伞裙结构对绝缘子表面流注发展特性的影响

绝缘子伞裙结构的设计要考虑诸多影响因素,合理的设计绝缘子的伞裙结构可以提高沿面闪络电压,保证输电线路供电的可靠性。研究了伞裙结构对沿面预放电(流注放电)特性的影响,从如何抑制沿面流注放电的角度探讨了绝缘子伞裙结构的设计。从沿面流注放电的试验结果发现:光滑圆柱绝缘子表面流注拥有两个分量,即"沿面分量"和"空气分量",而带伞裙的绝缘子表面流注"沿面分量"不能越过伞裙传播到达上极板,只有"空气分量"可以到达上极板。此外,带伞裙绝缘子表面流注稳定传播场强大于光滑绝缘子表面流注稳定传播场强。沿面流注稳定传播场强与伞裙直径成正比,而相同电场下的流注传播速度则和伞裙直径成反比。伞裙位置对流注传播特性也有很大影响,在一定距离范围内,伞裙越靠近流注起始位置,流注传播越困难。     

绝缘介质表面流注传播特性与闪络特性的关系

绝缘介质表面流注发展过程是沿面闪络中最为重要的物理过程。利用紫外仪拍摄了空气中和不同绝缘介质表面流注传播路径,发现绝缘介质表面流注拥有‘沿面’路径和‘空气’路径两个路径。带伞裙的绝缘子表面流注"沿面分量"不能越过伞裙传播到达上极板,只有"空气分量"可以到达上极板。通过提高平板间所加电压,研究了空气间隙和绝缘子闪络特性,分析了流注稳定传播场强和50%闪络电压的关系。利用照相机拍摄了光滑绝缘子和不同伞裙结构下绝缘子沿面闪络的路径,将流注发展路径和沿面闪络路径进行对比,建立了光滑绝缘子及不同伞裙结构绝缘子表面流注路径和沿面闪络路径之间的关联。     

绝缘介质表面流注发展特性的机理研究

绝缘介质表面流注的发展是沿面闪络中的重要的物理过程,研究绝缘介质表面流注的发展特性有助于揭示沿面闪络的机理,对输电线路及电力设备的绝缘设计有着重要的意义。在“三电极”结构中,利用光电倍增管测量不同绝缘介质表面流注传播概率和传播速度随平板间电场强度的变化规律：绝缘介质表面流注传播所需的稳定传播场强大于流注在空气间隙中稳定传播的场强;同时,在高场强下,绝缘介质表面流注拥有“沿面分量”和“空气分量”2个分量,而流注在空气间隙中传播时不存在“沿面分量”,只有“空气分量”。此外,不同绝缘介质表面流注稳定传播场强和传播速度存在差异：沿面流注的稳定传播场强与介质的介电常数成正比;流注的传播速度与介质的介电常数的关系不太明显,主要与介质表面电荷附着效应和光致电子发射效应有关。     

绝缘子表面污层位置对流注放电的影响

为研究流注的产生和传播对污闪过程的影响因素,利用3电极结构,通过光电倍增管得到的光脉冲信号来检测流注在极板间的传播过程,得到了流注的传播概率曲线和传播速度。通过比较测量结果,对绝缘子表面不同位置涂覆污秽层时的传播特性进行研究。研究表明:污秽带的位置对流注的稳定传播电场影响很大,污秽带涂覆在绝缘子表面上、中、下3个位置时,流注放电的稳定传播电场分别为503、598、646 kV/m;外加电场相同时,流注的传播速度随着污秽带向下移动而不断减小。仿真计算的结果表明:污秽带涂覆不同位置时绝缘子表面电场分布畸变很明显,污秽带位置不同,电场畸变也有所不同,在污层区域平均电场有明显减小。污层影响绝缘子表面的电场分布,导致流注传播特性产生变化。     

涂抹RTV的绝缘介质表面流注传播特性的研究

近年来RTV涂料广泛应用于输电线路绝缘子上,用来提高绝缘子在污秽状态下的绝缘能力。在长期的运行中,RTV涂层在表面局部放电的作用下将逐步丧失憎水性,绝缘能力也将下降。RTV涂层沿面局部放电将加速RTV涂层的老化,因此,有必要深入研究RTV涂层表面局部放电特性。介质表面局部放电的过程包含电晕放电、流注放电和电弧放电。流注放电是物理过程最复杂的,因此,本文将着重研究RTV涂层的表面流注放电特性。在"三电极"结构中,利用3个光电倍增管测量洁净和涂抹RTV涂料的绝缘介质流注传播特性。发现涂抹RTV涂料的尼龙介质表面流注稳定传播场强增加;相同电场强度下,流注传播速度降低。此外,不同厂家的RTV涂料在流注传播特性上存在差异,有些涂料不利于流注的发展,因此,将造成不同的涂料应用于输电线路时表面局部放电状况也会存在差异。     

