超/特高压输电工程典型间隙操作冲击放电特性试验研究综述

在超/特高压输电工程的设计中,空气间隙的选择非常重要,可以影响输电线路中杆塔的尺寸,以及变电站或换流站中各种带电结构之间的距离。空气间隙的合理设计既关乎系统的安全稳定运行,又直接影响到工程的造价。一般情况下,与工频、直流或雷电过电压相比,耐受操作过电压所需的空气间隙最大,因此,杆塔和变电站或换流站中典型空气间隙的操作冲击放电特性是影响输电工程安全性和经济性的重要因素之一,也是超/特高压交直流输电工程设计的主要依据。操作电压下空气间隙的放电特性与电极的形状、电极间的距离、施加电压的波形等因素有关。通过对国内外空气间隙在操作冲击电压下的试验研究进行综述,包括各种典型间隙的操作冲击放电特性以及影响该特性的各种因素,从而为今后更加深入地研究操作冲击放电特性提供借鉴。     

特高压换流站空气间隙放电特性的海拔修正比较研究

高压输电系统采用长空气间隙绝缘,其破坏性放电电压不仅与所加电压的波形相关,还与大气条件相关.本文采用G参数法研究中国蒙古高原、云贵高原地区直流800kV和交流500kV、1000 kV输电系统空气间隙的高海拔修正.研究统计了设计所在地近10年逐年逐月气象数据,计算了操作冲击以及雷电冲击电压作用下的不同修正系数,并将这些数据与IEC 60071中海拔修正的相关规定进行了比较.经分析认为,IEC60071采用的海拔修正适用于高湿度低纬度气候条件,中国高原地区的大气条件差异较大,应依据当地气象条件确定修正系数.中国正在筹建的800kV级直流特高压换流站在国际上还没有先例,其空气间隙设计中应考虑中国区域性气象条件.     

操作冲击下正极性长间隙放电物理仿真模型

开展正极性长空气间隙放电过程物理仿真模型的研究对优化特高压外绝缘设计具有重要的意义。基于正极性长间隙放电物理机制,建立了包括初始电晕起始与流注发展、先导起始、流注-先导体系发展和最后跃变等过程的物理仿真模型,该模型考虑了电晕起始分散性和先导路径随机性特征。采用有限元软件计算了放电结构间隙的背景电位分布,并使用试验观测结果对本文建立的模型进行了验证,最后采用该模型对导线-塔窗结构间隙的放电特性进行了仿真计算。结果表明：导线-塔窗间隙的50%击穿电压处于棒-板和棒-棒的50%击穿电压之间;波前时间对其50%击穿电压有比较明显的影响,呈现“U”形曲线;杆塔塔窗宽度对50%击穿电压影响较小,随着宽度增大,50%击穿电压有减小的趋势。     

特高压真型塔操作冲击放电电场测量

鉴于研究长空气间隙放电特性对于发展特高压输电技术具有重要意义,开发了光电集成电场传感器,并建立了双通道的电场测量系统。利用球板间隙冲击电场对测量系统进行了校验,并且用冲击信号均匀电场考察了测量系统的时域波形性能,证明了测量系统对电力系统的冲击信号具有较小的误差和良好的时域特性。利用该系统在特高压真型酒杯塔中相塔窗内开展了操作波放电电场测量实验,得到了电场峰值和波形,并与计算值进行了对比,分析了电晕、流注和先导等因素的影响。实验结果表明,光电集成电场测量系统可以用于特高压长空气间隙放电的研究工作。     

棒-棒间隙操作冲击放电过程的试验观测

为揭示操作冲击作用下的棒-棒间隙放电过程,采用CCD高速摄影仪开展了2～10.5m间隙尺度正极性及1～4.5m间隙尺度负极性棒-棒间隙放电观测试验,根据观测结果总结了正、负极性棒-棒间隙放电发展过程,并获取了放电发展过程中跃变尺度、放电发展速度等特征参数随间隙尺度以及放电发展过程的变化规律。在正极性棒-棒间隙击穿过程中,正极性下行先导起主导作用;在负极性棒-棒间隙击穿过程中,梯级发展的负极性下行先导起主导作用;随着放电间隙尺度的增加,起主导作用的放电过程发展尺度占间隙的比例逐渐增加;跃变阶段的正、负极性先导发展速度均随先导的伸长而逐渐增加;负极性棒-棒间隙放电的跃变阶段可观测到空间先导的发展过程。试验观测研究进一步揭示了棒-棒间隙放电发展过程,可为棒-棒间隙放电物理过程研究提供参考。     

