淋雨对棒-板长空气间隙正极性直流和工频放电影响

对典型棒-板间隙在不同间距、不同淋雨工况下,开展了正极性直流和工频电压下的放电试验研究。结果表明,与标准气象条件相比,淋雨条件将降低棒-板空气间隙的正极性直流击穿电压值和工频击穿电压值。可为超高压、特高压输电线路塔窗空气间隙的工程选择提供试验依据。     

棒-板长间隙正极性放电仿真模型

长间隙放电模型常被用于仿真放电过程、分析机理及预测放电参数,对于绝缘设计具有重要的指导意义。针对棒-板长间隙正极性放电过程,提出了一种仿真模型。在假设流注区轴向电位梯度恒定的前提下,通过比较背景场与实际场求取流注区位置,提出双圆柱模型以计算长间隙放电过程中的空间电荷变化,在此基础上计算了先导发展速度并根据气体热力学理论分析了不同时刻产生的先导在放电过程中的变化,从而建立了正极性长间隙放电仿真模型。利用该模型对10m棒-板间隙正极性放电过程仿真,仿真结果在先导长度、空间电荷量、击穿时间及击穿电压等主要参数上与实验数据均较为符合,证明了模型的有效性。     

雨质对棒-板长空气间隙标准正极性及雷电放电影响

对典型棒-板间隙在不同间距、不同淋雨及雨质工况下,开展了正极性操作和雷电放电试验研究。结果表明,与标准气象条件相比,淋雨及p H值在4.0~7.0之间的常规降雨雨质条件对于典型棒-板间隙的标准正极性操作放电电压和标准正极性或负极性雷电放电电压的影响很小,在工程上可以忽略不计。     

降雨对"棒-板"短空气间隙正极性直流放电特性的影响

针对目前我同500 kV直流输电线路凸现的雨闪问题,分析认为降雨对空气间隙直流放电特性有一定影响.为了确认降雨各因素对其影响程度,在人工气候室模拟降雨和现场自然降雨条件下,对0.1～0.6 m的棒-板短空气间隙正极性直流放电特性进行了系统的试验研究.结果表明:湿闪电压比干闪电压略高,小雨对放电电压的影响不明显;降雨变大...     

地表紫外辐射对棒-板间隙正极性直流放电的影响

揭示地表太阳紫外辐射对电力系统外绝缘放电特性的影响对于强紫外辐射地区外绝缘设计和运行有着重要的意义,但是目前并没有相关的系统研究。为此,利用人工紫外光源模拟大气环境中的紫外辐射,在实验室研究了紫外辐射对棒板间隙正极性直流放电特性的影响。试验结果表明地表太阳紫外辐射对棒板间隙正极性直流击穿电压和电晕放电均无明显影响。分析认为,这是由于到达地表的太阳紫外辐射的波长范围为290～400 nm,且辐射照度≤200 W/m2,无法电离空气和铜、铁电极,对电弧的发展过程也没有明显影响。虽然这一波段的部分光子能量高于铝的逸出功,但由于铝在空气中极易氧化,形成氧化膜(Al2O3),这层氧化膜阻止了紫外光子从铝电极表面电离出电子。因此,太阳紫外辐射对暴露在空气中的铜、铁、铝电极的正极性直流放电均无明显影响。所做工作填补了相关领域的空白,可为强紫外辐射地区的外绝缘设计提供技术支持。     

棒-板短空气间隙淋雨交流放电特性及电压校正

国内的运行经验和研究表明,强降雨条件下输电线路绝缘性能会有一定程度的降低,而实际工程在对外绝缘进行设计时很少考虑降雨的影响;同时,在目前的IEC标准中,对降雨条件下空气间隙放电电压的校正也没有做出相关规定。为此,选择0.2～0.6m的棒-板空气间隙,在人工气候室和雪峰山自然试验站分别进行了模拟和自然条件下的淋雨交流放电试验,分析了淋雨强度对棒-板间隙交流放电电压的影响,提出了淋雨条件下棒-板空气间隙交流放电电压的校正公式并进行了验证。结果表明:棒-板空气间隙交流击穿电压将随淋雨强度的增加而降低,最大降低幅度为10.32%;根据试验数据提出的校正方法不仅适用于0.2～0.6m的间隙,而且还适用于0.7m的空气间隙。     

气压对直流正极性下冰柱-冰板间隙电晕放电的影响

为进一步了解低气压下覆冰对绝缘子的危害,该文选择冰柱-冰板间隙模型,借助数据采集卡、紫外线成像仪和自行设计的电流传感器等设备,在人工气候室内研究低气压下冰柱-冰板模型的电晕放电特性。文章分析了气压对冰柱-冰板间隙的起晕电压、平均放电量和冰柱尖端处的放电区域等方面的影响。结果表明：起晕电压随着气压的降低而降低,平均放电量和冰柱尖端处的放电区域均随着气压的降低而减小,同时,在较低气压下,起始放电更容易形成辉光放电,放电测量也更困难。     