气压与湿度对绝缘介质表面流注发展特性影响的试验研究

目前,正在建设和规划的特高压线路大多将经过高海拔地区,沿线复杂的气象条件(气压、湿度)将使输电线路及电力设备的绝缘状况面临严峻的考验。因此,有必要重点研究气压、湿度变化对绝缘介质沿面闪络特性的影响,为特高压输电线路的绝缘设计提供理论依据。通过研究流注放电特性,从放电机制上探讨环境因素(气压、湿度)对沿面闪络特性的影响。在"三电极"结构中,利用光电倍增管测量了不同气压、湿度条件下绝缘介质表面流注传播特性。试验结果表明:流注稳定传播场强分别与气压、湿度成正比例关系;在相同的电场强度下,流注平均传播速度、流注头部发光强度都分别与气压、湿度成反比例关系。因此,流注在低气压、低湿度情况下容易发展,流注稳定传播场强较小,相同电场强度下,流注平均传播速度、流注头部发光强度较大。     

低温环境下绝缘介质表面流注放电特性

目前国内外关于低温条件下绝缘介质表面流注传播特性的研究较少,针对流注的相关试验研究主要在常温下进行。为研究低温低湿环境下绝缘介质表面流注的传播特性,在冰箱冷冻室内利用"三电极"结构研究了均匀场下绝缘介质表面流注的传播特性。主要的测量手段是利用3个光电倍增管来监测流注在介质表面的传播过程。测量了在不同温度下不同绝缘介质表面流注的传播概率,通过数据拟合得到流注的稳定传播场强,并且测量了在不同外加电场强度下流注传播速度的变化规律,最后研究了不同温度条件下流注传播特性的差异。试验结果表明:在低温低湿环境下,流注在绝缘介质表面传播的过程中拥有"沿面分量"和"空气分量"2个分量,流注的稳定传播场强比同条件下纯空气中流注的稳定传播场强大;对于同一种绝缘介质,稳定传播场强与温度近似呈指数下降关系,温度越低,流注的稳定传播场强越大;流注的传播速度随温度的降低而减小,但"沿面分量"的速度受影响的程度较大,大约在(3~8)×10~5 m/s内,而"空气分量"的变化则不太显著,在(1.5~3.0)×10~5 m/s范围内。     

基于电场仿真的淋雨状态下大直径复合支柱绝缘子伞裙参数优化

伞裙结构是影响复合支柱绝缘子雨闪电压的重要因素之一,通过伞裙结构优化可以改善绝缘子雨闪特性。为此用正交试验方法选取伞裙参数,利用有限元软件ANSYS对复合支柱绝缘子建模仿真,研究淋雨状态下伞间距、大伞伸出、大小伞伸出差对一大一小伞型绝缘子电场分布的影响,提出伞裙沿面电场、空气间隙电场作为绝缘子伞裙优化判据。结果表明:大伞伸出对沿面场强影响最大,伞间距次之,伞伸出差最小;伞间距对空气间隙场强影响最大,大伞伸出次之,伞伸出差最小。通过与试验研究对比发现以空气间隙电场为判据较为准确,为绝缘子伞裙优化试验选取合适的伞裙参数试品提供参考。     

覆沙对110 kV瓷绝缘子沿面电场和电位分布规律的影响

为了研究瓷绝缘子伞裙处覆沙对其沿面电场和电位分布的影响，基于有限元法建立了XP-70型瓷质悬式绝缘子的二维对称静电场模型，并分析了在不同覆沙情况下绝缘子的沿面电场和电位分布。结果表明：瓷绝缘子的沿面电场整体呈“U”形分布，且电场与电位受瓷绝缘子几何形状与媒介材质的影响，在每片绝缘子的伞裙上下表面与金具的交界处，电场强度出现局部峰值；当绝缘子伞裙表面覆盖沙尘时，对其沿面电位的影响十分微弱，但伞裙覆沙处的场强会减小，靠近高压侧与低压侧的绝缘子场强减小幅度较大，且减小幅度与沙层厚度无关，随着绝缘子表面覆盖沙层厚度的增加，每片绝缘子伞裙上表面与金具交界处的场强都会先大幅增大然后减小到一个稳定值；当沙层中出现无沙带时，无沙带处的场强会增大，且增幅与沙层的厚度和无沙带的宽度相关。     

