棒极结构对棒-板间隙操作冲击放电特性影响的试验研究

棒-板间隙是研究空气间隙放电的最典型间隙,其操作冲击放电特性是输电工程线路和换流站／变电站空气间隙选择的重要依据之一。为了更深入地研究棒-板间隙的操作冲击放电特性,选择不同直径的棒电极,以及半球彤和圆锥形2种棒电极端部形状,在2～5m间隙距离下进行了正极性操作冲击放电特性的试验,得到了棒电极端部形状和棒电极直径的改变对棒-板间隙正极性操作冲击50％放电电压造成的影响。另外,在北京、西宁和羊八井等几个不同海拔地区进行了临界半径的对比试验。通过改变棒电极端部连接球面的半径,得到了不同间隙距离对应的临界半径。由试验可以得出,当棒电极结构的半径小于临界半径时,棒电极半径和端部形状的改变不会对间隙的50％放电电压产生明显影响;临界半径随间隙距离的增加而增加,且随着海拔高度的增加,同一间隙对应的临界半径也随之增加。     

棒-板间隙操作冲击放电电压的海拔校正

目前我国有越来越多的输电工程都途经高海拔地区,如何对间隙放电进行海拔校正是工程设计中需要着重考虑的一个因素。为了更深入研究海拔高度对棒-板间隙操作冲击放电特性的影响,在北京、贵阳、西宁和羊八井进行了棒-板间隙操作冲击放电特性试验,根据试验数据,对目前常用海拔校正方法的校正结果进行了比较分析。同时,也利用其它校正方法对试验数据进行了校正,包括3种插值方法以及校正参数随间隙距离变化的2种校正方法。可以得出,现有海拔校正方法不适用于0～4300m海拔高度范围棒-板间隙的海拔校正,线性插值方法和校正参数随间隙距离变化的海拔校正方法误差较小,工程设计中推荐采用这2种方法。     

低气压棒-板间隙操作冲击放电特性及电压校正

为了研究高海拔地区空气间隙的操作冲击特性,在大型人工气候室内对0.25～2m的棒-板间隙的操作冲击50%放电电压与气压p、间隙距离d的关系进行了系统的实验研究。结果表明:操作冲击50%放电电压U50随着气压p的下降呈幂指数关系下降,间隙长度不同,气压影响指数n不同;通过分析得到了不同间隙长度下的U50气压校正公式;U50与不同间隙距离d之间的关系与电压极性有关:正极性时U50与间隙距离d的线性关系较好,负极性时有明显的饱和性,且U50的气压影响特征指数n与电压极性有关。试验结果显示操作冲击50%放电击穿时间与电压极性和间隙距离有关。     

西宁地区棒—板间隙直流电压、操作冲击电压直流叠加操作冲击电压联合试验放电特性的研究

本文就西宁地区棒-板间隙在正直流电压，正操作冲击电压，以及在正直流电压上叠加正操作冲击电压联合试验电压作用下的试验数据进行分析、处理，给出了棒-板间隙试品在西宁地区平均气压，温度为20℃，绝对湿度为11g/m^3时，上述各种电压形式下，棒-板间隙的放电电压与间隙距离的特性曲线。通过与电科院，西安的数据进行比较，发现在任意两个试验地点，当海拔一定时，棒-板间隙试品的放电电压差值随间隙距离增加有增大的趋势，为此提出在高海拔地区输电工程外绝缘设计时，与平原地区比较。应考虑放电电压差值随距离增加有增大的趋势，而不是单一，固定的海拔修正系数关系。同时高海拔地区有必要做实际的放电特性曲线，与平原地区比较，做出海拔修正系数与间隙距离的函数关系，以满足工程需要，对于做定量方面的比对试验，由于本次试验数据缺少与西安电科院试验数据的可比性，因此本文仅从定性方面进行了分析，其结果对高海拔地区直流输电工程外绝缘的设计有一定的参考价值。     

