架空输电线路用防鸟粪绝缘护套配置方法的研究

随着生态环境的变好，由鸟类引发的输电线路故障也随之增多。其中，由于鸟粪引起的架空输电线路跳闸事故已经成为威胁电网安全运行的重要因素。基于此，本文通过试验探究了绝缘护套厚度和长度分别对击穿电压和沿面闪络电压的影响，进而提出防鸟粪绝缘护套长度和厚度的配置方法，并搭建模拟鸟粪闪络的110 kV真型试验平台，验证配置方法的可行性。结果表明：当鸟粪贯穿整个空气间隙时，绝缘护套的击穿电压与其厚度呈二次函数的关系，沿面闪络电压与闪络距离呈正比关系。本文提出的配置方法可以为实际工程中绝缘护套的应用提供指导，具有一定的工程实用价值。     

架空输电线路防鸟粪闪络绝缘护套的配置方案研究

通过研究空气间隙长度分别为0、5、10、15 cm时,护套的耐受电压与护套厚度的关系,以及护套表面状态为干燥、潮湿、污秽时,护套长度对沿面放电发展的影响。结果表明：绝缘护套-空气组合间隙的击穿电压随间隙长度和厚度的增大呈非线性增大,且间隙长度和厚度越大,击穿电压增加速度越大。绝缘护套的沿面闪络电场强度在污秽状态下会显著降低,该状态下护套表面平均闪络电场强度为1.2 kV/cm。基于上述研究得到了防鸟粪闪络绝缘护套的配置方法,即由线路电压等级确定护套的厚度,由极限沿面闪络距离确定包覆长度,并得出110 kV输电线路中,厚度和长度的推荐值分别为6 mm和60 cm;220 kV输电线路中,厚度和长度的推荐值分别为8 mm和110 cm。     

液氮中绝缘体表面形状对沿面闪络电压的影响

液氮环境下绝缘材料沿面闪络特性的研究是低温高压绝缘技术的重要内容,为得出有效增大爬电距离的方法,研究了液氮环境下绝缘材料的不同表面形状对沿面闪络电压的影响。通过实验测量了爬电距离均为10 mm的不同直径的圆柱形试品、不同斜面倾角的圆台形试品和折线形侧面试品在液氮中的沿面冲击闪络电压,并对试品的电场进行了仿真。实验结果表明:液氮环境中,圆柱型绝缘体直径增加,沿面闪络电压略有下降;不同形状的绝缘体沿面闪络电压有较大差异,其原因是表面形状改变了电场分布,三结合点处场强愈小,绝缘表面电位梯度愈均匀,沿面闪络电压愈高。     

极性反转条件下油纸界面电荷对沿面闪络电压的影响

高压直流输电系统出现潮流反转时,换流变压器的油纸绝缘会承受极性反转电压,容易造成绝缘失效.基于油纸沿面绝缘结构的极性反转闪络试验平台,研究了油纸界面电荷对沿面闪络电压的影响以及直流极性反转条件下油纸绝缘沿面闪络电压与单极性直流电压下沿面闪络电压的差别,并分析了油纸绝缘沿面放电针板电极模型的界面电荷在极性反转条件下对油纸绝缘沿面闪络电压的影响,发现油纸积聚的界面电荷密度越大极性反转时发生沿面闪络的电压越低.     

110 kV复合I型绝缘子鸟粪闪络影响因素研究

鸟粪闪络是架空输电线路涉鸟故障的主要形式之一,严重影响电网的运行可靠性。为明确不同因素对110 kV复合I型绝缘子鸟粪闪络的影响情况,通过设计并搭建试验平台模拟鸟粪闪络试验,研究鸟粪粘度、电导率、有无均压环对鸟粪闪络的影响;通过电场仿真,研究鸟粪滴落路径对鸟粪闪络的影响。结果表明,在距离复合绝缘子大伞裙边沿15～21 cm情况下,鸟粪粘度越大,闪络概率越高,粘度相同,鸟粪电导率越大,闪络概率越高;复合绝缘子安装均压环比不安装时更易发生闪络;鸟粪平面与导线平面越靠近,临界闪络距离越大且不呈线性关系。     

330 kV输电线路复合绝缘子鸟粪闪络特性研究

2011年以来,宁夏地区330 kV线路多次发生鸟害故障跳闸,严重威胁了宁夏电网的安全稳定运行。目前国内外对于引起330 kV线路的鸟粪闪络机理及其影响因素仍缺乏研究。文中首先研究了低温环境下染污硅橡胶的憎水特性,然后基于鸟粪下落过程中最大连续长度与鸟粪参数的关系,试验研究了鸟粪下落方式、下落通道、电导率、粘度、体积、下落位置和相对湿度等对330 kV复合绝缘子闪络特性的影响。试验结果表明,330 kV复合绝缘子的鸟粪闪络概率随距离的减小、鸟粪长度的增加而增加;鸟粪脱离横担比未脱离横担下落时发生闪络的概率更低;带均压环比不带均压环时绝缘子更易发生闪络;当鸟粪体积、鸟粪电导率、空气相对湿度越大时,发生鸟粪闪络的概率越大。     

