迎/背风侧不均匀污秽下绝缘子直流污闪建模

绝缘子表面不均匀积污会影响其电气特性。运行环境下绝缘子串迎风面和背风面污层分布不均匀,且根据人工污秽试验结果,这会导致绝缘子闪络耐受梯度降低。在此基础上,文中提出了考虑绝缘子迎/背风面不均匀污层的计算剩余污层电阻方法,并建立了相应的直流污闪动态电弧模型,同时开展了人工污秽模拟验证试验;继而,基于动态闪络模型,对不同不均匀染污程度下的绝缘子表面泄漏电流、剩余污层电阻进行了计算及分析,揭示了迎/背风侧不均匀污秽对绝缘子直流污闪的影响。研究结果表明,迎/背风侧不均匀污层造成污闪过程中的绝缘子剩余污层电阻减小,减小幅度可达50%;背风侧面积比例T对绝缘子直流污闪过程的影响小于迎/背风面染污不均匀度J。研究结果可以为复杂环境下的架空线路外绝缘配置及选型提供参考。     

直流复合绝缘子不均匀污秽闪络特性研究

为了给超高压及特高压直流线路复合绝缘子设计应用提供依据,采用人工污秽试验方法研究了直流复合绝缘子不均匀污秽闪络特性以及憎水性条件下污闪电压的提高幅度,提出了直流复合绝缘子不均匀污秽闪络电压的修正系数公式,获得了修正系数。研究结果表明,污秽在上下表面不均匀分布对复合绝缘子污闪电压的影响比瓷或玻璃绝缘子的影响小,直流复合绝缘子上下表面污秽不均匀校正系数为1.065,复合绝缘子在憎水性下直流污闪梯度比亲水性下高出近153%。     

污秽不均匀度对XP-160绝缘子串交流闪络特性的影响

实际运行中的绝缘子上/下表面的污秽分布并不是均匀的,因此对不均匀污秽下绝缘子的污闪特性进行了研究。通过对7片XP-160标准瓷绝缘子串在污秽分布不均匀时的交流闪络特性进行试验,得到了不同盐密、不同污秽不均匀度(上、下表面盐密比,T/B)下的绝缘子串闪络特性。对不同污秽不均匀度下表面污层电导和泄漏电流与绝缘子串污闪电压的关系进行了分析,结果表明:盐密和污秽不均匀度对绝缘子串的污闪电压都有影响,且两者的影响互相独立;绝缘子串的污闪电压会随着T/B的减小而增大;7片XP-160绝缘子串的污闪电压(Uf)与附盐密度(ρSDD)、T/B分别满足幂函数和对数函数关系,通过数据拟合得到污秽影响特征指数b及不均匀污秽下修正系数C分别为0.365和0.501;不均匀污秽下,绝缘子表面污层电阻增大是导致XP-160绝缘子串交流污闪电压提高的主要原因。     

绝缘子迎/背风侧污秽不均匀分布特性及其对直流污闪电压的影响规律

局部地区污闪事故仍时有发生,深入对污秽外绝缘问题进行研究仍有具有现实意义。现场观测表明,绝缘子表面会呈现出明显的迎/背风侧不均匀积污现象,目前针对该现象仍缺乏系统性的研究,使得现有的积污测试手段及污秽外绝缘设计并不能完全反映实际情况。论文通过开展流体力学仿真及人工模拟试验,研究了绝缘子迎/背风侧污秽不均匀分布特性及其对直流污闪电压的影响规律。研究结果表明:绝缘子迎/背风侧污秽呈扇状不均匀分布,其污秽不均匀度J可达1/10;风速的增大、污秽粒径的增加及直流电场的作用均会使迎/背风侧污秽不均匀程度加重;迎/背风侧污秽不均匀分布下,绝缘子直流污闪电压降低幅度可达30%。研究结果可为输配电污秽外绝缘的选择及防污闪措施的开展提供指导。     

直流换流站隔离开关支柱绝缘子人工污秽试验

为解决天广直流换流站高压直流设备多次出现污闪情况的问题,对直流换流站隔离开关支柱绝缘子在盐密为0.06mg/cm2、灰密为0.36mg/cm2的条件下进行了直流人工污秽试验,得到了隔离开关支柱绝缘子在该污秽条件下的50%污闪电压,并观察了支柱绝缘子在不同电压下的污秽放电现象。结果表明,为保证隔离开关支柱绝缘子不发生污秽闪络,应采取相应的措施,如在污秽较严重(测量盐密>0.033mg/cm2)时进行清扫、水冲洗或涂刷RTV涂料等。     