动车组车顶隔离开关用支柱绝缘子污秽状态下的电场分布特性研究

摘 要：研究污秽状态下支柱绝缘子的电场分布特性对于动车组的安全稳定运行具有重要的意义。本文以FQJG2-30-16-400-M型车顶复合支柱绝缘子为研究对象,进行如下研究：对绝缘子表面进行淋雨试验,同时施加40kV工频电压,靠近金具部分的伞裙首先发生闪络,且出现了干燥带,伞裙边缘形成大粒径的水珠时,容易引发局部放电。利用comsol有限元分析软件在绝缘子靠近金具的伞裙表面设置干燥带和水珠,护套表面存在干燥带时,电场畸变明显,杆径处的干燥带场强最大,上表面干燥带场强大于下表面干燥带场强,干燥带场强最大值随着干燥带数量增加反而减小。绝缘子表面出现水珠时,水珠附近的场强明显增大,越靠近中轴线水珠表面电场强度越大。靠近高压端的水珠的最大电场强度受半径的影响较大,低压端则不明显。     

空气中沿面流注放电表面电荷分布特性的仿真研究北大核心CSCD

绝缘子表面积聚的电荷会畸变电介质表面电场进而引发沿面闪络。为研究空气氛围中绝缘介质表面在沿面流注放电发展过程中动态电荷积聚情况,在自主开发的二维流体沿面放电仿真模型中增加化学反应体系,模拟了正负极性沿面放电在起始及发展过程中流注自身特性以及介质表面电荷分布特性的演化过程。研究发现施加电压为负极性时,介质表面始终累计负电荷,沿面流注头部累积电荷量极高,流注头部后方界面处电场极性反转,正离子向介质表面运动;施加电压为正极性时,沿面流注头部累积正电荷,尾部电子朝介质表面扩散,介质表面总电荷量为负值。     

附着金属颗粒的绝缘介质沿面放电微观发展过程

利用"三电极"结构,研究附着金属颗粒直径和介质介电常数对流注平均沿面发展速率、流注到达阴极时发光强度的影响;并通过COMSOL建立了包含金属颗粒影响的等离子体沿面放电模型,揭示金属颗粒和介电常数对沿面放电微观发展过程的影响机制。结果表明:金属颗粒直径越大,颗粒对背景电场的畸变作用越大,流注前端最大电场强度数值越大,导致流注平均沿面发展速率以及流注端部到达阴极时的发光强度越大;绝缘介质介电常数越大,介质表面电荷密度越大,流注通道内部电荷更易附着,流注前端最大电场强度值越小,导致流注平均沿面发展速率以及流注到达阴极时的发光强度越小。     

均匀电场作用下绝缘材料表面流注发展研究综述

绝缘子沿面闪络是输电线路设计和运行中面临的重要问题。流注的产生和发展是绝缘发生先导和闪络前的重要阶段,研究绝缘材料表面流注产生和传播对输电线路绝缘的设计和优化有很重要的意义。绝缘材料流注发展研究采用的实验装置是"三电极"结构,两个极板平行放置用以产生均匀电场,绝缘材料垂直放置在两极板之间,与下极板绝缘的针尖通以脉冲电压产生流注放电,均匀电场中流注的发展很少分叉,可以忽略空间电荷的影响。基于此,综述了绝缘材料表面流注发展的研究现状,介绍了绝缘材料性能、材料外形、外加电场、外加脉冲电压幅值等因素对绝缘表面流注发展的影响,总结了近年来绝缘材料表面流注发展所取得的成果,也提出了研究中尚不能合理解释的现象以及有待深入研究的问题。     

气体绝缘开关柜用绝缘子沿面绝缘特性研究

为了解决气体绝缘开关柜中绝缘子出现的沿面闪络问题,建立了绝缘子三维电场仿真分析模型,利用Ansys计算了不同伞裙间距结构下绝缘子的电场分布,并研究了绝缘子内部微间隙对绝缘子表面及伞裙电场的影响。结果表明:绝缘子伞裙之间间距和伞裙长度之比应大于1:3,伞裙之间间距太小,易造成伞裙间气体电场畸变。绝缘子伞裙附件处的间隙会造成间隙内部及相邻伞裙沿面气体电场畸变,且间隙越大,电场畸变越严重,但对不相邻伞裙的电场没有明显影响,研究结果为带伞裙的绝缘子优化设计提供参考。     

冰面流注发展特性试验研究

目前国内外关于流注在冰层表面传播特性的研究还比较少,少数学者研究了在棒板电极结构下不均匀场中冰面流注的传播特性。为此在冰箱冷冻室内利用"三电极"结构研究了均匀场下冰层表面流注的传播特性,利用3个光电倍增管来观测流注在表面的传播过程。分析了流注在冰层表面传播过程中2个分量的变化情况。测量了流注的传播概率,通过数据拟合得到了流注的稳定传播场强;计算了在不同外加电场条件下流注在冰层表面的传播速度;测量了流注头部发光强度的变化规律。试验结果表明,流注在冰层表面传播过程中,只有沿面分量能够达到阴极,空气分量会在传播过程中消失。流注的稳定传播场强比较低,传播速度却很快,同时流注头部的发光强度随着传播距离的增加而不断减小。     