复合绝缘子导线上缠绕绝缘护套对鸟粪闪络的防护效果分析

鸟害故障已成为威胁输电线路安全稳定运行的重要因素之一,其危害程度仅次于雷击和外力破坏,而鸟粪闪络是所有鸟害故障中最典型的故障类型,所占比例最高。笔者提出了一种在复合绝缘子高压侧导线上缠绕绝缘护套用以防范鸟粪闪络的方法,试验给出导线上缠绕绝缘护套后均压环电位降低,有效避免了鸟粪跟均压环之间的放电,使得鸟粪闪络危险区域范围大幅减小,该措施对于防范鸟粪闪络是有效的。此外,以模拟试验平台为研究对象,建立三维仿真模型,计算了绝缘护套不同介电常数、厚度以及不同金具长度等情况下对复合绝缘子的影响,计算结果表明,缠绕绝缘护套使得均压环电位降低,降低了鸟粪闪络的可能性,此外,复合绝缘子沿面电位计电场分布得到改善,有利于其安全运行。     

纳秒脉冲下同轴内电极直径改变时闪络特性分析

在纳秒脉冲同轴电场下,尼龙1010和有机玻璃的闪络电压都随着内电极直径非线性增长,趋于饱和,且内电极直径越大,两者的闪络电压越接近.纳秒脉冲下沿面闪络特性与固体-液体-电极三结合点处的场强及沿面电位分布梯度紧密相关,内电极直径越大,三结合点处场强越低且沿面电位分布越均匀,引起沿面闪络电压越高.对于纳秒脉冲下的同轴电极,当内外电极半径差远大于内电极直径时,内电极直径变化对闪络电压的影响被弱化.     

纳秒脉冲下真空绝缘沿面闪络特性实验研究

通过实验研究了纳秒脉冲(10/30 ns)下,真空绝缘沿面闪络电压随圆台形绝缘体锥角、圆柱形绝缘体截面直径、实验气压以及电极材料等物理因素的变化趋势,结果表明圆台形绝缘体锥角变化对闪络电压影响非常明显;厚度相同的圆柱形绝缘体闪络电压随截面直径的增大而降低,且直径越小,变化幅度越大;当气压处于高真空范围,即10-5~10-1Pa时,气压变化对闪络电压不构成影响;高真空条件下不同电极材料对闪络电压无影响。并在系统分析实验结果的基础上,提出了真空绝缘结构设计原则。     

金属微粒对GIS中绝缘子冲击闪络特性的影响

高电压等级电力系统中,特快速瞬态过电压(VFTO)引起的GIS绝缘事故日益严重。为探究冲击电压下绝缘子沿面闪络特性和机理,研制了陡前沿冲击试验装置。研究了微粒附着位置及微粒尺寸对绝缘子冲击闪络特性的影响规律。结果表明:正常绝缘子在VFTO下闪络电压较雷电冲击闪络电压高;工程运行气压下,500 k V正常绝缘子VFTO闪络电压较雷电冲击高13%,附着微粒绝缘子的VFTO闪络电压会比雷电冲击闪络电压低近10%。附着微粒位于近高压导体侧时绝缘子闪络电压最低;微粒位于盆式绝缘子沿面一定位置时,随其长度增加,绝缘子闪络电压降低,当微粒大于一定临界长度时,负极性VFTO闪络电压低于负极性雷电冲击闪络电压。VFTO下,附着微粒绝缘子的沿面闪络可用先导和"逆放电"机理来解释。空间电荷积聚和能量注入是形成先导放电的必要条件,高频位移电流和"逆放电"促进了绝缘子沿面闪络过程。     

直流电压下油纸绝缘沿面闪络特性及数值模拟

变压器油纸绝缘沿面放电起始与发展的物理过程较为复杂,放电机理尚未明确.本文通过对油间隙放电针-板电极模型和油纸绝缘沿面放电针-板电极模型进行试验测量和数值模拟,获取并分析油间隙放电和油纸绝缘沿面放电在不同纸板厚度、不同沿面距离下的放电特性和放电机理.结果表明:直流电压下,油纸绝缘沿面闪络电压低于油间隙击穿电压的原因在于绝缘纸板的存在不仅改变了电场的分布,使针尖处平行电场分量增大,流注放电的起始电压降低,还阻碍了空间电荷的扩散,加剧电场畸变程度,提升流注的发展速度.另外,由于绝缘纸板的存在,油纸绝缘沿面放电流注的起始过程也不同于油间隙放电流注的起始过程,存在着流注通道向绝缘纸板贴合的过程.增大纸板厚度可使针尖处平行电场分量增加,流注放电的起始电压降低,流注的发展速度变缓,沿面闪络电压降低.油纸绝缘沿面闪络电压随沿面距离的增加而增大,其呈现非线性变化是由于流注在向自持放电阶段发展的过程中,受外施电压的作用逐渐减弱,空间电荷畸变电场的作用占主导地位.     