长空气间隙放电过程的试验观测技术

长空气间隙放电物理过程的试验观测研究是揭示长间隙放电机制和建立放电分析模型的基础。在高速光学观测技术、放电电流测量技术、空间瞬态电场测量技术和同步观测技术4方面开展了研究。通过分析高速摄影仪的成像原理,设计了针对不同放电阶段先导通道光学特性的观测方法;通过合理设计电极结构,研制全数字式光电隔离采集系统,实现了对高电位放电通道电流的全数字式测量;基于Pockels效应,研制出测量幅值上限达800 kV/m的集成光波导瞬态电场仪;基于高速摄影仪曝光时钟信号,提出了各测量设备的数据同步方案。该研究为准确地获取长空气间隙放电关键物理参数,揭示长空气间隙放电发展的物理过程提供了有力支撑。     

高海拔地区典型长空气间隙的操作冲击放电特性和海拔校正

研究棒-板和棒-棒空气间隙等典型的空气间隙的放电特性和海拔校正,不仅可为高海拔地区输变电工程空气间隙距离的选择提供参考,而且可为更高海拔地区空气间隙放电电压的海拔校正提供依据。为此,在海拔高度为0m、2 200m、3 000m、4 300m和5 000m的地区,对不同间隙距离的棒-板和棒-棒典型长空气间隙进行了标准操作冲击放电特性试验。根据试验结果计算分析了不同海拔地区典型的棒-板和棒-棒间隙的操作冲击放电电压的海拔校正因数。将IEC 60071-2标准中规定的放电电压海拔校正方法适用范围外延至海拔高度5 000m,对棒-板间隙的放电电压的海拔校正因数进行了计算。试验结果表明,随着海拔高度的升高,棒-板和棒-棒间隙的操作冲击放电电压都降低,棒-棒间隙放电电压的降低幅度要大于棒-板间隙。根据IEC 60071-2标准对海拔校正因数的计算结果在海拔高度为2 200m的地区与试验结果基本一致;但随着海拔高度的增加,计算结果与试验结果的差别越来越大:在海拔高度为4 300m和5 000m的地区,间隙距离约为2m时,计算结果比试验结果小10%以上。     

低气压正棒—板短间隙操作冲击放电特性

根据在多功能人工气候室内的试验研究结果 ,系统分析了气压对 2 0 0～ 5 0 0 mm平头正棒—板短间隙操作冲击放电特性的影响 ,提出了低气压下平头正棒—板短空气间隙操作冲击放电电压的校正方法和公式。     

两种湿度下特高压尺度真型工程间隙操作冲击放电试验观测

合理确定输电线路的空气间隙距离是特高压输电工程外绝缘设计的主要问题之一。搭建一套长间隙放电过程同步观测系统,并分别在位于北京与武汉的特高压试验基地开展真型工程间隙(6.7m的导线-杆塔间隙、10m的导线-导线相间间隙)操作冲击放电试验。试验结果表明:在北京地区秋冬季节绝对湿度较低,先导放电趋于连续、稳定发展,先导发展的一维平均速度较小,不同工况下平均值在1.6～2.1cm/μs之间,且速度波动很小。当绝对湿度较大时,先导放电趋于不连续、重燃发展,速度较大,不同工况下平均值范围为4.5～6.5cm/μs,且波动程度很大。     

用于110kV变压器中性点的新型棒-板-棒组合保护间隙

针对110 kV变压器中性点棒-棒间隙与金属氧化物避雷器并联的保护方式中,间隙与避雷器配合困难而产生的间隙"误动"和"拒动"问题,提出了一种新型的棒-板-棒保护间隙,并通过工频放电试验与雷电冲击放电试验比较棒-板-棒间隙和棒-棒间隙。试验结果表明:在相同试验条件下,与棒-棒间隙相比,棒-板-棒间隙工频放电电压的平均值降低了8.03%,雷电冲击放电电压的平均值提高了16.39%;相比110 mm棒-棒间隙,有同样工频放电电压的125 mm棒-板-棒间隙的雷电冲击放电电压提高了28.91%。因此新型棒-板-棒间隙能够更好地和避雷器进行绝缘配合,且具有可靠的机械性能。     

环-地空气间隙在操作冲击电压下的放电特性

介绍了环-地空气间隙在操作冲击电压下的放电特性,得出了不同环径、不同波形下的间隙放电电压,电极电荷、偏差系数等与极间距离的关系,可以用以确定变电站设备支承绝缘的外形尺寸。     

