低气压下XZP/XZWP4-160直流绝缘子覆冰闪络特性研究

西电东送超高压直流输电面临绝缘子严重覆冰的威胁。该文在人工气候室内对覆冰XZP／XZWP4-160绝缘子的闪络特性及放电发展过程进行了试验研究。根据试验结果，讨论了覆冰绝缘子直流闪络电弧的发展过程，提出了覆冰绝缘子直流电弧发展速度与影响因素的关系，并分析了覆冰直流绝缘子覆冰闪络时形成二条不同路径的原因，此外，论文讨论了覆冰直流绝缘子闪络电压与极性的关系，并提出随着气压的降低，覆冰绝缘子正负极性闪络电压绝对值的差异逐渐减小。     

Computer-aided design of porcelain insulators under pollutedconditions

The development of a user-friendly, interactive personal computer package for designing insulators to be used in polluted conditions is presented. This is accomplished by integrating a dynamic arc model that computes the pollution flashover voltage within the Microsoft Windows application program. Suspension, station post and pin type insulators of numerous shapes have been incorporated into the package. The model is capable of handling AC and DC voltages, in addition to uniform and nonuniform pollution distributions on the insulator surface. The use of the model as a design tool to predict the insulation requirement for a given system voltage, and as a maintenance tool to determine the critical contamination level (in terms of ESDD) that will cause flashover of the insulator at the operating voltage, has been demonstrated. Wherever possible, comparisons of the model predictions with experimental data have been made, and good agreement has been obtained     

35～1000kV线路绝缘子污闪电压值的估算

针对目前绝缘子污闪电压缺乏系统研究的现状,建立了35~1 000 kV输电线路用普通型绝缘子交流污闪电压的计算模型即展开普通型绝缘子成平面模型后分析交流污闪条件,计算出绝缘子在不同表面污层电导率条件下的临界污闪电压值;对35~1 000 kV输电线路用5种不同吨位的普通型绝缘子进行交流人工污秽试验,获其在各盐密下的50%污闪电压;通过计算值和试验值的对比,可将绝缘子表面污层电导率转化为盐密,从而算出各普通型绝缘子在不同盐密下的交流污闪电压值。试验验证计算结果误差小,说明该模型能够有效估算代表普通型绝缘子的50%污闪电压情况。该研究结果可供各电压等级输电线路外绝缘选择参改。     

高海拔地区玻璃绝缘子的直流污闪特性

为了解决特高压直流输电线路中的外绝缘问题,清华大学深圳研究生院和云南省电力试验研究院合作,通过对两种大吨位玻璃绝缘子在不同盐密、不同灰密、不同染污情况和不同悬挂方式下进行直流污闪特性试验,对其污闪特性作了深入研究。试验表明,玻璃绝缘子和瓷绝缘子直流污闪特性相似;高海拔条件下,由于飘弧现象严重,爬电距离并不能得到有效的利用,故不是影响污闪特性的唯一重要因素;结构高度和绝缘子形状结构在很大程度上可影响飘弧和电弧桥接,因而对污闪特性的影响很大,在一定程度上大于爬电距离对污闪特性的影响;同时分析了非均匀染污情况和不同悬挂方式下的污闪特性及其差异原因。     

Effect of insulator shape on surface discharges and flashover under polluted conditions

Despite the extensive investigations carried out on the pollution performance of outdoor insulators, the flashover characteristic and its interaction with insulator shape is still not very well understood. In this paper, we present findings of experiments which allow quantifying the effects of insulator geometry on the flashover voltage. Two main parameters were considered: the flashover current (maximum magnitude of leakage current just before flashover) and the flashover voltage. Known difficulties related to accurate measurement of these parameters which are due to parallel partial arcs on some insulators, have been quantified using control insulators and simple modelling approaches. Furthermore, the effect of insulator shape on arc length has been quantified using nonuniform pollution techniques.     

A new flashover dynamic model of polluted HV insulators

In this work, a model based on field criterion has been developed to represent the flashover phenomenon, which occurs due to surface pollution on high voltage insulators, under ac voltage. The values of potential and electric field on an insulator surface have been determined using the finite element method (FEM). The open model of the insulator has been used for calculating the resistance in series with the arc, in addition to the values of the leakage current and the arc gradient. As a new approach, this dynamic model uses Lagrange multipliers for the solution of the pollution flashover problem. Both the impedance and the electric field criterion have been used for the propagation of arc on the surface. A computer program called NFDM (new flashover dynamic model) has been developed to achieve this. The results obtained from the program have been compared with theoretical and experimental results of other researchers.     