纳秒脉冲下SF_6中的沿面闪络特性

通过搭建SF_6气体中的沿面闪络实验平台,研究了上升时间约为30 ns的脉冲高压下不同角度圆台形试样的沿面闪络特性。利用电压电流波形得到闪络通道的阻抗变化特性,并对闪络过程机理进行讨论。结果表明:相同高度试样的沿面闪络电压随角度的增加而增大;相同沿面距离试样的沿面闪络电压随角度的增加而减小。沿面距离与表面电场不均匀系数是影响不同形状试样沿面闪络电压差异的主要原因。     

高海拔地区直流输电线路鸟粪闪络模拟试验研究

为掌握高海拔地区直流架空输电线路的鸟粪闪络特性,在海拔高度为4 300 m的西藏羊八井高海拔试验基地对直流V串绝缘子的鸟粪闪络问题进行了试验研究。研究表明:中等黏度的鸟粪易于形成连续的鸟粪通道,闪络概率较高,且正极性的鸟粪闪络概率略高于负极性;在1.9～20.9 mS/cm的电导率范围内,鸟粪电导率对鸟粪闪络概率影响很小;增加垂直间隙距离可降低鸟粪闪络概率。基于试验提出了±400k V柴拉直流线路垂直间隙距离推荐值,考虑风偏修正和鸟类泄粪角度的影响,在4 500～5 000 m海拔地区,防护半径宜设置为3.5 m。鸟粪闪络属于空气间隙击穿与沿鸟粪通道沿面放电相结合的混合放电过程,在海拔高度4 300 m处,其间隙最低击穿电位梯度约为2.1 kV/cm,鸟粪与均压环间隙的放电可近似等效为棒–棒间隙。     

一起鸟粪闪络引起220kV引流跳线与地线短接故障分析

对某220 kV输电线路跳闸故障进行分析,根据故障监测信息、故障时段故障区域的天气、现场环境等综合判断故障原因为鸟粪闪络,而造成鸟粪闪络的主要原因为跳线角钢未用绝缘护套包覆,鸟类夜间栖息在架空地线防振锤处排便,鸟粪在湿度80%RH、微风条件下降落,短接跳线角钢端头和地线防振锤间电气间隙而引起闪络放电。对绝缘护套的防鸟害效果进行仿真分析,得出了不同电压等级线路绝缘护套的最佳厚度,提出了防范类似鸟害故障的措施。     

纳秒脉冲同轴结构固体绝缘介质尺寸优化分析

同轴电场沿径向分布不均匀,径向电场降落集中在内电极表面附近一定范围内.在内电极直径不变,外电极直径增加的情况下,内外电极距离大于一定阈值后,电场变化在经过一个快速减小的阶段后明显变缓;在仅仅增加内电极直径,固定内外电极距离,相应增加外电极直径的情况下,内电极直径少量增加大于一定阈值后,同轴电场变化类似地经过一个快速衰减阶段后明显趋于缓和.根据同轴电极结构内外电极间隙距离与内电极直径变化影响电场分布的阈值的存在,利用Ansys数值计算结合纳秒脉冲下同轴电场变压器油中有机玻璃和尼龙1010闪络特性的实验结果,提出同轴结构高功率脉冲功率装置绝缘结构优化概念,并且给出依据闪络距离与内电极直径变化闪络电压的经验公式.     

