基于有限元法对绝缘子污闪动态电弧模型进行改进,利用COMSOL-MATLAB联合建立电弧延伸场路模型,考虑弧根电位、尺寸以及电弧延伸的动态过程,并通过人工污秽试验从动态剩余污层电阻和污闪电压2个参量入手验证该模型的...     

基于电路网络的绝缘子交流污闪动态模型研究

绝缘子污秽闪络动态模型的建立能模拟污闪发展的动态变化过程,有助于深入地理解污秽闪络发展的机制。将电弧用电路网络来等效,建立起基于电路网络的污秽绝缘子交流闪络动态模型。模型中,电弧通道各参数值由电弧周围的电磁场分布以及气体放电理论决定。由于引入了电弧发展速度,模型具有时间特性,各个电路参数需要进行实时循环计算。该污闪动态模型考虑了电弧发展过程中电弧通道对地支路的影响,能更为精确地描述局部电弧发展的实际情况。仿真结果表明：局部电弧的发展过程与实际情况基本一致,得绝缘子污秽闪络动态模型的建立能模拟污闪发展的动态变化过程,有助于深入地理解污秽闪络发展的机制。将电弧用电路网络来等效,建立起基于电路网络的污秽绝缘子交流闪络动态模型。模型中,电弧通道各参数值由电弧周围的电磁场分布以及气体放电理论决定。由于引入了电弧发展速度,模型具有时间特性,各个电路参数需要进行实时循环计算。该污闪动态模型考虑了电弧发展过程中电弧通道对地支路的影响,能更为精确地描述局部电弧发展的实际情况。仿真结果表明：局部电弧的发展过程与实际情况基本一致,得到的临界闪络值较现有交流污秽闪络模型在一定程度上更为精确,这对于深入研究污闪机制具有参考价值。     

绝缘子直流污闪电压计算

在现有污闪机理的基础上,提出一种能反映直流污闪基本特点,并计算绝缘子直流污闪电压的数学模型。这一模型以电弧的发展过程为主要研究对象,关注和描述电弧发展的每一时刻的特征。通过编程计算,用这一模型计算出各型绝缘子的直流污秽闪络电压。和国内外研究者所作的人工污秽绝缘子直流闪络实验数据相比较,计算数据与实验数据的相关性分析表明了模型的有效性。     

污秽悬式绝缘子的交流污闪计算模型

为了更好地研究不同附盐密度绝缘子的污闪过程及预测其污闪电压,选取了普通型LXY-160、钟罩型FC-16P和空气动力型FC-160D为研究对象,求取其按爬电距离展开的平板模型,即绝缘子的泄漏距离对应于平板模型的长,沿绝缘子泄漏距离各点处的圆周长对应平板模型的宽。忽略局部电弧的一些随机性状态,统一认为:导致污闪的局部电弧都是从平板模型两端同时起弧并逐渐相向发展,发展到临界长度时两端同时存在电弧。以此为基础,引入飘弧系数K,推导了剩余污层电阻表达式和双电弧污闪计算模型的临界条件,并编程求解了3个平板模型上、下表面临界电弧长度和临界闪络电压。还制作了3种绝缘子的平板模型进行人工污秽试验,获其50%污闪电压。比较计算结果和试验结果,可见双电弧污闪计算模型能较好地对污闪电压值作出定量估算。轻污时飘弧现象不严重,试验电压点一般介于K=1和K=1.2两条曲线之间;重污时飘弧现象比较严重,试验点主要集中在K=1.2和K=1.5两条曲线之间。     

基于上下表面电弧特性的交流绝缘子污秽闪络电压计算

根据上下湿污表面交流局部电弧特性的差异,建立了交流污闪电压双电弧计算模型。为获得模型参数,测量了三角形玻璃板上下表面的局部电弧,分别获得了上下表面局部电弧的静态伏安特性和重燃条件;利用高速摄像机对局部电弧进行观察,得到了上下表面弧道半径与泄漏电流峰值之间的关系;同时,研究了∏型玻璃板装置闪络过程中局部电弧延伸过程,发现上下表面局部电弧弧长均随泄漏电流峰值线性增加,弧长增量之比与表面盐密有关,由此获得了上下表面弧长之比与表面盐密的关系式。结果表明:该双电弧模型可以较为准确地计算交流绝缘子的污闪电压。     

