沙尘环境中棒——板间隙电场分布仿真及放电特性分析

空气间隙的放电特性是特高压输电线路设计的重要指标,沙尘天气会对空气间隙的放电特性产生影响。为更加深入地研究沙尘条件下空气间隙的放电特性,文中针对弥漫沙尘的棒—板空气间隙的电场分布进行了仿真。仿真考虑了间隙中弥漫沙尘时介质的不均匀性,建立了三维仿真模型,改进了以往改变介质介电常数模拟介质特性变化的方法。根据电场仿真的结果,沙尘分布于间隙中时,沙粒周围电场出现了明显的畸变。沙粒周围电场升高的方向总是指向棒极末端的方向,而在沙粒与棒电极连线的垂直方向上电场降低,该方向的电场值低于周围区域。沙粒的存在只会影响其5倍半径以内区域的电场分布。沙尘质量分数较低时,沙粒对棒电极表面以及距沙粒较远的区域的电场分布所产生的影响很小。     

雾霾模拟环境下棒-板间隙交流放电特性研究*

目前国内外学者对雾中棒-板间隙交流放电特性做了大量研究,但往往忽略了灰霾颗粒的影响,且尚未深入研究雾与雾霾环境下棒-板间隙交流放电特性的区别,因此设计了雾霾模拟装置对棒-板间隙进行交流放电特性研究.在纯雾、纯灰霾及雾霾三种环境下进行棒-板间隙的交流放电试验,比较了棒-板间隙交流放电特性的区别,分析了雾霾颗粒对棒-板间隙交流放电特性的影响机理.结果表明:该模拟装置能模拟自然雾霾;纯雾环境下,棒-板间隙击穿电压随雾浓度呈先增后降的趋势;纯灰霾环境下,灰霾颗粒粒径小于10μm时的击穿电压低于干燥空气击穿电压,颗粒粒径大于10μm时的击穿电压高于干燥空气击穿电压,在粒径相同的条件下,击穿电压与灰霾浓度及成分都相关;雾霾环境下,间隙击穿电压高于干燥空气击穿电压,低于纯雾条件下间隙击穿电压,与雾霾粒径大小呈负相关,不同雾霾浓度下的间隙击穿电压会因雾霾成分而变化.     

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。     

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。     

沙尘环境下棒-板间隙交流放电特性研究

近年来沙尘对电力系统外绝缘的影响已不容忽视,但国内外的相关研究尚不多,为研究沙尘环境下的放电特性,选择尖-板间隙为研究对象,搭建沙尘模拟实验平台,开展交流放电特性试验研究,得出间隙距离和沙尘体积分数等因素对尖-板间隙交流放电的影响规律:当沙尘体积分数较小时,尖-板间隙的交流击穿电压随着沙尘体积分数的增大而下降;当沙尘体积分数较大时,尖-板间隙的交流击穿电压随着沙尘体积分数的增大而增大。可认为存在某一沙尘体积分数(1%左右),使得交流间隙击穿电压最小,且该体积分数与间隙距离无关。在此基础上,在有限元仿真软件FlexPDE中搭建了尖-板电极间隙的仿真模型,分析了沙尘环境下尖-板间隙的击穿机制。     

负极性直流电压下棒-棒间隙和绝缘子的雾中放电特性

为了深入研究空气间隙和清洁直流绝缘子在雾条件下的放电规律,进一步探讨污秽外绝缘受雾影响的特性,开展了棒-棒空气间隙和清洁绝缘子在雾条件下的负极性直流电压放电特性试验。选取0.5、1.0 m棒-棒空气间隙和6片绝缘子串3种试品,对比分析了其在干、雾条件下的负极性直流闪络电压Uav和闪络电流。随后通过改变试验室内的气压,探索了海拔高度H对棒-棒空气间隙和清洁绝缘子闪络电压的影响。试验结果表明,0.5 m和1 m棒-棒空气间隙在雾条件下的Uav比干条件下的分别高22%和23.6%,雾条件下的气压特征指数n与干条件下的基本相同,0~2 000 m范围内,H每升高1 000 m,Uav降低10%~11%;而绝缘子串的Uav在雾条件下比干条件下低,其雾条件下的n为0.39,小于棒-棒空气间隙的n。研究结果可供直流雾中放电研究和高海拔地区直流输电工程外绝缘设计参考。     

