长空气间隙负极性放电——法国日纳第高压试验室1978年的研究结果

本文是法国日纳第高压试验室自1971年开展长空气间隙放电研究以来由国际大电网会议出版的第四个报告。报告是应第33研究委员会(过电压与绝缘配合)主席施耐德先生的要求而发表的,它总结了1978年以来对长间隙负极性放电的研究活动及研究成果。内容分10部分:1、引言;2、试验说明,3、测量技术;4、击穿参数;5、电晕;6、先导的发展阶段、其中包括各放电分量的说明,间隙几何形状的影响,冲击波波形及外加电压陡度的影响,空间先导形成的条件及放电发展的条件,负极性放电扩展的可能机理和空间电荷分布的分析等;7、最后跃变,8、空间电荷的扩散;9、使用光学技术进行的特殊研究;10、     

长空气间隙负极性放电——法国日纳第高压试验室1978年的研究结果(续一)

6.先导阶段6.1 放电分量的一般性说明这里提出的一般性说明目的在于定义构成负极性予放电现象的各要素。典型放电的概念即使在固定的试验条件下似乎也是难以确定的,尽管如此,本文仍力图作出一般性的说明。此外,不同的试验参数(电极的几何形状,间隙距离,施加的冲击波形和电压水平,大气条件)对放电的每一发展阶段都有影响,致使某些机理可能出现,也可能不出现。这个最新的论点将在6.2和6.3节中引用数据加以讨论。     

长空气间隙负极性放电——法国日纳第高压试验室1978年的研究结果(续二)

6.7.1米以下间隙的击穿现象及空间电荷——R.Maier,A.Fischer,H.Boecker 用正极性操作冲击波所作的广泛试验显示:从1m以下开始的整个距离范围内,各个间隙之间的情况都是非常相似的。由于短间隙的空间小,击穿时间短,因而在观察放电现象及测定其参数时对所用的试验装置的要求就更高了。鉴于近来对图象变换摄影机感光度的改进,以及新电子装置的采用(如暂态记录器,光信号传输),有可能在远为复杂的负极性放电中对大间隙和小间隙作出类似的比较。     

长空气间隙负极性放电——法国日纳第高压试验室1978年的研究结果(续三)

7、最后跃变7.1 概述7.1.1 定义在棒——板间隙的情况下,最后跃变的定义,可以用类似于正极性的定义来说明:最后跃变是电弧放电之前放电的最后阶段。当放电最前面的部分到达对面的板极时,最后跃变即行开始。这时(T_f)由阴极到阳极的放电通道通常由下列几部分组成: ——负先导(轴向长度为L_B)     

长空气间隙负极性操作冲击放电特性研究(Ⅱ)-间隙系数

大气环境、电极布置方式和间隙类型等对长空气间隙的负极性操作冲击放电特性均有不同程度的影响。分别采用20/2 500μs和80/2 500μs两种负极性操作冲击电压波进行放电试验,研究了气象条件、波头时间、下电极高度及导线接地方式等对空气间隙放电特性的影响,并对以棒–板间隙为基准,分析计算棒–棒间隙、棒–线间隙的间隙系数。试验结果显示:湿度对长空气间隙的负极性操作冲击放电特性试验具有明显的影响;间隙距离大于3 m时,20/2 500μs负极性操作冲击电压波作用下空气间隙的50%放电电压较高,间隙距离小于3 m时,80/2 500μs负极性操作冲击电压波作用下空气间隙的50%放电电压较高;下电极高度对棒–棒间隙放电特性具有一定的影响;导线接地方式对棒–线间隙的50%负极性操作冲击放电电压具有显著影响。间隙系数随间隙距离呈非线性变化趋势,棒–线间隙对棒–棒间隙的间隙系数随间隙距离增大基本趋于稳定值1.05。     

长空气间隙负极性操作冲击放电特性研究(Ⅰ)—试验研究

长空气间隙在负极性操作冲击电压下具有非线性放电特性。为了研究典型长空气间隙的负极性放电特性,利用7 500 kV冲击电压发生器产生20/2 500μs和80/2 500μs两种负极性操作冲击电压波,开展了间隙距离为1～10 m的棒–棒间隙、棒–板间隙和棒–线间隙的负极性放电特性试验研究,并与其他学者的试验结果进行对比分析。试验结果表明:随着间隙长度的增加,棒–棒间隙、棒–板间隙、棒–线间隙的50%放电电压都趋于饱和,但棒–板间隙的饱和趋势最为明显;当间隙长度为4 m时,棒–板间隙与棒–棒间隙的50%放电电压大小关系发生翻转;间隙的平均击穿场强随着间隙距离的增大而减小。该研究揭示了1～10 m长空气间隙的负极性操作冲击放电特性,加深了对长空气间隙放电特性的认识。     