复合绝缘子与瓷和玻璃绝缘子直流污闪特性比较

为满足我国特高压直流工程建设的需要，该文通过人工污秽试验，对3种超、特高压直流复合绝缘子短样及4种不同型式瓷和玻璃绝缘子的直流污闪特性进行了比较分析。结果表明：复合绝缘子的污秽影响特征指数a为0.267~ 0.291，小于瓷和玻璃绝缘子；其沿面50%闪络电压梯度和爬电距离有效系数均高于瓷和玻璃绝缘子；复合绝缘子耐污性能优于瓷和玻璃绝缘子，污秽越严重，其耐污性能越明显；绝缘子伞裙结构和型式对其污闪特性有重要影响。     

交直流电压下绝缘子放电紫外脉冲与泄漏电流对比分析

绝缘子污闪是威胁电力系统安全可靠运行的主要因素之一,如何有效检测绝缘子污秽状态成为污闪防治的关键。本文基于搭建的污秽绝缘子放电紫外脉冲检测系统,利用人工气雾室开展了不同污秽分布与空气湿度下陶瓷绝缘子放电紫外脉冲检测与泄漏电流对比实验研究。实验结果表明:直流电压下,不同污秽分布与空气湿度下绝缘子放电紫外脉冲数与泄漏电流具有相似的规律,可采用绝缘子放电紫外脉冲数替代泄漏电流检测污秽绝缘子,实现绝缘子污秽状态的非接触检测与评估;交流电压下,不同污秽分布绝缘子放电紫外脉冲数区别不大,难以通过紫外脉冲检测实现不同污秽分布绝缘子的区分。研究工作为输电线路绝缘子污秽状态非接触检测与评估提供了参考。     

丧失憎水性的直流复合绝缘子耐污特性

通过人工污秽试验研究了丧失憎水性的复合绝缘子在直流电压下的污秽闪络特性,给出了两种憎水性状态下的复合绝缘子污闪电压,在憎水性完全丧失状态下时不同表面污秽度下的复合绝缘子50%闪络电压,文中还分析了表面污秽不均匀分布对污闪电压的影响。试验结果表明即使复合绝缘子完全丧失憎水性,其污闪电压较相同长度的瓷或玻璃绝缘子串高20%～50%。     

高海拔、污秽、覆冰环境下超高压线路绝缘子交直流放电特性闪络电压校正研究

根据在人工气候室内对交流160kN级染污瓷质、玻璃及35KV合成绝缘子以及一种形式的直流绝缘子大量的试验研究结果，得出了绝缘子在高海拔，污秽及覆冰条件下不同绝缘子的闪络特性，并分别分析了无覆冰时不同气压，污秽对绝缘子交，直流闪络电压的影响和高海拔污秽地区绝缘子覆冰量的变化对交直流闪络电压的影响；提出了不同海拔高度、污秽程度及覆冰量条件下试验中的各种绝缘子的交、直流闪络电压的初步校正公式及相应的特征指数，本文试验研究结果认为；绝缘子闪络电压随海拔升高，污秽加重和覆冰增加而呈幂函数或指数函数降低，而表征其下降速度的特征指数则与绝缘子型式，电压类别、污秽程度及覆冰量有一定关系。     

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。     

低气压下复合绝缘子长串直流污闪特性

由于复合绝缘子具有的耐污性能好的优越性,我国正在建设的云广±800kV直流特高压线路也将采用复合绝缘子。为研究绝缘子面临的污秽和高海拔的综合影响,利用大型多功能人工气候室试验研究了低气压下复合绝缘子直流污秽闪络特性,结果表明:用升压法获得的复合绝缘子闪络电压比用升降法获得的50%耐受电压约高7%;复合绝缘子闪络电压与长度基本呈线性关系;气压对复合绝缘子直流污秽闪络电压的影响程度指数为0.6～0.8且受污秽度的影响;在盐密为0.05mg/cm2时,±800kV直流特高压线路所需复合绝缘子长度的基本配置应≥8.2m。     

真空中高压电极结构的单次脉冲沿面闪络耐压研究

电极作为高压绝缘子的加载对象,在电真空器件中有着至关重要的作用,合理的电极结构设计可以有效地提高高压器件的沿面耐压。笔者从实际的应用出发,针对几种新型电极结构进行了电场仿真和实验耐压实验,给出了不同电极情况下,氧化铝陶瓷的耐压结果。结果表明,新型电极结构能有效减弱氧化铝陶瓷三结合处的电场强度,并在一定程度上提高绝缘子耐压能力,相对于平板电极,其平均最高耐压提高了55%。     

高海拔地区直流输电线路外绝缘特性研究

为给高海拔地区特高压直流输电线路绝缘子的选择及外绝缘的设计提供参考,在实际高海拔条件下采用恒压升降法详细研究了瓷、玻璃和复合绝缘子的直流污闪特性,其内容主要包括:不同悬挂方式和污秽分布情况对瓷绝缘子污闪特性的影响;2种大吨位玻璃绝缘子直流污闪特性的对比及550 kN玻璃绝缘子V串与I串污闪电压的比较;比较3类绝缘子直流污闪特性。试验结果表明:悬挂方式及污秽分布情况对瓷和玻璃绝缘子有较大影响;复合绝缘子的直流污闪特性明显优于瓷和玻璃绝缘子;爬电距离不是决定复合绝缘子直流污闪电压的唯一因素,合理优化复合绝缘子的伞裙结构可有效提高其单位绝缘高度的直流污闪电压。     