沙尘对电力系统外绝缘电气特性影响分析

为了解沙尘对电力系统运行造成的影响,在查阅有关文献的基础上分析了沙尘对空气间隙和绝缘子放电特性的影响,同时在沙尘模拟实验室进行了风沙对间隙击穿电压影响的实验研究。分析和研究表明:在雷电冲击和操作冲击电压作用下,沙尘对空气间隙的冲击放电特性有一定的影响,主要是由于阴极表面上的沙尘引起;沙尘对空气间隙及绝缘子放电特性的影响程度与风速、沙尘的带电量等因素有关。     

组合空气间隙放电路径选择性试验

为了研究空气间隙放电路径发展的分散性和随机性,分别对棒–棒间隙、棒–双棒组合间隙击穿特性,放电路径选择特性及放电路径发展随机特性开展研究。试验中考虑了下棒电极头部形状和下棒电极布置方式的影响,并通过静电场仿真计算分析间隙电场不均匀系数对50%放电电压的影响,以及下棒电极头部周围静电场强度对放电路径选择特性的影响;同时采用图像处理技术计算了电极表面放电初始发展角θ,以表征高压棒电极表面放电发展随机特性。试验和仿真结果表明:间隙距离为0.4~1.2 m时,间隙电场不均匀系数越大,间隙50%放电电压越低。间隙距离相同情况下,下棒电极头部曲率越大,头部周围场强越大,越容易产生迎面流注,则被击中的概率越大;间隙距离对放电路径选择性有影响,下棒电极头部形状相同的情况下,间隙距离越小,该间隙下棒电极头部周围电场强度越大,越容易产生上行流注,则被击中的概率越大。空气间隙距离增大会减少下棒电极对高压棒电极放电初始发展方向的约束力,高压棒电极头部表面下行流注的发展方向随机性增强。     

棒极外形对SF6棒-板短间隙流注放电特性的影响

为研究SF_6绝缘设备中可能存在的不均匀电场环境对绝缘性能的影响,从微观角度解释不均匀电场对SF_6流注放电特性的影响,建立流体动力学-化学反应混合模型,数值仿真棒-板间隙的SF_6流注放电过程。改变棒尖端外形以及棒极半径,仿真锥尖头、球头、平头等3种棒电极下棒-板短间隙的SF_6流注放电特性。结果表明:棒极外形对SF_6短间隙放电特性影响显著,不同外形棒极在初始放电阶段存在不同的电场分布,锥尖头棒尖端外形流注注头电场峰值最大,发展速率更快,流注发展速率随放电间隙的增大而减小,而平头棒尖端外形流注的放电通道半径最大。棒极半径的增大使流注头部电场强度以及平均电子能减小,流注发展速率减慢。     

低气压下棒—板间隙交流放电特性研究及电压校正

为研究低气压条件下棒—板空气间隙放电特性,利用低气压放电试验平台针对100～600 mm棒—板空气间隙在交流电压下的放电电压U_(50)与气压P、间隙距离d的关系进行了试验,分析了2～60 kPa气压范围内P与d对U_(50)的影响,得到了U_(50)与P,d之间的关系曲线并提出了2～60 kPa气压范围内的放电电压校正公式。研究结果表明:在2～60 kPa气压范围内不同棒—板间隙的U_(50)-P曲线均存在明显饱和区,随间隙距离减小饱和区向高气压方向移动,根据试验数据所得放电电压校正公式具有较高的精确度。该研究结果可为低气压下棒-板间隙放电特性研究以及更系统的开展低气压下长间隙特性试验提供参考。     

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。     

强风沙环境汤生电离系数计算

由于西北地区恶劣的气候环境,常年爆发强风沙天气,使高速列车车顶外绝缘常年暴露在强风沙环境中,引发绝缘放电导致事故频发.处于风沙环境下的气体放电特性与静态气体放电特性有较大差异,风沙环境下气流与沙尘对放电电离过程产生重要影响.文中以板—板电极所形成的均匀场为分析对象,考虑强风沙环境下气流速度、沙粒畸变电场和沙粒荷电捕获对...     

操作冲击电压下长空气间隙击穿电压特性研究

基于现有长间隙放电理论和静电场方法,建立流注-先导放电数值仿真模型,并采用该模型研究操作冲击下长空气间隙放电特性.在绝缘设计中,一般参考棒-板间隙击穿电压来确定其他电极结构击穿电压.同时,实验结果表明棒-板间隙的正极性操作冲击击穿电压低于负极性操作冲击击穿电压.因此,通过建立操作冲击下棒-板长空气间隙模型,研究其击穿电...     

