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%。     

迎背风不均匀污秽下支柱绝缘子直流污闪特性

运行情况表明,在单向风或一定地形条件下,支柱绝缘子表面污秽呈现迎背风不均匀分布进而影响其闪络特性,但国内外对此研究甚少。以典型支柱绝缘子为例,对其开展了迎背风不均匀染污下的直流污闪试验,分析了迎背风不均匀污秽对闪络电压和闪络过程的影响,仿真分析其表面泄漏电流密度,最后对闪络电压进行了校正。研究结果表明:与均匀污秽相比,支柱绝缘子迎背风不均匀污秽下的直流闪络电压Uave会降低;降低程度与迎/背风面盐密比m和背风面面积占比k都有关系,且m对Uave的影响程度大于k;迎/背风不均匀污秽和盐密(salt deposit density,SDD)对支柱绝缘子直流污闪电压的影响是相互独立的;局部放电和电弧大多产生在背风面,并且背风面的小伞下表面更容易产生局部电弧;迎背风不均匀污秽下支柱绝缘子闪络电压校正满足U=aSDD-b[1+c×l og m]关系,c值在0.12～0.22之间且与k值有关。     

绝缘子直流污闪电压计算

在现有污闪机理的基础上,提出一种能反映直流污闪基本特点,并计算绝缘子直流污闪电压的数学模型。这一模型以电弧的发展过程为主要研究对象,关注和描述电弧发展的每一时刻的特征。通过编程计算,用这一模型计算出各型绝缘子的直流污秽闪络电压。和国内外研究者所作的人工污秽绝缘子直流闪络实验数据相比较,计算数据与实验数据的相关性分析表明了模型的有效性。     

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.     

污秽悬式绝缘子的交流污闪计算模型

为了更好地研究不同附盐密度绝缘子的污闪过程及预测其污闪电压,选取了普通型LXY-160、钟罩型FC-16P和空气动力型FC-160D为研究对象,求取其按爬电距离展开的平板模型,即绝缘子的泄漏距离对应于平板模型的长,沿绝缘子泄漏距离各点处的圆周长对应平板模型的宽。忽略局部电弧的一些随机性状态,统一认为:导致污闪的局部电弧都是从平板模型两端同时起弧并逐渐相向发展,发展到临界长度时两端同时存在电弧。以此为基础,引入飘弧系数K,推导了剩余污层电阻表达式和双电弧污闪计算模型的临界条件,并编程求解了3个平板模型上、下表面临界电弧长度和临界闪络电压。还制作了3种绝缘子的平板模型进行人工污秽试验,获其50%污闪电压。比较计算结果和试验结果,可见双电弧污闪计算模型能较好地对污闪电压值作出定量估算。轻污时飘弧现象不严重,试验电压点一般介于K=1和K=1.2两条曲线之间;重污时飘弧现象比较严重,试验点主要集中在K=1.2和K=1.5两条曲线之间。     

不均匀污秽下110 kV绝缘子串电场分布

研究了110 kV XWP-160绝缘子在洁净和污染条件下的电位和电场分布,分别在洁净、均匀污染和不均匀污染条件下对绝缘子串进行了COMSOL仿真,设置了不同污秽等级。模拟过程中发现,电场分布整体“马鞍”形状,中部电场较低且平稳;贯通电极的湿污秽有使高压电极附近电位分布变平缓的趋势,电位分布均匀,且污秽均匀时效果较好;随着上下表面不均匀程度的增加,瓷绝缘子串闪络电压增加,因为各畸变电场位置很难形成放电。研究结果将进一步加深对XWP-160绝缘子在各种不均匀污秽环境下的性能的认识。     