污秽不均匀度对LXY4-160玻璃绝缘子串交流闪络特性的影响*

输电线路绝缘子表面污秽在自然条件下分布不均匀,污秽不均匀度是影响闪络电压的重要因素,因此研究输电线路绝缘子在不均匀污秽下的闪络特性具有重大意义。首先进行了LXY4 160玻璃绝缘子串的自然积污试验,然后研究了交流电压下污秽分布不均匀时7片LXY4 160玻璃绝缘子串的交流闪络特性,分析了不均匀污秽下绝缘子表面污层电导率和泄漏电流与污闪电压的关系,得到了不同盐密(SDD)、不同污秽不均匀度(T/B)下绝缘子串的闪络特性。研究结果表明：SDD和T/B对LXY4 160玻璃绝缘子串的污闪电压有影响,且二者对污闪电压的影响是相互独立的;随着T/B的减小,污闪电压会增大;7片LXY4 160玻璃绝缘子串的污闪电压(Uf)与T/B、SDD分别满足对数和幂函数关系,且污秽影响特征指数b为0.280,不均匀污秽下修正系数C为0.271;不均匀污秽下绝缘子表面污层电阻将增大是导致LXY4 160玻璃绝缘子串污秽交流污闪电压提高的主要原因。研究结果对输电线路外绝缘设计和选择具有一定的参考价值。     

盐密与盐度对不同型式绝缘子串交流人工污秽闪络特性的影响

绝缘子的污秽闪络特性是输电线路外绝缘选择的重要依据之一。除了盐密与灰密对绝缘子的污秽闪络特性的影响,关于盐雾盐度对绝缘子闪络特性的影响也不容忽视。因此通过在人工污秽试验室内对表面积污绝缘子在盐雾环境下的污秽闪络进行了模拟,得到3种型号绝缘子在不同等值盐密、不同盐雾盐度下的污闪电压,并进行了闪络电压公式的拟合。通过对试验结果的分析可知:绝缘子在盐雾环境下的污闪电压仍与盐密值成幂函数关系;且随着盐雾盐度的增大,绝缘子闪络电压降低,两者也成幂函数关系。     

浸污法试验不溶物质对绝缘子污闪电压的影响

绝缘子表面不溶物质的类型和量对其污闪电压有影响,然而在以往人工污秽试验中常忽略这种影响。为此用人工污秽试验研究了不溶物质种类和灰密的影响。试验结果显示:浸污法试验中同一盐度的污液中硅藻土灰度不仅影响绝缘子表面的灰密,且对绝缘子表面的盐密和污闪也有很大的影响,随着硅藻土灰度的增加,绝缘子上盐密增大,其50%闪络电压下降,50%闪络电压与硅藻土灰度呈幂指数关系;同样的盐密下,随着灰密增大,闪络电压减小;不溶物质的种类对污闪电压有影响,不溶物质为高岭土的闪络电压比不溶物质为硅藻土的低。     

绝缘子不均匀积污成因及其对交流闪络特性的影响

在单一风向的作用下,线路运行绝缘子会呈现背风侧污秽积聚较多的现象,降低其绝缘性能。通过建立三维电场-流场耦合模型,仿真模拟污秽颗粒运动过程,揭示了绝缘子背风侧回流和涡流是造成污秽积聚的主要原因。采用人工涂污法模拟绝缘子表面迎/背风侧不均匀积污,并开展交流闪络试验,研究平均盐密(SDD)、迎风侧与背风侧盐密比(J)和背风侧面积占比(R)对平均闪络电压(U_f)的影响。结果表明,U_f随SDD的增大而降低,随J和R的增大而升高,且J在SDD较低和R较小时对U_f影响更大,R在SDD较低和J较小时对U_f影响更大。通过观测绝缘子闪络过程发现,均匀染污时放电电弧随机发展,而在不均匀染污时电弧总出现在背风侧,且升压过程中泄漏电流幅值较大。     