±800kV特高压直流输电系统阀厅空气间隙操作冲击放电特性

为准确获得特高压直流输电系统阀厅内部典型空气间隙放电特性,以进一步指导阀厅设计和优化,针对阀厅内部典型空气间隙开展操作冲击放电试验,采用升降法获得不同空气间隙距离d对应的50%操作冲击放电电压U50,并拟合出相应的U50与d的幂指数曲线,分析了阀厅内部典型空气间隙操作冲击放电特性。同时,在试验过程中改变了均压球的直径并增加了模拟墙,完成了其对放电电压影响的对比试验。结果表明:操作冲击电压随空气间隙距离的增大而不断增加,增大电极曲率半径可以显著提高耐受操作冲击的能力;由不同电极构成的空气间隙耐受操作冲击的能力差异主要体现为放电特性曲线的增加率不同;对于同一种空气间隙,正向操作冲击电压施加在不同电极上会造成放电特性不同;对于更高电压等级的特高压直流输电工程,可以使用更大曲率半径的电极来提高其耐受操作冲击的能力。     

高海拔典型空气间隙直流放电特性试验研究

为了解直流电压下海拔高度变化与空气间隙放电电压间的关系,在海拔2000m地区进行了棒-棒、棒-板等典型电极空气间隙的直流放电试验,分析比较了典型空气间隙的直流放电特性,并将试验结果校正到标准大气条件后与我国低海拔地区的试验结果进行了比较。研究结果表明:对试验结果进行回归处理后得到的经验计算公式可用于高海拔地区特高压直流输变电工程的设计。     

特高压交流输电线路猫头塔空气间隙放电特，陛试验研究取得阶段进展

11月8日，国家电网公司2006年特高压重点科技项目《1000kV交流输电线路猫头塔空气间隙放电特性试验研究》在国网武汉高压研究院取得阶段性成果。     

特高压交流输电线路猫头塔空气间隙放电特性试验研究取得阶段进展

11月8日,国家电网公司2006年特高压重点科技项目《1000kV交流输电线路猫头塔空气间隙放电特性试验研究》在国网武汉高压研究院取得阶段性成果。本次真型试验在国内尚属首次,试验猫头塔塔高77.0m,塔重72.0吨,塔腿及横担主材采用Q420高强度钢。该试验塔于10月2日~10月8日完成基础     

特高压真型塔长波头操作冲击放电特性研究

特高压输电线路操作过电压的波前时间 tf 比 50 0k V输电线还长 ,可能达数 ms,故试验研究了典型棒 -板间隙和真型特高压拉 V塔相对地间隙的长波头操作冲击放电特性 ,发现按 >3 ms长波头冲击试验所得间隙小于按标准操作冲击试验所得     

分层接入式特高压换流站1000 kV换流变区域空气间隙放电特性

随着分层接入800 kV特高压换流变网侧电压等级从750 kV上升到1000 kV,特高压换流站对网侧设备的绝缘要求也随之升高,网侧1000 kV空气间隙的优化,对控制阀厅长度、确保换流站安全可靠运行、降低换流站占地和减少工程成本有重要意义.该文对换流站低端阀厅网侧1000 kV换流变区域内各种带电导体之间的空气间隙在...     

特高压带电作业绝缘工具操作冲击放电特性及试验电极优化

目前检测机构对特高压带电作业绝缘工具开展操作冲击耐压试验时,电极布置仍沿用低电压等级标准,但试验电压和放电间距大大增加,经常出现绝缘工具间、试验电极对大地或周边构架等非试验通道放电的情况。开展了典型作业工况及试验工况下带电作业用绝缘工具标准波头操作冲击放电特性试验,并对试验工况下放电路径进行统计,提出了采用8分裂U型模拟导线的优化方案,并进行了试验验证,研究结果表明：采用8分裂U型模拟导线可显著降低非试验通道分散放电的概率;对多个试品同时进行试验时,由于存在空气间隙拉弧,试品挂接的水平间距建议不小于5m;试验电极改进后绝缘杆6.3m放电电压为2 417 kV,较标准电极增加6.9%,较典型作业工况下最低放电电压增加32.1%,进行绝缘工具耐压试验时建议根据作业工况的耐压要求对试验电压进行修正。     

