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。     

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。     

淋雨对短空气间隙操作冲击放电影响的实验研究

为研究降雨条件下空气间隙的操作冲击放电特性,通过实验对比研究获得了干燥和淋雨条件下间隙距离为10～60 cm球-板、棒-板间隙正极性操作冲击放电曲线。研究表明淋雨造成球-板间隙正极性操作冲击击穿电压降低幅度大于棒-板间隙;雨量大小对棒-板间隙击穿电压的影响不明显;雨量为0.5～3.9mm/min时,直径10cm球电极间隙距离30cm,操作冲击击穿电压较干燥条件降低15.8%～32.6%;雨水电导率为100～2000μS/cm时,击穿电压随电导率的增加而降低,但随着间隙距离的增加,球-板、棒-板间隙操作冲击击穿电压降低幅度减弱,且雨水电导率对球-板间隙操作冲击击穿电压的影响更为明显;雨水的存在会使放电时延较干燥时有变短趋势,使间隙在波前击穿的几率增大,且雨水通道会影响放电的发展路径。     

长棒形瓷绝缘子的冲击电压放电特性

为了研究长棒形瓷绝缘子的冲击电压放电特性,在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室分别进行了串长为2～5节(干弧距离2.9～7.25m)的单串和双串并联布置方式下的操作冲击和雷电冲击试验,得到了该型绝缘子50%放电电压与干弧距离的关系,研究了引弧环、均压环及绝缘子串并联间隙距离对50%放电电压的影响。试验结果表明,操作冲击放电电压与干弧距离为非线性关系,雷电冲击放电电压随干弧距离增加而线性增大;引弧环和均压环对长棒形瓷绝缘子操作冲击放电电压无影响,但对雷电冲击放电电压影响较大,相比无引弧环和均压环时降低了11.7%;在50～60cm的并联间隙距离下,双串并联布置对操作冲击和雷电冲击放电电压基本无影响。     

高海拔条件下沙尘暴天气对线-板间隙工频击穿电压的影响试验研究

本研究参考西藏、新疆、青海等地沙尘暴高发地区输电线路走廊附近沙尘参数的调研结果,以及沙尘暴天气的相关气象资料确定了模拟风沙试验中风速、粒径、浓度、荷质比等具体参数,并搭建了一套模拟风沙试验装置。利用该装置,在海拔2 200 m地区开展了模拟风沙条件对间隙外绝缘工频放电电压的影响试验。结果表明：模拟沙尘环境仅会降低间隙距离为0.2 m以下短间隙的工频放电电压,而不会降低间隙距离为0.2m以上长空气间隙的工频放电电压;空气中带电沙尘本身不是造成间隙跳闸放电的根本原因。     

高速沙尘环境对针-板电极击穿电压的影响

为了探明沙尘环境下高速列车车顶绝缘部件闪络机理,依托自建的风洞试验系统进行了沙尘环境下针-板电极间隙击穿试验,通过分析沙尘浓度、风沙速度、间隙距离、沙粒粒径等因素对间隙击穿电压的影响,揭示了高速沙尘环境对间隙放电影响的基本规律。结果表明:间隙击穿电压随沙尘浓度的增加而下降,随间隙距离的增加而增加;有风有沙和有风无沙条件下击穿电压均随着风速的增加呈先上升后下降的趋势,且有风有沙下的击穿电压比有风无沙下的低;随着沙粒粒径的增加,击穿电压先下降后上升,存在极小值。以上研究为沙尘环境中高速列车车顶高压绝缘提供理论基础。     

大容量电力设备标准雷电冲击现场试验技术

随着电压等级的提高,气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)等电力设备电容量增大。现场耐压及绝缘试验作为GIS设备投运前的最后一道关口,是提高入网质量的重要保障。为此,结合国内外SF6间隙放电特性研究成果,发现极不均匀电场中SF6间隙工频或直流击穿电压随气压变化会出现"驼峰"现象,高气压下间隙击穿电压和电晕起始电压相近;随冲击电压波前时间增加,间隙放电电压升高可达10%~20%。解释了现行交流耐压与局部放电试验检测GIS绝缘缺陷的局限性,阐明了开展现场雷电冲击试验的必要性及其技术瓶颈,并分析了冲击电压检测绝缘缺陷的有效性。基于研制的新型紧凑型低电感冲击电压发生器,提出大容量电力设备标准雷电冲击现场试验技术,并在特高压南京站得到应用。此外,还从提高绝缘检测有效性出发,提出了现场耐压与绝缘检测试验改进方案。     