1m棒-板空气间隙正极性操作冲击放电特性及电压校正

高海拔下操作冲击放电特性是超特高压外绝缘设计的基础之一,也是国内外尚未解决的关键技术之一。由于IEC60-1—1989和GB/T16927.1—1997推荐的g参数法适用范围受到限制,该文选择1m棒-板空气间隙,在人工气候室以及3个不同海拔高度的现场进行试验研究,分析了棒-板空气间隙正极性操作冲击50%放电电压U50与大气参数的关系,提出了基于g参数和基于相对气压的2个新的校正方法,并用试验数据对其进行了验算。结果表明:U50是考虑绝对湿度附加影响后相对气压和空气相对密度的幂函数;IEC标准和国家标准的g参数法不适用于海拔2000m以上和h/δ>15g/m3条件下的校正;提出的基于相对气压的校正方法比基于g参数法的校正方法适用范围更广,引起的误差更小。分析计算还表明,湿度增加1g/m3,引起的U50的变化在1.0%～1.15%之间。     

雾对棒-板空气间隙交流放电特性的影响

目前有关雾中棒-板空气间隙交流放电特性的研究较少。为此,在人工气候室内利用超声波雾发生器对不同湿润条件和雾环境下的棒-板空气间隙交流放电进行多次试验,得到了雾水质量浓度、电导率和温度对不同棒-板空气间隙距离(5、10、15 cm)交流放电电压的影响规律;并在综合考虑雾水质量浓度、电导率影响的基础上,得到了该放电电压的计算式。结果表明,棒-板空气间隙的雾中交流放电电压比其在干闪下有所增加,5、10、15cm间隙的击穿电压比干闪时增加了3.1%~4.7%;随着雾水质量浓度的增加(1~4 g/m3),放电电压先上升后下降,且在3 g/m3时达到最大;此外,相比雾水电导率为100μS/cm的情况,雾水电导率为5 150μS/cm时的间隙击穿电压在雾水质量浓度为1、2、3、4 g/m3时分别降低了2.70%、2.72%、4.99%、9.07%。利用所提出的计算式得到的结果与试验结果的偏差7.3%。     

棒-板长间隙正极性流注生长概率模型及应用

为研究长空间隙放电分散性和放电路径随机性,建立了结合传统流注放电理论和分形生长理论的正极性流注生长概率模型。首先基于经典的流注起始判据,计算了棒-板间隙流注起始电压;选择空间电位和电子崩形成时间作为流注生长控制变量,结合泊松方程、电荷连续性方程和欧姆定律描述流注通道内部的电荷转移,仿真流注的持续发展过程;当流注到达板电极后,选择放电树枝中电位梯度最大的通道作为最后的主放电通道。分析表明,该模型可描述流注区空间电荷随时间的积累过程,棒-板间隙击穿时间的分散性以及放电路径的随机性;由其计算得的棒-板间隙主放电通道分形维数与试验结果相吻合,同时基于该模型对棒-导线-板间隙放电选择概率分布的计算结果也与试验所得规律一致。     

棒尖端外形对低气压下棒-板间隙直流放电特性影响研究

为研究棒尖端外形对低气压下棒-板间隙直流放电特性的影响,利用低气压放电试验平台在2~20 k Pa气压下对锥尖头、半球头以及平头3种棒电极在100~300 mm间隙内进行直流电压放电试验,并通过仿真对不同棒尖端的放电特性试验结果进行验证。结果表明:棒尖端外形会对低气压下棒-板间隙的放电电压产生影响,击穿电压幅值从小到大依次为:锥尖头、半球头、平头;锥尖头棒和平头棒尖端存在局部电场极不均匀点,而半球头棒尖端电场分布较为均匀;随着气压的上升,棒-板间隙的U50%-P曲线呈稳定上升趋势。     

地表紫外辐射对棒-板空气间隙工频放电的影响

揭示地表太阳紫外辐射对电力系统外绝缘放电特性的影响对于强紫外辐射地区外绝缘设计和运行有着重要的意义。利用人工紫外光源模拟大气环境中的紫外辐射,在实验室研究了紫外辐射对空气间隙工频放电特性的影响。试验结果表明地表太阳紫外辐射对空气间隙工频击穿电压和电晕放电均无明显影响。产生这种现象的原因是:地表太阳紫外辐射的光子能量小于铁和铜及其氧化物的逸出功,因此无法从铁、铜电极中电离出电子。同时,紫外辐射对空气间隙放电发展过程也没有明显影响。虽然这一波段的部分光子能量高于铝的逸出功,但由于铝在空气中极易氧化,形成氧化膜(Al2O3),这层氧化膜阻止了紫外光子从铝电极表面电离出电子。因此,太阳紫外辐射对暴露在空气中的铜、铁、铝电极的工频放电均无明显影响。     