含悬浮导体的棒-板间隙工频击穿特性

为揭示工频电压作用下空气间隙介入悬浮导体后的击穿放电特性,论文开展了80 cm棒–板间隙布置不同形式悬浮导体后的击穿放电试验。试验研究了悬浮导体直径及布置位置对间隙击穿电压的影响,并基于高速摄影仪及平面镜搭建的间隙放电观测系统研究了放电过程及其路径特征。研究结果表明:直径与长度之比大于0.6的大直径悬浮导体布置于间隙中部时可抬升间隙击穿电压,同时放电路径出现"绕过"悬浮导体击穿现象。综合放电过程图像及电场仿真结果对绕过发生原因进行了初步解释,指出大直径悬浮导体周围电场弱、表面自由电荷的积累,以及对光电离的阻碍作用是绕过现象发生的重要原因。     

温度对棒—板间隙正流注电晕放电特性的影响研究

目前国内外温度对棒板间隙流注电晕放电特性影响的研究仍不完善.文中基于低温环境流注放电试验平台,利用光电倍增管、ICCD、CCD等弱光检测设备对低温下棒—板间隙的正流注传播特性进行了试验研究和理论分析.研究结果表明,温度降低对棒—板间隙正流注放电具有抑制作用,体现在发光强度和分叉程度随温度降低而减小;在流注电晕存在的电压...     

降雨对棒-棒短空气间隙交流击穿电压的影响

随着电压等级的提升,输电线路以及变电站雨闪事故越来越严重。目前国内外学者对于降雨条件下间隙放电特性的研究有了一定进展,但对于降雨条件下短空气间隙放电特性及机理没有明确结论。通过搭建降雨模拟试验平台,研究降雨强度、雨水电导率、降雨角度对棒-棒短空气间隙交流击穿电压的影响,其中降雨强度为1.8~5.4 mm/min,雨水电导率为200~3 000μS/cm,降雨角度为0°和90°。分别测量2~10 cm间隙下的击穿电压。试验结果表明:降雨强度对棒-棒短空气间隙交流击穿电压的影响明显。降雨强度和雨水电导率的增加都会使交流击穿电压降低,同时,降雨角度也会对交流击穿电压产生影响。     

强风沙对流注放电的影响机理

我国西北地区存在的区域极端沙尘环境引发放电,导致绝缘子发生不明闪络,给电网外绝缘系统的安全可靠运行带来严重威胁。流注放电作为气体间隙放电的重要阶段,现有的流注放电研究主要以静态气体为主,并未考虑风沙对流注放电的影响,因此研究强风沙对流注的产生与发展过程的影响对极端沙尘地区输电线路外绝缘设备的设计与运行具有重要意义。本文以流注放电理论为基础,以板-板电极为分析对象,通过分析强风沙环境中气流和沙粒带来的放电路径偏转、荷电粒子吹离、气体密度下降及沙粒畸变电场与沙粒荷电捕获对放电过程造成的综合影响,推导了风沙环境下正离子产生系数的解析表达式。研究工作对于定量分析风沙环境下气体放电特性及对该环境下外绝缘设计与防护提供了理论参考。     

不同电极结构气液两相介质阻挡放电特性比较

文中以水作为工作溶液,空气作为工作气体,采用电压—电流波形测量、发光图像拍摄、发射光谱分析等手段诊断了网—板电极、管—板电极和刃—板电极结构气液两相介质阻挡放电(DBD)的放电特性,研究了外加电压幅值对这3种电极结构放电产生影响,进一步计算得到了放电功率、传输电荷、分子振动温度和分子转动温度等主要放电参量,研究了他们随外加电压变化的变化规律,并结合放电理论对不同电极结构下气液两相DBD的放电机制进行分析。结果表明,相同条件下网—板电极结构气液两相DBD放电最强,放电功率与传输电荷最大,放电电流可达140 m A。电极布置差异导致电场不均匀系数的不同是放电特性出现差异的主要原因。随着电压幅值的增加,3种电极结构放电增强,放电功率和分子振动温度增加,电子密度也增加。     

气液混合体正极性电晕放电的实验研究

通过实验研究了正棒-板电极间隙中气液混合体直流电晕放电的形态及其伏安特性,结果表明,不仅在棒电极头部有电晕放电现象发生,而且棒电极上的水滴表面也会产生较强的电晕放电。在相同电压作用下,自来水-空气混合体的放电电流最大,纯净水-空气混合体的次之,单纯空气的最小。电流的增大主要与液滴的电导率、运动液滴对局部电场的畸变及对空间电荷的破坏等作用有关。     

棒—棒间隙的直流击穿电压特性

通过对棒一棒间隙的电极直径、下电极高度和间隙长度与其直流击穿电压的影响的研究,提出了确定直流棒—棒校验间隙的几何结构尺寸的原则。