长空气间隙放电研究的挑战与进展

开展空气间隙放电的理论研究,是支撑我国特高压工程建设、提升电力系统雷击防护水平的现实需求。通过分析特高压下长空气间隙放电的工程需求,以及雷电绕击输电线路的先导发展模型、电气几何模型所面临的理论困境,归纳了当前长空气间隙研究所面临的主要挑战——物理模型的内在复杂性、测试手段的局限性及数值求解方法的不确定性。同时,基于过去30多年测量、计算方法的长足进步,指出目前我国开展长空气间隙放电研究的重大机遇。另外,还简要总结了国内外长空气间隙放电研究的发展历程及流注先导模型在不同历史时期的典型成果,详细介绍了清华大学在973项目的支持下,在长空气间隙放电的微观机理与宏观过程研究方面的最新进展,并对未来的研究方向与目标做了初步展望,包括:1)明晰不同尺度流注起始及发展的规律;2)更深入认识流注转化为先导的规律及机理;3)清晰描述先导的发展过程特征参数;4)建立更完备的长空气间隙击穿模型,能够更准确地预测长空气间隙的放电特性;5)建立更科学的雷击闪络先导发展模型及雷击闪络风险评估方法;6)提出工程实用的更优化的长空气间隙结构。     

高原电器与长空气间隙放电机理的研究

高原电器外绝缘及长空气间隙放电机理的研究,对于确定超高压输电设备的外绝缘尺寸具有现实意义。本文简要地介绍了国内外高原电器外绝缘及长间隙放电机理研究方面的近况。     

高压直流下激光触发空气间隙放电的实验研究

随着激光诱导等离子体和空气放电应用结合的日益紧密,激光诱导放电的基本物理过程也得到了广泛的研究。围绕直流高压条件下的纳秒激光诱导放电,研究了不同实验条件(激光入射方式、激光焦点位置)对击穿延时和抖动的影响,并利用ICCD快速照相观察了等离子体的发展过程。结果表明:激光径向入射时,激光焦点偏电极侧有利于击穿延时和抖动的降低;相同激光能量条件下,间隙电压由35 kV提升至45 kV,平均击穿延时由108μs降为4.8μs;相对于径向入射,轴向入射激光烧蚀电极表面并发射电子,可诱导产生一条平直的放电等离子体通道,间隙的平均击穿延时达到亚μs量级(800 ns)。     

长空气间隙电弧的阻抗特性(英文)

Arc resistance is an important parameter for characterizing long arcs in air, and its laboratory testing is of importance for accurate arc modeling of electromagnetic transient caused by short circuit fault. Therefore, we constructed an experimental system to study the cha- racteristics of long AC arc in air. Driven by currents of 10 kA or 40 kA (root mean square value), the system produces arcs with different initial lengths of 1 m, 2 m and 4 m, and the movement of the arcs are captured by a high-speed camera. After performing experiments using the system, we carried out analysis and comparisons of the arc resistance of arcs with different lengths and different currents, as well as a study of the relationship between the macro-morphology and the resistance of the arcs. Conclusions were drawn from the experimental re- sults: the arc voltage had obvious saturation characteristics; the arc resistance increased with the increase of arc length and the decrease of current; the arcs bended or extended significantly in time and the peak arc voltage within a single cycle increased correspondingly; the arcs had voltage and current in the same phase. In the end, a formula of arc resistance based on the experiment results is derived.     

导线布置方式对棒–线长空气间隙负极性操作冲击放电特性的影响

空气间隙的负极性操作冲击放电特性受电极布置方式的影响。为了深入研究导线布置方式对棒–线间隙负极性冲击放电特性的影响,采用80/2500μs、20/2500μs负极性操作冲击电压波放电1000多次,试验研究了导线半径、高度和接地方式对棒–线间隙50%负极性操作冲击放电电压的影响以及导线接地方式对棒–输电线路组合间隙负极性操作冲击放电特性的影响。试验结果显示:棒–线间隙50%放电电压随着导线半径的增大而减小,棒–不接地线间隙比棒–接地线间隙的50%放电电压高;悬浮导线的感应电压随着间隙距离d增大先增大后减小;线接地方式不影响0.8m棒–线间隙流注放电过程,但影响棒–输电线路组合间隙放电路径的概率分布,对组合间隙放电电压和放电时间无影响。该研究工作可为电力系统外绝缘及线路防雷设计提供参考。     

对Carrara—Thione的长空气间隙正极性操作波放电模型的评论

本文对于长空气间隙的正极性操作波放电电压计算方法进行了讨论。这方法是基于当代著名的Carrara—Thione临界半径理论。但是这理论在任意形状电极转化为标准电极的两个重要判据上,处理得不够恰当。影响了该理论的应用。本文对于该两个判据提出了修正,使得它的概念和计算方法更为完备。这样借助于优化模拟电荷法,可以计算任意形状电极的长空气间隙承受正操作波时的放电电压。计算结果和实验数据有较好的一致性。     