重污区接触网污闪防治工作的探讨——建立接触网绝缘子污秽监测系统

接触网绝缘子受所处空间环境影响较大,如果所处环境空气质量差,周边存在较大的污染源,则接触网绝缘子表面很容易形成积污,在恶劣天气下引起绝缘子在正常工作电压下发生污秽闪络,影响电气化铁路的正常运行,给运输生产造成较大影响。通过科技手段监测接触网污秽发展情况,及时采取预防措施,可减少污闪发生的概率。     

双伞型绝缘子交流污闪电压值的计算

为了研究双伞型绝缘子交流污闪电压与绝缘子结构参数之间的关系,在国内外对污秽绝缘子闪络机理研究的基础上,通过将双伞型绝缘子展开成平面模型,建立了双伞型绝缘子交流污闪电压的计算模型,通过该模型可计算出双伞型绝缘子在污秽闪络发展过程中的临界弧长和剩余污层电阻,从而可估算其在各盐密下的污闪电压。为了验证计算模型的合理性,选择了XWP-70、XWP-300、XWP-420共3种型号绝缘子进行不同盐密下污闪电压值的实例计算,并对这3种绝缘子进行各盐密下的交流人工污秽试验。结果表明,利用计算模型估算出的污闪电压与人工污秽试验所得的污闪电压非常接近,说明了该计算模型对交流双伞型绝缘子污闪电压的估算是适用的。     

基于有限元法的绝缘子污闪模型

为了分析某些因素对绝缘子交流污闪电压的影响,将有限元法用于平板型污层剩余电阻的计算,并将计算结果用于Obenaus污闪模型去预测交流污闪电压。将有限元法的计算结果与Wilkins公式以及人工污秽试验结果进行了比较,验证了有限元法用于剩余污层电阻计算的有效性。由于需要建立和分析的模型数量很大,结合MATLAB、BCB、ANSYS实现了ANSYS中的自动建模以及剩余污层电阻的自动计算,大大减少了工作量。在此基础上分析了污层形状、电弧数量、弧长比例、电弧位置对交流污闪电压的影响。结果表明：满足形状因数不变时,更符合实际情况的多边形污层对应污闪电压始终要大于矩形污层对应的污闪电压;随着电弧数量的增加污闪电压明显增大;上下金具弧长比例对污闪电压基本没有影响;上下金具弧长位置对污闪电压影响不大。     

支柱绝缘子上下表面不均匀积污负极性直流闪络特性

支柱瓷绝缘子在直流换流站得到普遍使用,近年的研究表明支柱瓷绝缘子的积污特性为上表面积污较下表面严重。对ZSW56-126/8绝缘子采用人工涂污法进行该积污特性下的直流闪络特性进行研究,试验得到各不均匀度下的闪络电压,用最小二乘法拟合闪络电压与盐密的关系,得出上下表面不均匀积污的直流闪络特性。分析了不均匀积污对绝缘子表面电导率的影响,得到了等值电导率关于不均匀度的函数。基于等值电导率函数推导出不均匀污秽闪络电压修正系数理论表达式,通过比对试验结果进行了校验,为不均匀污秽闪络电压变化提供了理论依据。同时,对比分析了修正系数经验公式,拟合得到带修正系数闪络电压表达式,通过误差计算进行了校验。可得如下结论:支柱绝缘子上下表面不均匀积污情况下,直流闪络电压U_f和盐密ρ_SDD满足经验公式U_f=aρ_SDD^-b,系数a与不均匀度正相关,且a随不均匀度的增加而变大,指数b值不受不均匀度的影响;支柱绝缘子上下表面不均匀积污将影响其表面污层电导率,进而影响其闪络电压。     

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。     

高海拔下特高压直流绝缘子的污闪特性

为了研究高海拔条件下±800kV直流输电线路用绝缘子的污闪特性,对不同类型的大吨位大盘径瓷和玻璃绝缘子,在不同污秽、不同气压条件下进行了系列的人工污秽试验,并对试验结果进行了分析。试验结果表明,随着海拔高度的升高,污秽绝缘子的闪络电压会有规律地降低。根据对不同绝缘子在常压以及高海拔条件下耐污闪性能的比较,提出了±800kV直流线路绝缘子选型建议。     

绝缘子污秽度检测与污闪预警研究综述

概述了现今绝缘子污秽度检测方法的优缺点,提出泄漏电流是污闪预测中最为重要和科学的参量.分析了泄漏电流特征量提取的时域和频域的各种有效方法,及各方法的优点和局限性.结合绝缘子的污秽特点,指出了今后绝缘子污秽检测方法的研究方向和重点是应建立基于泄漏电流的多参量的综合预警模型.     