高海拔地区特高压换流站大尺寸复合支柱绝缘子直流污闪特性

在海拔2 100m的国家特高压工程实验室,采用恒压升降法全面深入地研究了一大一小和一大两小伞形、6.25m(5支串联组成)绝缘高度的两种大尺寸复合支柱绝缘子的直流污闪特性。试验表明:一大两小伞形大尺寸复合支柱绝缘子的直流污闪特性优于一大一小伞形;大尺寸试品的直流污闪电压与盐密、灰密均成幂函数关系,盐密对U50%的影响程度明显大于灰密;与短串试品相比,盐密对大尺寸试品的影响较大;随着上、下表面污秽比的增大,大尺寸试品直流污闪电压增加不超过10%;在绝缘高度6.25m范围内,直流污闪电压与复合支柱绝缘子串长呈良好线性关系,但由于试验数据存在一定的分散性,大尺寸试品线性推导值和试验值相差约15%;大尺寸试品的紫外放电光子数大于短串,同时,受污秽不均匀分布的影响,大尺寸试品的中、下部紫外光子数稍大于上部;大尺寸试品的中、下端电弧桥接现象剧烈,电弧大范围跨接更为明显。     

高海拔地区复合绝缘子的直流耐污性能

为了对实际高海拔下复合绝缘子耐污性能(污闪和污雨闪)及其影响因素进行系统研究,在高海拔(1970m)地区,对影响复合绝缘子直流污闪特性的因素,如盐密、灰密、盐成分和污秽上下表面分布等进行了系统研究,同时对直流污雨闪性能受盐密和淋雨量的影响进行了对比试验。试验发现,直流污闪电压与盐、灰密均呈负幂函数关系,盐、灰密越大,直流污闪电压越低;复合绝缘子直流污闪电压随着盐混合物中CaSO4所占比例的增大而升高;污秽上下表面分布越不均匀,污闪电压越高。同时,盐密对直流污雨闪电压的影响亦符合负幂函数关系;污雨闪电压随淋雨量的增大而降低。该结果可直接作为高海拔地区直流输电工程外绝缘设计的试验参考。     

盐/灰密对不同型式绝缘子交流人工污秽闪络特性的影响

污秽闪络特性是输电线路外绝缘选择的重要依据之一。根据一系列人工污秽试验，文中分析了等值附盐密度、灰密对不同型式绝缘子交流污闪特性的影响。结果表明：随着盐密或灰密的增加，绝缘子的污闪电压下降，且盐密和灰密对污闪电压的影响是相互独立的。使用最小二乘法分析6种绝缘子的污闪试验结果，得到其污闪电压校正公式。分析可知盐密和灰密对不同型式绝缘子污闪电压的影响有差异，特征指数c、d反应了盐密和灰密对污闪特性的影响程度。     

污秽成分对LXY_4—160绝缘子串交流闪络特性的影响

自然条件下绝缘子表面的积污成分呈多样性,而污秽成分差异对绝缘子污闪电压有影响。本文以7片LXY4—160标准玻璃绝缘子串为研究对象,试验研究其在不同污秽成分下的交流闪络特性,结合不同污秽成分下绝缘子表面污层电导率和泄漏电流的测量结果,分析了污秽成分对绝缘子串交流闪络特性的影响,研究结果表明:改变污秽成分中可溶性物质和不溶性物质的比例,均对污闪电压有影响;对于可溶性物质,绝缘子的污闪电压随着NaCl比例减小、CaSO4比例增加而升高;对于不溶性物质,绝缘子的污闪电压随着SiO2、Al2O3和Fe2O3混合物比例变化而产生相应的改变;不同污秽成分下绝缘子表面污层电导率和泄漏电流存在差异,影响局部电弧的产生和发展过程,最终导致绝缘子污闪电压存在差异;自然积污研究中仅利用等值盐密无法表征自然积污程度。研究结果对输电线路外绝缘设计和选择具有一定的参考价值。     

高海拔直流线路大吨位绝缘子配置方法研究

为给中国高海拔地区特高压直流输电工程外绝缘设计提供参考,该文在1 970 m实际高海拔条件下,以10片/串大吨位钟罩型瓷绝缘子XZP1-300为试品(染污采用固体污层法),采用恒压升降法,在人工雾室中对大吨位绝缘子外绝缘配置方法进行系统研究。试验结果表明：灰密为1.0 mg/cm2条件下,50%闪络电压与盐密大小满足幂函数关系;盐的种类、上下表面污秽分布及灰密大小对直流污闪电压影响较大,沿绝缘子串轴向污秽分布不均匀的影响相对较小,并分别给出上述各因素对污闪电压影响的修正系数。以此为基础,对外绝缘配置公式的应用方法进行了说明,该公式可用来估算自然污秽和人工污秽试验中污闪电压值,并可作为高海拔地区特高压直流输电线路外绝缘设计的参考。     