潮湿环境下车顶绝缘子电场分布研究及优化策略

潮湿天气环境中,凝集在车顶绝缘子表面的水珠会畸变电场,引发电晕放电,影响列车运行安全。文中针对车顶受电弓支撑绝缘子建立有限元仿真模型,分析了水滴位置、大小、数量等参数对绝缘子沿面电场的影响,并将常用于高电压等级输电线路中的均压环配置原理运用到电压等级较低的车顶绝缘子中,以抑制水珠诱发的电晕放电。结论表明:护套与伞裙连接处水珠对电场畸变最严重;伞裙上半径r=2 mm的水珠对电场畸变影响最严重;水珠间距越大,沿面平均场强越小。确定了均压环环径R=85 mm,管径d=24 mm,屏蔽深度H=50 mm的均压环最佳配置方案。     

介电常数和表面性能对沿面流注发展的定量影响

绝缘介质表面流注发展是沿面闪络中重要的物理过程,研究介质表面流注发展特性有助于揭示绝缘介质和流注放电之间的作用关系,加深对沿面闪络机制的认识。利用光电倍增管测量了绝缘介质表面的流注发展特性,其中被测绝缘介质是由两种厚度为5 mm的绝缘介质层层相叠组成的。通过改变被测试品中两种绝缘介质的体积,可以定量的估计绝缘介质的介电常数(容性)和表面性能对沿面流注发展特性的影响。试验中,测量了尼龙和聚四氟乙烯、复合绝缘材料和聚四氟乙烯两种组合试品的表面流注稳定传播电场和传播速度,发现绝缘介质表面性能对流注发展的影响很大。此外,3种绝缘介质中复合绝缘材料的表面性能最不利于流注的传播。     

复合绝缘子内部缺陷对电场分布特性的影响

对复合绝缘子的缺陷类型、缺陷尺寸和缺陷位置进行仿真计算,获得伞裙沿面的轴向、径向电场分布曲线,计算出伞裙沿面轴向、径向电场的畸变率和最大场强值。结果表明:径向电场对于缺陷的反应更灵敏,通过分析伞裙沿面高压端和低压端径向电场分布规律,能够得到复合绝缘子缺陷的位置与类型等相关信息。     

神经网络在复合绝缘子伞裙优化设计中的应用

针对复合绝缘子污闪问题,提出了神经网络近似模型和遗传算法相结合的优化设计方法。以染污绝缘子沿面最大场强作为优化目标,选取大、小伞直径和伞间距作为设计参数,建立染污绝缘子电场优化模型。利用优化拉丁方采样方法和ANSYS Maxwell获取训练样本,利用BP神经网络对样本集进行非线性拟合,建立神经网络近似模型。遗传算法在求解优化模型时,用BP神经网络对染污绝缘子沿面最大场强和爬电系数进行近似计算,最终得到最优解。结果表明:伞裙优化后,绝缘子沿面最大场强为3.69×104V/m,降低了9.78%。优化结果表明神经网络近似模型具有可行性,为绝缘子伞裙优化问题提供了一个新的思路。     

正极性雷电冲击电压下天然酯绝缘油油纸沿面流注动态变化规律研究

油纸绝缘复合电介质沿面放电是电力设备内绝缘的研究基础,其在雷电冲击电压下的绝缘特性是变压器绝缘设计的重要参数之一。为了获得油纸沿面流注传播与消散过程中电学、空间电荷分布演化规律及其关联关系,以交界面平行于施加电场方向的油纸系统为研究对象,通过构建适用于绝缘油油纸沿面流注动态变化特性的试验观测系统,可同步获得正极性雷电冲击电压下流注传播和消散过程中的电压、放电电流和放电通道流注阴影图像。利用该平台还测量了油纸沿面正极性雷电冲击击穿电压。试验结果表明,在正极性雷电冲击电压下天然酯绝缘油油纸绝缘相对介电常数差异并不会促进油纸沿面流注的传播过程,而粘度对于油纸沿面流注侧向分支影响显著。粘度越低,空间电荷在迁移过程中所受到的阻力越小,流注头部空间电荷在受到表面电荷的斥力后越容易往油中扩散,空间电荷在绝缘油中所形成的空间电场使得油纸沿面流注的主分支能够在绝缘油中传播,增加了油纸沿面流注传播距离,从而使低粘度天然酯绝缘油油纸沿面正极性雷电冲击击穿电压略高于其纯油击穿电压。