覆冰绝缘子导电离子分布规律

为研究电场及染污方式对覆冰复合绝缘子导电离子分布的影响,该文在低温、低气压人工气候室对两种染污方式下的35 k V复合绝缘子开展了带电和不带电雨凇覆冰试验。结合COMSOL软件仿真分析冰凌尖端水滴及覆冰滴水过程对绝缘子覆冰的影响,揭示电场、染污方式和染污程度对覆冰绝缘子离子分布的影响规律。结果表明:电场对绝缘子覆冰形态、冰层及冰凌中离子分布和闪络电压均有显著的影响;在带电覆冰条件下,采用覆冰水电导率法时的冰层及冰凌融冰水电导率均低于不带电时;在不带电覆冰条件下,采用固体涂层法时的融冰水电导率远高于覆冰水电导率;绝缘子带电覆冰时的闪络电压高于不带电时,而闪络过程中的融冰水电导率低于不带电时。在分析绝缘子覆冰闪络时,应考虑晶释效应对其闪络特性的影响。     

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。     

覆冰圆柱绝缘子起弧前电位与电场分布研究

绝缘子覆冰闪络之所以比污秽闪络过程复杂,不仅在于电弧发展过程中放电路径不唯一,而且往往与覆冰水电导率、覆冰形态等因素有关,因此该文在人工气候室对覆冰光滑圆柱绝缘子进行了交流闪络特性试验,着重从电场的角度研究覆冰水电导率与无冰带对绝缘子起弧前沿面电位、电场分布的影响。试验和计算结果表明:无冰带长度与绝缘子闪络电压成线性关系;无冰带的位置对闪络电压和沿面最大电场强度有较大的影响;覆冰水电导率越高闪络电压越低,同时电位、电场畸变越明显;较高相对介电常数的冰体、较高电导率的融冰水膜和无冰带的存在,是使绝缘子沿面电位、电场分布发生变化,进而一定条件下导致起弧的重要因素。     

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。     

不同形貌冰棱的融化过程及其对覆冰闪络特性的影响

覆冰过程中沿绝缘子串形成的未桥接冰棱和桥接冰柱是造成融冰期绝缘子串发生闪络的主要因素。为此,根据融冰物理过程,研究了冰棱相变过程中水滴喷射对未桥接冰棱闪络的影响。研究发现:水滴喷射过程缩短了冰板间距,改变了冰棱前端的电场分布,是诱发冰板间隙电弧的重要原因。未桥接冰棱受耐受电压值影响,其闪络过程存在沿冰面放电和冰内放电两种形式。桥接冰柱的初始电弧通常出现在冰柱内部气隙处,其融冰闪络路径沿冰柱内部形成贯穿通道。试验结果表明:桥接冰柱发生闪络需要更多的融冰能量来形成贯通通道,而完成击穿过程,因此桥接冰柱的闪络电压值较未桥接冰棱略高。110 kV全尺寸玻璃绝缘子覆冰闪络试验进一步证明,融冰时液滴喷射会形成沿冰棱和水滴路径的闪络通道。综合以上结论认为,融冰滴水是导致未桥接冰棱较桥接冰柱更易发生闪络的重要因素。     

110kV覆冰绝缘子串交流闪络放电过程研究

受冰冻灾害天气的影响,广东北部的清远、韶关地区多条110kV以上线路受覆冰影响跳闸。为了进一步加深认识覆冰对绝缘子闪络问题,笔者对110kV玻璃绝缘子串覆冰闪络过程进行了细致的研究。考虑到粤北地区绝缘子覆冰的特点,在中国电力科学研究院的人工气候室中,采用绝缘子上下表面均匀覆冰的方式来模拟绝缘子覆冰形貌;并从覆冰绝缘子冰凌的长度、融冰水电导率以及污秽程度等方面研究了融冰期绝缘子覆冰闪络时的放电过程。试验结果表明绝缘子表面的融冰水电导率有明显的盐析效应,使覆冰过程中的融冰水电导率增大,降低闪络电压;无冰凌情况下绝缘子放电过程与污闪类似,有冰凌存在的情况下,放电路径沿未桥接冰凌发展;与没有污秽的情况相比,污秽的存在使闪络过程中放电更加严重。     

10kV覆冰复合绝缘子电场分布计算

为了研究覆冰对复合绝缘子周围电场和电位分布的影响,以一种10kV复合绝缘子作为仿真模型,通过利用有限元方法,分别在结冰和融冰状态下,计算了不同冰柱长度下复合绝缘子周围电场分布.结果显示:不论是结冰或是融冰状态,覆冰复合绝缘子周围电场最大值几乎不受影响;冰尖处电场强度随冰柱长度增加而增大.相比结冰时的结果,融冰状态时,冰尖处出电场将畸变将更加严重.最后,讨论几种提高覆冰复合绝缘子电气特性的措施.     