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。     

冲击电压作用下真空间隙的绝缘特性研究

研究了真空间隙在标准雷电冲击电压作用下的绝缘特性,分析了击穿放电能量和加压时间间隔等因素对真空间隙伏秒特性的影响。     

极不均匀电场中CF3I-CO2混合气体雷电冲击绝缘特性的研究

以含10%CF_3I气体的CF_3I-CO_2混合气体为研究对象,研究了极不均匀电场中CF_3I-CO_2混合气体在正、负极性雷电冲击电压下的绝缘特性。结果表明:在0.1～0.3 MPa气压内,极不均匀电场中CF_3I-CO_2混合气体在正、负极性雷电冲击电压下的50%击穿电压均随着电极间隙距离的增大而逐渐升高,且增长趋势近似为线性,但在0.3 MPa气压下,正极性雷电冲击电压下的50%击穿电压曲线则呈现出一定程度的饱和趋势;当间隙距离较大时,极不均匀电场中CF_3I-CO_2混合气体在正极性雷电冲击电压下的50%击穿电压均比负极性雷电冲击电压下的低;但当间隙距离较小时,CF_3I-CO_2混合气体在正极性雷电冲击电压下的50%击穿电压比负极性雷电冲击电压下更高。     

高温状态下棒-板间隙的冲击击穿特性研究

研究了高温状态雷电冲击和操作冲击作用下的空气间隙击穿特性 ,发现雷电冲击棒 -板间隙击穿电压随温度升高而下降 ,其规律符合 U=U0 δ0 .5。负极性操作冲击击穿电压随温度增加下降速度大于雷电冲击 ,正极性操作冲击击穿电压先随温度增加而下降 ,再随温度增加而增高 ,温度 5 70K时间隙击穿电压达最大值 ,其后又随温度增加而下降     

高海拔长绝缘子串并联间隙雷电冲击放电特性及其失效性

绝缘子串并联间隙能够为雷电泄放提供通道从而有效保护绝缘子。目前并联间隙的研究中关于高海拔条件下长绝缘子串并联间隙雷电冲击放电特性及其失效性的研究较少。为此,基于高海拔输电线路实际绝缘配置,在云南电网公司超高压交流户外试验场进行了220 kV长复合、玻璃绝缘子串并联间隙雷电冲击放电特性及其失效性的研究。结果表明:高海拔条件下并联间隙形状对长绝缘子串的雷电冲击放电特性影响不大;长绝缘子串并联间隙的雷电冲击50%放电电压随间隙距离的增大而升高,相应的伏秒特性曲线亦上移;不同材质长绝缘子串并联间隙的失效性规律不同,长复合绝缘子串的失效概率存在1个闭区间,而长玻璃绝缘子串的失效概率随雷电冲击电压的升高而近似以线性规律增大。     

大气条件对空气间隙放电特性的影响及其数值解析式

空气间隙放电与大气条件有关。将常态大气条件下的普通空气作为研究对象,探讨了不同大气条件下空气隙在耐受工频电压和雷电冲击电压下的放电特性,获取了因大气条件变化而导致空气隙的工频与雷电冲击击穿电压的波动范围,并建立了对应的数值解析式。该式能把工频电压和雷电冲击电压下空气隙的放电曲线箍在特定的范围内。实测结果表明所建立的数值解析式与试验值有较好的吻合性。     

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.     

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。     

盐雾对棒——板短空气间隙雷电冲击特性影响研究

目前国内雾霾天气对输电线路外绝缘的影响不容忽视,因此通过盐雾模拟雾霾天气,研究盐雾对短空气间隙雷电冲击击穿电压的影响具有重要实际意义。文中选择击穿电压最低的棒—板空气间隙为模型,分别对5、10、15 cm空气间隙,不同雾水电导率下进行雷电冲击电压击穿试验。结果表明,短空气间隙雷电冲击击穿电压受雾水电导率和空气间隙距离的共同影响,棒—板短空气间隙雷电冲击击穿电压随雾水电导率增大而减小,并且雾水电导率对击穿电压的影响程度随间隙距离增大而减小。通过粒子群算法(particleswarm optimization,PSO)对实验据进行拟合,得到了相应短空气间隙下雷电冲击击穿电压的计算公式。文中结论对如何加强雾霾环境下的输电线路外绝缘强度具有指导意义和重要参考价值。     