低气压下绝缘子串直流污闪放电过程

绝缘子污秽闪络事故严重威胁电力系统的安全可靠运行,目前国内外对污闪机理的研究主要是以平板模型为基础.本文借助于高速摄像机开展低气压下绝缘子串直流污闪过程研究,结果表明,低气压下绝缘子串直流污闪放电过程中局部电弧的产生与发展存在随机性,且存在多电弧现象;局部电弧发展过程中存在飘弧现象,即局部电弧由沿面电弧和空气间隙电弧两部分组成;低气压下染污绝缘子串闪络距离小于爬电距离;染污绝缘子串直流起弧电压比闪络电压约低15%～35%;低气压下染污绝缘子串更容易起弧,且海拔越高,局部电弧的燃弧时间越短;局部电弧形状与污秽、气压等有关.     

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。     

线路绝缘子直流污闪电压修正研究

为了给出线路绝缘子不同污秽分布条件下直流污闪电压线性海拔修正系数,便于在海拔≤2 km地区直流线路外绝缘的设计,实验研究了在实际海拔1 970 m条件下绝缘子电弧的发展特性。研究表明:绝缘子上下表面污秽分布情况对瓷绝缘子直流电弧发展路径影响较大,造成直流污闪电压随海拔升高下降的程度不同。通过比较不同海拔高度下(0与2 km)210 kN钟罩型绝缘子人工污秽试验结果,提出了绝缘子上下表面污秽分布均匀与不均匀两种条件下直流污闪电压线性海拔修正系数分别为6%和3%,并利用大吨位(300 kN)钟罩型绝缘子试验结果验证了该线性修正系数。结果表明,该修正系数也适用于大吨位绝缘子。     

长棒形瓷绝缘子交流污闪特性与污闪电压提高措施

为获取长棒形瓷绝缘子交流污闪特性,以制定针对性的防污策略。通过现场污秽取样,确定500 kV交流输电线路中长棒形瓷绝缘子表面污秽分布与组成;采用人工污秽试验方法,研究了污秽不均匀度、污秽种类对交流污闪电压的影响,同时初步探索长棒形瓷绝缘子在交流特高压线路的应用配置;最终比较了涂覆RTV涂料和加装增爬裙的防污效果。结果表明:长棒形瓷绝缘子背风面积污明显重于迎风面,大伞裙下表面积污一般大于上表面,而小伞裙的上、下表面积污情况相当;当长棒形瓷绝缘子表面污秽度一定时,污秽上、下表面不均匀分布会提高其污闪电压,迎、背风面污秽不均匀分布降低其污闪电压,随着污秽中CaSO_4质量分数的提高,污闪电压逐渐增加;长棒形瓷绝缘子的污闪电压和串长呈线性关系。为提高长棒形瓷绝缘子交流污闪电压,可加装增爬裙或芯棒涂覆RTV涂料。     

复合绝缘子自然污秽与人工污秽试验的等价性分析

为了研究实际高海拔条件下复合绝缘子自然污秽与人工污秽试验的差异,给高海拔地区直流输电线路的外绝缘设计提供参考,在高海拔条件下,对绝缘高度为1.9m、伞形结构为一大一小的复合绝缘子进行不同附灰密度、不同污秽分布以及盐的不同成分的人工污秽试验,揭示灰密、污秽分布和盐的成分等因素对复合绝缘子直流污闪特性的影响。试验发现,盐密一定、灰密≤1.0mg/cm2的条件下,灰密修正系数与附灰密度成负幂函数关系;灰密一定的条件下,污闪电压随污秽分布不均匀程度的增加而增加;盐密一定的条件下,盐种类的修正系数与CaSO4贡献率成指数关系。因此,在估算自然污秽条件下复合绝缘子的直流污闪电压及实际工程外绝缘配置时要充分考虑这些因素的影响。     

低气压下长串绝缘子的直流污闪特性

为了解污秽和高海拔对正在建设的云广±800kV直流特高压线路外绝缘面临的综合影响,利用大型多功能人工气候室进行了低气压下XZP-210绝缘子长串直流污秽闪络特性试验研究,确定了利用人工气候室模拟高海拔进行污闪试验的方法。研究表明:海拔232m～3km且盐密为0.03～0.15mg/cm2时,XZP-210绝缘子直流污闪电压与串长呈线性关系;绝缘子直流污秽闪络电压与污秽满足负幂指数函数关系,其污秽影响特征指数b值为0.337～0.352,且受气压的影响;直流污秽绝缘子闪络电压随气压的降低而降低,其气压影响特征指数n为0.35～0.42,且污秽越重,n值越小。