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。     

高湿条件下空气间隙放电规律的试验研究

湿度是影响电力系统外绝缘的一个重要因素,但国内外相关研究较少涉及到湿度较高的情况。笔者在人工气候室开展球间隙放电试验,研究湿度(尤其是高湿条件下)与间隙放电电压的关系。研究结果表明,在湿度较低(80%以下)条件下,空气间隙放电电压随相对湿度的增加而增加;而在湿度较高(80%以上)条件下,有无凝露对放电电压的影响较大,无凝露时随着相对湿度的增加放电电压略有下降,但在湿度较高且球表面出现凝露时,间隙放电电压严重降低,甚至降低到一半。笔者利用ANSYS计算了球表面有无凝露时的球间隙电场分布,结果表明,凝露畸变了原有球间隙电场,使得最大场强增大到原电场的两倍,造成间隙放电电压严重降低,与气候实验室的结论一致。     

高湿条件下空气间隙放电规律的试验研究

湿度是影响电力系统外绝缘的一个重要因素,但国内外相关研究较少涉及到湿度较高的情况。笔者在人工气候室开展球间隙放电试验,研究湿度(尤其是高湿条件下)与间隙放电电压的关系。研究结果表明,在湿度较低(80%以下)条件下,空气间隙放电电压随相对湿度的增加而增加;而在湿度较高(80%以上)条件下,有无凝露对放电电压的影响较大,无凝露时随着相对湿度的增加放电电压略有下降,但在湿度较高且球表面出现凝露时,间隙放电电压严重降低,甚至降低到一半。笔者利用ANSYS计算了球表面有无凝露时的球间隙电场分布,结果表明,凝露畸变了原有球间隙电场,使得最大场强增大到原电场的两倍,造成间隙放电电压严重降低,与气候实验室的结论一致。     

特高压输电线路带电作业组合间间隙的放电机理

带电作业已成为输配电线路检测、检修和改造的重要手段,作业人员进入等电位过程中组合间隙的放电特性一直是确定作业人员安全的关键依据.为确保带电作业的安全可靠,探讨了带电作业组合间隙的放电机理;在大量实验分析的基础上,结合输电线路真型塔组合间隙放电实验数据,通过电磁场仿真计算,分析了作业人员进入等电位过程中的电场和电位分布特...     

特高压交流试验示范工程线路操作冲击试验电压波前时间计算分析

为了利用特高压示范工程猫头和水平塔长波前操作冲击下线路空气间隙放电电压较标准操作冲击波高的特点,减小空气间隙距离,降低杆塔造价,需要确定特高压示范工程猫头和水平塔空气间隙操作冲击放电试验波前时间。根据国外非标准的操作波对空气间隙的放电电压影响的试验研究结果,推导了线路操作过电压的波前时间和等效操作冲击试验电压波前时间之间的换算关系,并计算了中国单回路特高压示范工程线路操作过电压波前时间及与之等效的操作冲击试验电压波前时间,统计分析了转换得到等效试验用操作冲击的波前时间与幅值的关系。采用统计法和简化法计算线路闪络率,指出虽然计算结果满足标准要求,但由于变异系数对线路闪络率影响很大,而变异系数随着波前时间的增大有一定提高,长波前操作冲击放电分散性较短波前大。因此兼顾安全和经济性,1000μs操作冲击用做试验冲击是合适的。     

±800 kV直流输电工程空气间隙放电特性试验及间隙距离选择

针对±800 kV直流输电线路直线塔真型尺寸模拟杆塔空气间隙进行了50%操作冲击和雷电冲击放电特性试验研究,给出了±800 kV杆塔最小间隙距离的推荐值;对±800 kV直流换流站典型极母线空气间隙进行了50%操作冲击放电特性试验研究,给出了±800 kV换流站典型电极最小间隙距离的推荐值。     

超/特高压直流输电线路塔头间隙冲击放电特性研究

目前国内外规划和建设了多个超/特高压直流输电工程,其中输电线路杆塔塔头的空气间隙距离是影响工程设计的重要参数之一。在工程设计中,既需要选择合适的间隙距离以耐受可能出现的各种过电压,保证系统安全稳定运行,又要尽可能减小塔头尺寸以降低工程造价。利用±1000kV模拟塔头进行试验,得到了±1000kV杆塔典型空气间隙的操作冲击和雷电冲击放电特性曲线,并与±500和±800kV杆塔塔头的空气间隙研究成果进行对比分析,同时结合750kV交流杆塔塔头和正方形塔窗的操作冲击特性进行了讨论和分析。试验结果表明:±500、±800和±1000kV杆塔塔头的50%放电电压与间隙距离的关系曲线具有良好的延续性;当间隙距离增加时,操作冲击放电特性曲线开始出现饱和的趋势,而雷电冲击电压则与间隙距离保持较好的线性关系;导线的尺寸和分裂形式以及均压环等对塔头空气间隙的放电特性影响较小。