1000 kV线路杆塔空气间隙距离选择

特高压(UHV)线路空气间隙距离研究是UHV线路工程设计的基本参数,而前苏联、日本的相关工程参数也与我国情况不同。为此介绍了中国晋南荆1000kV输电线路杆塔空气间隙距离选择的原则、方法和结果。由于塔宽和试验电压波前时间对特高压线路杆塔空气间隙的放电电压有明显的影响,故采用特高压真型杆塔进行空气间隙的放电电压试验,操作冲击试验电压的波前时间为1000μs,和特高压线路操作过电压的实际波前时间比较接近。工作电压下空气间隙距离的选择考虑了最大工作电压、100a一遇的最大风速、多间隙并联对放电电压的影响并取闪络概率为0.13%,得到海拔500、1000、1500m时工作电压下的最小空气间隙距离分别为2.7、2.9、3.1m。操作冲击下空气间隙距离的选择考虑了沿线最大的统计(2%)操作过电压水平为1.7p.u.、操作过电压波前时间取1000μs、多间隙并联对放电电压的影响、计算风速为0.5倍最大风速、闪络概率为0.13%,得到海拔500、1000、1500m时的最小空气间隙距离中相分别为6.7、7.2、7.7m,边相分别为5.9、6.2、6.4m。试验结果表明,边相导线对杆塔的空气间隙距离受工作电压控制,中相导线对杆塔的空气间隙距离受操作冲击电压控制。雷电冲击下的空气间隙距离对杆塔塔头尺寸不起控制作用,可以不规定雷电冲击下的空气间隙距离要求值。     

长空气间隙放电特性研究综述

为获得长空气间隙在不同间隙距离、不同电压类型、不同电极结构下的放电规律,介绍了国内外长空气间隙放电特性研究的代表性成果,分析了棒-板和棒-棒间隙在不同间隙距离、不同冲击电压波前时间下的放电特性,给出了典型的放电特性曲线。对美国、日本和中国开展的输变电杆塔间隙试验结果进行了分析,介绍了线路和变电站相-地和导线相间空气间隙试验结果,对比了不同塔型结构条件和波形条件的影响。研究表明随间隙距离的增大,棒板间隙临界放电电压对应的波前时间逐渐增大;塔宽对杆塔间隙操作冲击下的放电电压有明显的影响;随着操作冲击电压的升高,海拔对操作冲击放电电压降低的作用减小。该综述是对目前国际上典型间隙和输变电间隙放电特性研究成果的总体分析,可为绝缘设计提供依据。     

青藏直流工程换流站交流侧外绝缘特性

为获得我国青藏高海拔地区220kV换流站设计依据,结合我国青藏高海拔±500kV直流工程,在4000m左右高海拔地区,开展220kV换流站真型构架典型电极以及棒-板操作冲击、雷电冲击试验研究。利用升降法在2.5～4.0m间隙距离内给出换流站交流侧典型电极操作、雷电冲击放电特性曲线。讨论不同海拔高度下操作冲击和雷电冲击放电电压的校正方法,并给出海拔或大气校正因数。通过分析试验数据,推荐换流站交流侧软母线对构架最小空气间隙的选择方法。研究结果表明,在相同的间隙距离下,棒-板间隙的冲击放电电压较典型电极低,同时,在4000m海拔高度下,雷电过电压成为控制换流站构架尺寸的主导因素。     

500kV同塔双回垂直排列紧凑型塔头空气间隙放电特性的试验研究

与500 kV传统紧凑型布置相比,采用500 kV同塔双回垂直排列紧凑型(DVC)布置的杆塔可进一步减小线路走廊,降低塔高高度。为研究其特殊的导线布置和杆塔结构对空气间隙放电特性产生的影响,采用实尺寸模拟塔头,对500 kV DVC杆塔进行了操作冲击和雷电冲击放电特性试验,对比了不同极性操作冲击电压下相间放电电压的差异。结果表明:500 kV DVC杆塔的上、中和下相的相对地操作冲击和雷电冲击放电电压均相差很小;相间不同导线施加电压的极性会影响相间放电特性,设计时应按照偏于严格的试验结果选择间隙距离。试验结果可供实际500 kV DVC杆塔设计参考。