模拟与自然环境下0.5~1.5 m空气间隙正极性操作冲击放电电压校正方法

为适应我国电网发展要求,我国正在建设多个大型多功能人工气候室,但人工气候室模拟环境与自然环境是否具有等价性是外绝缘设计关心的基础问题。在人工气候室模拟环境和高海拔自然环境条件下对0.5~1.5 m的棒-板空气间隙正极性操作冲击放电特性进行了试验研究,根据试验结果分析根据1.0 m间隙的人工模拟试验结果提出的基于气压和基于g参数法的放电电压校正方法的适应性。结果表明：根据1.0 m间隙的人工模拟试验结果提出的2种新的校正方法不仅适用于1m的间隙,而且适用于0.5~1.5 m空气间隙,但基于气压的校正方法更准确;在人工气候室自然湿度条件下进行高海拔低气压的试验得到的结果与高海拔自然环境下得到的结果一致;0.5~1.5 m空气间隙放电电压与间隙距离的非线性关系指数为0.84。     

正极性电压下空间电荷对空气间隙放电击中点的影响

人们对空间电荷对放电过程的影响研究较少,但很多试验现象体现了空间电荷的作用。为了研究空间电荷对放电击中点的影响,建立了试验平台,并用高速摄像机观测了放电现象。正极性直流与雷电冲击联合加压试验与正雷电冲击电压试验,体现了预加直流电压产生的空间电荷对放电击中点的影响;正极性操作冲击电压试验,研究了不同电压幅值下放电击中点的变化。试验结果表明：正极性雷电冲击电压下,预加直流在针电极附近产生的空间电荷对空间电场的畸变作用不显著;在正极性操作冲击电压下,随着电压幅值的增加,空间电荷对针电极头部电场的屏蔽作用有所提高,放电点远离针电极头部的距离加大。     

操作冲击电压下油纸绝缘气隙局部放电特性

针对电力设备在操作冲击电压下产生局部放电现象,构建了油纸绝缘气隙模型,基于局部放电发展过程特征变化,分析了放电重复率和放电量。     

雷电冲击电压下局部放电检测方法有效性研究

为了研究冲击电压下局部放电现象,搭建了冲击电压发生装置。以油纸绝缘气隙模型为试验对象,通过超声波法、高频电流法和超高频法对雷电冲击电压波形下的局部放电信号进行测量,列出典型波形进行对比分析。试验结果表明,高频电流法能有效提取局部放电脉冲,为进一步研究冲击电压下局部放电特征和机理提供参考。     

1m棒-板空气间隙正极性操作冲击放电特性及电压校正

高海拔下操作冲击放电特性是超特高压外绝缘设计的基础之一,也是国内外尚未解决的关键技术之一。由于IEC60-1—1989和GB/T16927.1—1997推荐的g参数法适用范围受到限制,该文选择1m棒-板空气间隙,在人工气候室以及3个不同海拔高度的现场进行试验研究,分析了棒-板空气间隙正极性操作冲击50%放电电压U50与大气参数的关系,提出了基于g参数和基于相对气压的2个新的校正方法,并用试验数据对其进行了验算。结果表明:U50是考虑绝对湿度附加影响后相对气压和空气相对密度的幂函数;IEC标准和国家标准的g参数法不适用于海拔2000m以上和h/δ>15g/m3条件下的校正;提出的基于相对气压的校正方法比基于g参数法的校正方法适用范围更广,引起的误差更小。分析计算还表明,湿度增加1g/m3,引起的U50的变化在1.0%～1.15%之间。     

操作冲击下正极性长间隙放电物理仿真模型

开展正极性长空气间隙放电过程物理仿真模型的研究对优化特高压外绝缘设计具有重要的意义。基于正极性长间隙放电物理机制,建立了包括初始电晕起始与流注发展、先导起始、流注-先导体系发展和最后跃变等过程的物理仿真模型,该模型考虑了电晕起始分散性和先导路径随机性特征。采用有限元软件计算了放电结构间隙的背景电位分布,并使用试验观测结果对本文建立的模型进行了验证,最后采用该模型对导线-塔窗结构间隙的放电特性进行了仿真计算。结果表明：导线-塔窗间隙的50%击穿电压处于棒-板和棒-棒的50%击穿电压之间;波前时间对其50%击穿电压有比较明显的影响,呈现“U”形曲线;杆塔塔窗宽度对50%击穿电压影响较小,随着宽度增大,50%击穿电压有减小的趋势。