老化对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程特性的影响

长期运行换流变压器中存在由沿面放电导致的绝缘故障的现象,而针对换流变压器中交直流复合电场下老化油纸绝缘的沿面放电发展过程特性研究又相对缺乏不足。因此,采用在130℃下加速热老化方法制备不同老化程度的油纸绝缘试样,并使用CIGRE method II推荐的典型球板电极模型对不同老化程度油纸绝缘试样在不同比例交直流复合电场下的沿面放电起始电压、闪络电压以及沿面放电发展速度等特性进行了对比分析研究,同时对老化前后油纸绝缘沿面放电发展过程中放电特征参数的变化规律展开了研究。研究结果表明,随着交直流复合电压中直流电压分量的不断增大,老化油纸绝缘沿面放电起始电压和闪络电压均呈现逐渐上升的趋势,其中纯交流电压下的沿面放电起始电压和闪络电压均最低;相同电压作用下的沿面放电起始电压随着油纸绝缘老化程度的不断加剧呈现先上升后下降的趋势;随着油纸绝缘老化程度的不断增加以及交直流复合电压中直流电压分量的不断增加,油纸绝缘沿面的爬电距离不断延长、耐受时间逐渐缩短,沿面放电发展速度逐渐加快。与未老化油纸绝缘沿面放电过程放电特征参数变化规律相比,老化后沿面放电发展特征参数幅值较大,各阶段变化起伏较少,变化趋势直接明显;同时发现交直流复合电压中的直流电压分量对老化油纸绝缘沿面放电发展具有加速的作用,而且直流电压分量越高,加速作用越明显。     

不同电场下硅橡胶直流沿面闪络特性实验研究

为进一步探究聚合物绝缘材料的沿面闪络特性,搭建了沿面闪络实验平台,在不同电场下对硅橡胶(Si R)进行沿面闪络实验。通过图像处理技术及数值计算方法对沿面闪络光、电特性进行分析,探索并建立了沿面闪络光、电特性间的关联。结果表明:沿面闪络的光、电特性与电场分布有关。与稍不均匀电场相比,极不均匀电场下沿面闪络发光强度较低、放电通道分形维数较小;并且极不均匀电场下闪络电压较低,放电能量较小。沿面闪络的光、电特性存在一定关联。通常地,闪络电压、电流较大时,闪络通道的亮度较大且分布范围较广,沿面放电能量较高。因此,沿面闪络的光、电特性参数能够有效反映绝缘材料的沿面绝缘强度。     

直流条件下PMMA的沿面放电参数与表面特性研究

为研究负极性直流条件下空气中聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的沿面放电参数和表面特性,分析了电极距离对闪络电压的影响,并采用韦伯(Weibull)概率分布分析了0.1%概率的沿面闪络电压。观察并分析了闪络前后材料表面的物化特性。结果表明:随着闪络次数的增加,材料粗糙度增大;距离电极越近,材料表面损伤越明显;材料老化后决定其闪络电压大小的主要因素是材料表面的微观形貌和化学特性。     

不同电场下环氧树脂直流沿面闪络特性及其闪络电压分析

研究绝缘材料在不同条件下的沿面闪络特性对掌握绝缘子的电气强度及保证电气设备安全稳定运行具有重要意义。为此,研制了具有不同电场分布形式的沿面放电电极,通过实验研究了环氧树脂在真空及空气环境中的直流沿面闪络特性,并采用韦伯分布分析了闪络电压的变化规律。结果表明,环氧树脂在极不均匀电场下的闪络电压比稍不均匀电场下低,真空中闪络通道和闪络电压的分散性比空气中大,真空闪络受固体绝缘介质的影响大于空气闪络。不对称电场下沿面闪络电压具有明显极性效应,并且真空与空气中的极性效应相反。此外,环氧树脂直流闪络电压服从韦伯分布,可借助该方法定量评估绝缘系统对外加电压变化的敏感性。位置参数的引入有效提升了闪络电压数据的拟合效果,通过特征闪络电压、0.1%闪络概率的闪络电压进一步完善了对绝缘材料沿面电气性能的评价方法。     

SF_6/CF_4混合气体中聚四氟乙烯绝缘表面直流闪络特性

文中对电极间距为5 mm的指形电极下SF_6/CF_4混合气体中聚四氟乙烯绝缘表面直流闪络特性展开研究,分别测量了当SF_6/CF_4混合气体中SF_6混合比为0%~100%、压强为0.1~0.4 MPa时绝缘试样的直流沿面闪络电压,研究压强、混合比、电压极性等因素对绝缘试样直流沿面闪络特性的影响。实验结果表明:混合气体中SF_6混合比一定时,在0.1~0.4 MPa气压范围内,绝缘试样的直流闪络电压随气压升高而呈线性增加;0.3 MPa的20%SF_6/80%CF_4气体中绝缘试样的负极性直流闪络电压为52.34 kV,是相同气压下纯SF_6气体中的61.4%;在较低气压下SF_6/CF_4混合气体中绝缘试样的负极性直流闪络电压比正极性低,而当气压高于某临界值时,负极性直流闪络电压比正极性高,沿面闪络电压出现极性效应反转现象;40%SF_6/60%CF_4中负极性闪络电压达到纯SF_6中的65%,该研究可以为SF_6/CF_4混合气体替代SF_6应用于高压直流气体绝缘电气设备中提供参考。