试验方式对瓷和玻璃绝缘子串直流污闪特性的影响

绝缘子人工污秽闪络试验3种常用的电气试验方法,包括均匀升压法、50%耐受电压法和最大耐受电压法。目前,国内外对试验方法影响绝缘子直流污闪特性的研究很少,该文基于人工气候室内7片染污瓷和玻璃绝缘子串(XP-160、XWP2-160、LXY4-160、LXHY3-160)直流闪络特征的测量,比较了3种电气试验方法下绝缘子串的直流污闪电压的差异。结果表明:试验方法对绝缘子的直流污闪电压有影响;对于相同类型的绝缘子,直流闪络电压与等值附盐密度(ESDD)拟合公式均满足负幂指数函数关系,与使用的电气试验方法无关。因此,可以根据试验的具体情况,选择适当的试验方法。     

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。     

直流输电线路Y型绝缘子串污闪特性研究

开展了用于500 kV线路Y型绝缘子串的人工污秽试验研究,绝缘子染污采用固体层法,试验结果表明,Y型绝缘子串与悬垂串相比,直流污秽闪络电压可提高约9%。在500 kV输电线路上采用Y型绝缘子串时,在不同污区单串采用的绝缘子片数可比单悬垂串略微减少。Y型绝缘子串用于重污秽地区输电线路时,可减小杆塔尺寸,降低工程造价。文章还提出了在不同污秽地区所需要的绝缘子片数,为500 kV直流输电线路设计中采用Y型绝缘子串提供了参考依据。     

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。     

低气压下绝缘子串直流污闪放电模型及验证

为揭示低气压下染污绝缘子串闪络机理,并为低气压地区外绝缘选择和设计提供参考,在人工气候室模拟低气压条件,以7片串XP-160绝缘子为例,进行了不同低气压、污秽下绝缘子直流放电特性试验研究,并拍摄了其放电过程。试验结果表明:低气压下直流污闪放电过程中局部电弧存在飘弧现象,因此提出低气压下染污绝缘子串直流放电过程的电路模型是由剩余污层电阻、沿面电弧和空气间隙电弧串联组成;根据模型计算所得的临界污闪电压与实测值的误差在10%以内;揭示了静电力和热浮力随气压变化规律的差异是低气压下局部电弧发展中飘弧现象更严重的主要原因。     

线路绝缘子非均匀染污方法及污闪特性

目前人工污秽试验中绝缘子染污采用均匀涂抹,而自然污秽受风力、雨水、绝缘子形状、污秽粒径等因素影响,在绝缘子表面非均匀累积,非均匀积污对绝缘子U_50%产生影响,通过对多地区、大范围绝缘子自然积污特性研究,获得不同伞形绝缘子上下表面积污特性的差异性规律,提出了基于绝缘子自然积污规律的上下表面非均匀染污方法,开展了交/直流电压下绝缘子非均匀染污人工污秽试验,获得了非均匀染污下污闪特性曲线,采用绝缘子上下表面非均匀染污方法对绝缘子进行染污更接近绝缘子实际运行工况,人工污秽试验结果更准确合理。试验结果表明：上下表面染污非均匀度越大,U_50%值越大;随着染污非均匀度增大,U_50%增大幅度减小,逐渐趋于饱和。主要结论对绝缘子串长优化及选型具有重要参考意义。