高海拔地区大吨位绝缘子直流污闪特性研究

为了研究实际高海拔条件下大吨位瓷和玻璃绝缘子染污放电特性,给高海拔地区特高压直流输电线路绝缘子的选择及外绝缘设计提供参考,在实际海拔1970 m条件下,利用±250 kV直流污秽试验电压,采用恒压升降法,对大吨位瓷和玻璃绝缘子的直流污闪特性进行了详细研究。试验结果表明:大吨位瓷和玻璃绝缘子的直流污闪特性相差不大;盐的种类、灰密大小及污秽分布情况对大吨位瓷绝缘子直流污闪特性影响较大;伞形对绝缘子表面电弧发展特性影响较大,使得不同伞形绝缘子的直流污闪电压差别较大。因此,在高海拔地区特高压线路外绝缘选型和设计中要充分考虑这些因素的影响。     

特高压直流输电线路外绝缘设计和绝缘子选型

污秽外绝缘问题是我国直流特高压输电工程建设中最关键的技术问题之一。瓷和玻璃绝缘子已经不能满足我国特高压直流输电工程外绝缘的要求,复合绝缘子是解决该问题的必然选择。目前国内外虽然对复合绝缘子的直流污闪特性进行大量的研究,但对其人工污秽试验方法及输电线路绝缘子选型等外绝缘设计的一系列基础问题尚没有解决。为此提出了特高压直流输电线路外绝缘设计和复合绝缘子选型需要开展的研究,并对比了3种不同材料绝缘子的直流污闪特性,最后详细的论述了复合绝缘子伞裙结构的优化设计。     

±800 kV长串绝缘子污闪特性及绝缘子选择研究

对±800 kV直流输电线路上可能用到的几种典型大吨位绝缘子的污闪特性进行了系统的人工污秽试验研究。针对线路中可能用到的V型串及双I串并联结构,通过试验分析了它们对绝缘子串污闪电压的影响。结果表明,大吨位绝缘子的直流污闪电压与串长之间仍存在较好的线性关系,V型绝缘子串的污闪特性与I型串基本一致,可以直接使用I型串的试验结果,但并联绝缘子串间距对绝缘子串污闪特性存在显著影响,且串长不同时,并联绝缘子串间距对其污闪电压的影响效果不同。基于上述试验结果,并考虑了现场等值盐密与试验盐密的校正关系,给出了±800 kV特高压直流输电工程外绝缘参数计算和线路绝缘子选型的方法。     

染污绝缘子串直流污闪放电的电路模型

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以平板模型为基础。以7片串XP–160绝缘子为例,开展染污绝缘子串直流污闪电路模型的研究。根据高速摄像机拍摄的结果得知,染污绝缘子串直流污闪放电过程中局部电弧存在飘弧现象,即局部电弧由沿面电弧和空气间隙电弧2部分组成;提出染污绝缘子串直流放电过程的电路模型由剩余污层电阻、沿面电弧和空气间隙电弧串联组成;根据模型推导得到染污绝缘子串直流污闪电压的污秽影响特征指数在0.22~0.34之间,并从理论上解释了不同型式绝缘子污秽影响特征指数存在差异的原因。     

±500 kV兴安直流线路复合绝缘子积污特性

受静电吸尘效应等影响,直流输电线路绝缘子积污相比交流输电线路的绝缘子较严重,污闪风险较大。测量、研究实际运行的直流线路绝缘子积污特性,有利于电力系统开展外绝缘配置、污闪防治工作,保障系统安全稳定运行。通过人工上塔擦拭的方法,采集±500 kV兴安直流线路实际运行的复合绝缘子表面污秽,测量其等值盐密,研究线路绝缘子积污特性。研究结果表明：±500 kV兴安直流线路复合绝缘子表面积污较轻,等值盐密都在0.025 mg/cm2以下,表面积污受污染源影响,2个直流极积污情况基本一致。复合绝缘子污秽沿串呈现两端大中间小的U形曲线分布,63%的取样样品上表面积污重于下表面,不同插花型式中小伞裙积污最严重。直流线路复合绝缘子积污特性与交流线路存在明显差异。     

基于广义时域有限差分的复合绝缘子干区形成机理研究

复合绝缘子的污闪主要为电弧发展和干区形成交替发生引起的闪络。目前对于绝缘子沿面电弧发展已有深入研究,但干区形成机理及过程由于其随机性并未得到全面分析。文中通过广义时域有限差分法,计算复合绝缘子表面电热耦合场,对干区形成和电弧发展进行了建模,以此研究干区影响电弧形成的机理和绝缘子几何尺寸的优化策略。同时,文中展开了积污条件下复合绝缘子闪络实验,将实验结果与仿真结果对比验证了仿真模型的准确性。结果表明:广义时域有限差分法适合绝缘子附近多场计算,可降低计算复杂度;在绝缘子电极以及电弧附近更易产生干区;通过优化绝缘子的几何尺寸,可以在不增加绝缘子爬电距离的条件下降低闪络击穿的概率。