高压SF6断路器电弧动态模型研究

提出了在二维N-S方程和湍流模型求解基础上的喷口电弧等效电阻网格法，建立了新型电弧动态物理一数学模型，充分考虑了灭弧室内电弧温度、压力等物理因素的影响，气吹对电弧形态的影响以及电弧电流的自适应调整，以反映整个开断过程中电弧的动态变化。并在对高压SR断路器气流场N-S方程和k-ε方程求解研究的基础上，对500kV单断口SF6断路器短路开断情况下，跨音速、可压缩、复杂流路、变边界条件的气流场进行求解，实现了电弧动态变化过程的气动模拟，为进一步研究电弧能量的利用及更有成效地进行高压断路器开断过程的仿真研究奠定基础。     

电弧反射法电缆故障测距中的电弧建模与仿真

准确掌握电缆故障电弧电阻的动态特性对电弧反射法(ARM)电缆故障测距技术研究和设备研制至关重要。为此,在理论推导和大量实验的基础上分析了ARM故障测距时电缆故障电弧的特性,建立了可以模拟ARM方式下电缆故障的通用的Mayr电弧模型,对故障电弧电阻的变化规律进行仿真计算。实验结果表明,电弧电阻仿真计算的平均相对误差不大于12%,最大相对误差不大于29%,满足ARM测距仿真要求,说明了模型的正确性。     

航空交流故障电弧损伤模型的研究

在分析电弧总能量模型的基础上,建立了电弧损伤模型。通过建立SAEAS5692—2007中的电弧测试试验,获取了三相115 V、400 Hz并行电弧损伤数据,与模型结果进行了对比分析。总结了模型的主要优缺点,为确定电气线路互联系统分离距离和系统安全性评估奠定了理论基础。     

绝缘子交流污闪时Hampton判据适用性的分析

为了提高Obenaus模型预测污闪电压的准确性,建立了Obenaus交流污闪模型,模型中用Hampton判据或全范围搜索法获得绝缘子的临界弧长。研究发现交流时根据Hampton判据预测的污闪电压与模型的实际污闪电压存在偏差,与人工污秽试验结果的比较也表明较之全范围搜索法Hampton判据预测的污闪电压有更大的误差。在此基础上分析了电弧参数A、n、附盐密度、泄漏距离L、平均直径对误差的影响。研究结果表明:计算剩余污层电阻时无论是否考虑弧根半径的影响,交流下Hampton判据导致的误差远大于直流情况;交流时Hampton判据预测的污闪电压偏低,一般要偏小30%左右,随电弧参数A、n、附盐密度、泄漏距离、平均直径的增加相对误差减少;将L/(n+1)作为临界弧长的污闪电压计算方法在电弧参数n较小时误差稍大,否则误差均保持较小值。无论是否考虑弧根半径的影响,欲在不同情况下都能获得模型准确的污闪电压值,应在0～L范围内搜索临界弧长。     

绝缘子有憎水性时的交流污闪模型分析

为了分析外绝缘表面硅橡胶有憎水性时的交流污闪电压,根据憎水性情况下污闪的机理建立了交流污闪模型。分析了水带的截面积、水电导率、电弧数量、泄漏距离、空气中弧长、电弧参数A、n、电弧恢复条件等因素对具有憎水性绝缘子交流污闪电压的影响。结果表明,随着水带截面积和水电导率的增加闪络电压成指数规律下降,随电弧数量、泄漏距离的增加闪络电压线性增大,闪络电压与泄漏距离比值不随泄漏距离的变化而变化,随空气中弧长比例的增加闪络电压略有减少,随电弧参数A、n的增加闪络电压增大,电弧恢复条件对闪络电压有明显影响。所得结果对憎水性时污闪模型的研究具有一定的参考意义。     

覆冰绝缘子的交流放电机理研究

本文根据在重庆大学人工气候室中作的模拟研究的结果,对覆冰绝缘子的交流沿面放电过程进行了系统的描述,得出了绝缘子串的电压分布规律和泄漏电流的变化过程,并结合圆柱形绝缘子的覆冰放电现象和泄漏电流波形,对覆冰绝缘子的交流放电机理进行了探讨。     