应用人工神经网络预测棒-板短空气间隙在淋雨条件下的交流放电电压

为了获得降雨条件下能预测空气间隙击穿电压的数学模型,根据在人工气候室试验得到的降雨条件下空气间隙击穿电压数据,运用神经网络原理,建立了降雨条件下的交流棒-板短空气间隙击穿电压的人工神经网络模型。利用该模型可以对一定降雨条件下的交流棒-板短空气间隙击穿电压进行预测,预测结果满足精度要求,同时,该文根据建立的人工神经网络模型模拟了降雨时单个及多个环境因素对空气间隙击穿电压的影响,并对模拟结果进行了分析,结果表明:大气压强一定时,随着降雨强度、雨水电导率的增加以及环境温度的降低,空气间隙的击穿电压随之降低;当降雨强度、雨水电导率和环境温度其中任一环境因素改变时,另两个因素对空气间隙击穿电压的影响程度也随之改变。人工神经网络模型对训练数据的依赖较大,对训练范围以外的数据预测精度较差。     

高空下棒-板间隙直流放电特性及电压校正

为研究高空条件下的棒-板空气间隙放电特性,利用低气压放电试验平台对100~600 mm棒-板空气间隙在直流电压下的放电电压U_(50)与气压P、间隙距离d的关系进行试验研究,分析2~30 k Pa气压范围内P与d对U_(50)的影响,得到U_(50)与P、d之间的关系曲线及12 k Pa下600 mm间隙的放电通道发展过程,并提出2~30 k Pa气压范围内的放电电压校正公式。该研究结果可为高空低气压下飞行器的放电特性研究及更系统地开展低气压下长间隙特性试验提供参考。     

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。     

长空气间隙放电研究进展

长间隙放电研究是高压输变电工程的外绝缘设计和雷电屏蔽问题研究的基础。为此,从长间隙放电特性试验、长间隙放电机理和长间隙放电过程仿真模型等3个方面,概述了国内外工作者在长间隙放电研究上取得的成果。在此基础上,归纳分析了目前研究中存在的不足,认为:放电特性试验研究难以穷举实际输变电工程间隙,也无法准确获得实际过电压应力下间隙的绝缘特性;现有长间隙放电机理研究缺乏对流注区域空间电荷分布规律、先导通道特征参数的深刻认识,一些常见假设如流注几何形状和区域电场恒定、先导起始的临界温度及先导通道特性等,或没有测量证实,或带来与实际情况的较大偏差;空间电荷计算模型中不同的流注形状和电场分布假设,选取流注、先导的转换条件,以及将先导通道视为具有一定通道压降的导体,都使模型计算结果与试验测量值存有明显偏差。最后指出,在未来的相关研究中,应重视长间隙放电基础研究,深入开展长间隙放电观测技术和放电参数测量研究,获得流注空间电荷分布、流注-先导转换临界温度和先导通道电场与温度等关键特征参数,指导建立和完善长间隙放电仿真模型,以准确预测长间隙放电特性,最终实现输变电工程外绝缘精细化设计,同时为雷电屏蔽理论和模型的完善提供参考。     

空间电荷对球头棒-板间隙放电击中点的影响

雷电引起的输电线路事故中因绕击导致的故障所占比例很大,一些学者认为空间电荷的影响是导致屏蔽失效的原因之一。为此,通过试验研究了直流电压下球头棒-板间隙的电晕电流,以此来衡量一定电压下球头周围空间电荷的量;并试验研究了正极性操作冲击下球头棒-板间隙放电击中点的分布规律,且与尖头棒试验结果比较。试验结果和仿真结果表明:与尖头棒相比,球头棒更容易吸引放电;球头棒周围电场畸变不严重,没有形成有效屏蔽层,从而使放电点更容易发生在头部。     

低气压对长空气间隙放电电压的影响

本文利用了滑闪模拟装置,发现先导成长速度随气压而变化。继之,求出了不同气压下模拟起始点和模拟比例尺的变化规律,从而获得了低气压下海拔高度相当于2、3、4km的长空气间隙250μs波头操作波击穿电压与间距的特性曲线。误差不大于5%,可供工程实用参考。     

棒-板长空气间隙击穿电场稳态条件的仿真

为推动以放电理论为基础的高电压与外绝缘学科从半物理到物理研究方向的发展,基于有限元数值计算方法,对棒-板长空气间隙的电晕云模型进行了仿真研究。结果表明:带电离子和外加电压同时影响空间电场分布,空气分子的电离率α对电场分布影响较大,附着率η、结合率β、解离率γ对电场影响较小;不同电晕云长度对空间电场分布的影响都具有相同规律性;空气相对湿度对击穿电压影响较大,空气湿度越小,空气越容易击穿;正极性棒-板长空气间隙击穿的电场条件为:放电起始后,电晕头部最高场强达到11.0kV/cm,电晕云内部最低场强达到3.0kV/cm,在该条件下对应的击穿电压计算值与实验值误差<11%。以上计算结果可为超特高压外绝缘的设计提供可靠的理论依据。