玻璃绝缘子串自然覆冰(雪)交流闪络特性

高海拔、污秽及覆冰(雪)环境下绝缘子串电气性能会急剧下降,绝缘子串覆冰(雪)闪络特性是覆冰地区输电线路外绝缘选择的重要依据之一,而目前大多数研究是在人工模拟条件下进行的。为此,在重庆大学雪峰山自然覆冰试验站(海拔高度为1 400 m),采用固体涂层法对LXHY3-160型玻璃绝缘子进行了高海拔现场试验,试验方法采用均匀升压法。此外还分析了覆雪对绝缘子串电气特性的影响,结果表明:此次覆冰(雪)自然试验中,绝缘子上表面均覆了薄雪;绝缘子冻雨覆冰,主要分布在迎风面,覆冰密度为0.775 4 g/cm3;闪络时融冰水电导率较大,且闪络时融冰水电导率随串长增加而呈增长趋势;但冰全融化后,融冰水电导率基本一致,与串长无关。覆冰(雪)对绝缘子串闪络特性的影响规律与人工模拟所得基本一致:自然覆冰下绝缘子串闪络电压与绝缘子串长呈线性关系;绝缘子串覆冰质量与串长亦呈线性关系;自然覆雪绝缘子串闪络电压与串长呈线性关系。     

涂覆不同疏水性涂层玻璃绝缘子串覆冰与闪络特性

疏水性涂层能降低水滴在表面的粘接率,或可有效降低绝缘子覆冰程度。为此在多功能人工气候实验室内对4种涂覆不同疏水性涂层的LXP-70玻璃绝缘子串(3片)进行了不带电覆冰和交流闪络试验,并与无涂层绝缘子串进行了对比,研究了不同疏水性涂层对玻璃绝缘子串表面的覆冰形貌、冰棱长度、覆冰重量增长及融冰期闪络电压的影响。试验结果表明:疏水性涂层对绝缘子串的覆冰和融冰期闪络电压影响明显,各绝缘子串的覆冰重量随表面疏水性增强而下降;融冰期闪络电压则基本随疏水性增强而提高,各绝缘子串闪络电压随时间变化的趋势符合U型曲线;疏水性最好的涂层绝缘子其覆冰重量相比于无涂层绝缘子降低26.07%,最低闪络电压提高45.33%,而接触角为110°的涂层绝缘子串其防覆冰和冰闪表现不如无涂层绝缘子串。     

覆冰桥接状态对融冰闪络时间分布及闪络概率的影响

为了揭示覆冰状态对融冰及其闪络过程的影响,结合现场覆冰形貌观测,提取出4种典型覆冰形态,包括未桥接冰棱、桥接冰柱及其两种双层组合方式,并对各典型覆冰形貌下的闪络特性开展试验研究,分析了融冰过程中冰棱尖端水滴喷射对电场分布的影响。从融冰耐压时间分布特性和恒压耐受时闪络概率分布的角度,研究了不同覆冰形态下覆冰水电导率、冰棱长度、空隙与冰棱长度的不同组合对融冰闪络特性的影响。覆冰水电导率与冰棱长度通过改变融冰过程中剩余冰层电阻来影响覆冰闪络过程。试验中发现,电导率由150μS/cm上升至750μS/cm,闪络电压下降了33%;冰棱长度由6 cm下降至4 cm,闪络电压降低了10%。空隙与冰棱长度的不同组合对融冰闪络影响显著,其中冰柱模型由于内部电弧烧蚀会造成冰棱融断而难以发生闪络。在冰棱-冰柱的双层组合模型中,由于冰柱融化需要汲取额外的能量,冰棱-冰柱模型的最低闪络电压较冰棱-冰棱模型提高了14%。研究表明,未桥接冰棱在融冰液滴喷射过程中,其冰尖处易出现电场集中,与桥接冰柱相比,可在更低的耐受电压下诱发融冰闪络。