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。     

瓷和玻璃绝缘子人工污秽交流闪络特性比较

人工污秽绝缘子的闪络电压、污闪电压梯度和有效爬电系数均与其材质和型式有关,国内虽对污闪特性研究较多,但对不同绝缘子的有效爬电系数研究不多。为此在人工雾室中对5种典型结构的瓷和玻璃绝缘子的污闪特性进行了试验研究,根据试验结果分析和计算了5种典型绝缘子的闪络电压、闪络电压梯度、有效爬电系数。结果表明:在人工污秽试验条件下,不同型式绝缘子的污闪电压有较大差异,盐密对不同型式绝缘子的闪络电压的影响程度也有差异;三伞型绝缘子和玻璃绝缘子具有较高的闪络电压;不同绝缘子的有效爬电系数与其结构型式和材质有关,玻璃绝缘子的有效爬电系数高于瓷绝缘子,且玻璃绝缘子的有效爬电系数随污秽程度的增加而增加,而瓷绝缘子的有效爬电系数随污秽程度的增加而减小。     

自然积污绝缘子污闪电压变异系数的统计分析

统计分析了均匀升压法得到的自然积污绝缘子污闪电压变异系数的分布规律,并与人工污闪电压变异系数进行对比分析。结果表明：采用均匀升压法得到的绝缘子自然污闪电压变异系数置信上限的最大值为0.3101;变异系数近似服从正态分布,期望值为7.45%,其95%置信区间的上限为8.14%,与采用升降法得到的自然污闪电压变异系数的期望值基本一致;总体上,自然污闪电压的分散性大于人工污闪电压的分散性。     

复合绝缘子污闪与冰闪特性及临界闪络电流研究

绝缘子的电气特性是进行输电线路外绝缘设计的关键参数之一,其临界闪络电流对绝缘子的状态评估和闪络预警有着重要的作用。以FXBW-110/100型复合绝缘子为试品,在人工气候室对该绝缘子进行了人工污秽试验和人工覆冰试验。试验结果表明：复合绝缘子污闪和冰闪电压随着绝缘子表面盐密的增加而降低,冰闪和污闪电压与盐密均满足负幂指数关系,覆冰条件下的污秽特征指数与污秽无覆冰状态下的特征指数相差不大,可将覆冰视为一种特殊形式的污秽;在相同污秽条件下覆冰复合绝缘子的闪络电压比未覆冰的闪络电压低,随着覆冰厚度的增加,绝缘子闪络电压进一步降低;复合绝缘子污闪和冰闪的临界闪络电流与盐密满足幂指数关系,污闪和冰闪的临界闪络电流均随着绝缘子表面的盐密的增加而增加,在相同污秽条件下覆冰绝缘子的临界闪络电流比未覆冰的临界闪络电流更大。     

试验方式对瓷和玻璃绝缘子交流污闪特性的影响

人工污秽试验是研究污闪特性的重要手段,IEC及我国标准推荐了多种人工污秽试验方法以进行绝缘子闪络特性的试验研究,并提出了几种不同的试验方式,目前常用的有均匀升压法、50%耐受电压法和最大耐受法,但对于不同试验方式下绝缘子污闪特性的差异仍需进行系统研究和比较。为了研究不同试验方式下绝缘子污闪特性的差异,以两种典型的瓷(XP-160)和玻璃(LXY4-160)绝缘子为例,在人工雾室中对3种不同试验方式下绝缘子污闪特性进行了分析和比较。试验结果表明:不同试验方式下绝缘子的闪络特性有一定的差异。不同污秽程度下,均匀升压法得到的污闪电压Uav比50%耐受电压法得到的污闪电压U50%升高了4.27%～12.62%,U50%比最大耐受电压法得到的污闪电压Uws升高了3.94%～13.20%。随着污秽程度的增大,Uav相对U50%提高的百分比和U50%相对于Uws提高的百分比均逐渐增大。     

高海拔现场标准悬式绝缘子的交流污闪特性

绝缘子污闪特性是对高海拔地区输电线路进行外绝缘选择时需考虑的重要因素之一。目前大多数研究是在人工模拟条件下进行的,文章通过理论分析提出了高海拔条件下的污闪模型,并在高海拔现场试验研究了标准悬式绝缘子XP-70的交流污闪特性。结果表明,高海拔条件下的气压对污闪电压影响的特征指数为0.51。高海拔现场的试验研究结果表明,海拔升高,环境温度上升,污闪电压下降,污闪电压正比于绝对温度之比的幂函数,其温度影响指数为0.23。因此,文章提出研究高海拔条件下的污闪电压不仅应考虑气压的影响,而且不能忽视温度的影响。