±500kV高压直流输电线路杆塔空气间隙放电特性的研究

本文介绍±500kV高压直流输电线路仿真拉线杆塔空气间隙的直流、冲击和合成电压(即直流迭加操作冲击和直流迭加雷电冲击)放电特性的试验研究结果。对两种典型电极(棒—棒和棒—板间隙)的放电特性也作了相应的研究比较。     

高海拔地区±800KV特高压直流线路空气间隙操作冲击放电特性(英文)

This paper is concerning switching impulse air gap insulation characteristics of rod-to-plane and V-string 6-conductor bundle to tower body in ±800 kV transmission lines.The tests were performed in China Southern Power Grid Co.,Ltd.(CSG) Kunming outdoor UHV laboratory at an altitude of 2 100 m.The switching impulse strength performance were obtained at a rod-to-plane arrangement and a full-scale model of 6-conductor bundle to tower.The test gap length of the typical rod-to-plane arrangement is 1.5～10 m and 5.3～8.2 m for the conductor-tower model,and the range of test voltage is about 450～3 100 kV.The critical positive switching impulse strength of conductor-tower gap is 1 525 kV in the gap length of 6.2 m.Additionally,the influence of the wave front time(100～1 700 μs) on the 50% flashover voltage is discussed.According to the test data,the minimum air gap clearances of the conductor-tower model with V-insulators at the altitude of 2 100 m should be longer than 6.8 m(wave front time 250 μs) and 5.8 m(wave front time 1 000 μs),respectively.The results are useful to air gap insulation design in UHVDC systems with rated voltage of ±800 kV.     

基于有限元及数值计算方法的空气中的负极性电晕放电研究

以导线一平板电极系统为模型展开对负极性电晕放电的研究。利用有限元分析方法处理泊松（Poisson）方程,并使用简化特征值法解空间电荷密度不断更新的恒定电流方程,这种简化特征值法忽略了离子的扩散。数值模型考虑了电离区域,在有限元法中引入一个和临界最小电离场直接相关的电位定义为狄拉克（Dirichlet）边界条件。当忽略计算起始电压的一些误差时,计算数据和实验数据非常吻合。     

基于有限元弱解式的棒-板长空气间隙先导放电空间电场仿真研究

对棒-板长空气间隙先导放电过程的空间电场分布以及带电离子浓度等特征参数进行仿真计算研究。建立棒-板长空气间隙放电的二维模型,导出流注-先导放电的二阶偏微分方程,通过有限元弱解形式(weak form)数值计算方法求解先导放电过程中产生的电子、正、负离子浓度与空间电场的大小。仿真结果显示：气体放电所产生的空间电荷对空间电场分布影响显著;间隙距离1.5 m的棒-板长空气间隙下,外加500 kV、250/2 500 ms正极性操作电压时的先导放电起始条件为,流注头部带电离子浓度达到4′1013 cm-3数量级,空间电场最低达到10 kV/cm;先导放电形成后,先导通道内电场约为1~2 kV/cm,先导起始时间在400 ms左右且以3′104 m/s速度传播;有限元弱解形式能有效消除计算离子流中的数值振荡,使偏微分方程求解迅速收敛。     

自然气象条件下的外绝缘操作波特性——各实验室协同研究的结果

为了研究气象参数对50％放电电压和标准偏差的影响,国际大电力网会议33-06(交流输电系统绝缘配合)小组成立了一个特别研究小组。英、意、日、挪、法、西德、美和苏联等八个国家的有关实验室参加了此项课题的研究。研究的试验工作主要是在1975年至1977年期间完成的。大部分的试验是在户外的自然气象条件下进行的,并有几个实验室在室内进行了对比试验。     

空气湿度对110千伏及以下电压等级高压电气外绝缘工频放电电压的影响(试验数据的合并结果)

本文介绍了自然及人工气候条件下,空气绝对湿度对110千伏及以下各等级高压电气外绝缘及标准间隙工频放电影响试验数据的合并方法。并在对合并的结果进行了分析比较的基础上推荐了110千伏及以下各电压等级工频电压下湿度校正曲线。     

氯化锌型二氧化锰电池的研究(Ⅱ)——不同类型MnO_2对放电特性的影响

植谷庆雄指出氯化锌型电池的放电特性不仅与MnO_2的活性及纯度有关,而且还同不同类型MnO_2电池相互不同的随后反应有关。植谷庆雄从阴极混合物中Mn_~(2+),含锌量即ZnO·Mn_2O_3及MnOOH等生成物比例因子l,m,n的变化提出EMD电池的反应机理是放电初期以生成MnOOH为主,深度放电时MnOOH歧化生成Mn~(2+)。CMD电池在放电初期即有Mn~(2+)生成,放电2小时后以MnOOH与ZnCl_2反应生成ZnO·Mn_2O_3为主。因此要求CMD要有大的ZIA比表面才能有好的电化学活性。NMD电池放电以生成Mn~(2+)为主。电池的放电特性EMD>CMD>NMD。