覆冰绝缘子直流闪络双电弧动态电路模型

绝缘子覆冰对输电线路的正常运行造成重大隐患，研究覆冰绝缘子闪络模型有利于指导运行在冰雪地区输电线路的绝缘状态评估。鉴于现有闪络模型电弧电阻表征不明确，充分考虑实际覆冰绝缘子闪络时电弧由冰面电弧和空气间隙电弧组成，将电弧电阻区分为空气间隙与冰面时变电弧电阻之和，修正了电弧发展判据。通过观测现场覆冰绝缘子直流闪络路径得知，整条闪络通道由高压端及低压端2段相向发展的电弧组成。基于该闪络路径，建立了覆冰绝缘子直流闪络双电弧动态电路模型。研究结果表明，动态电路模型计算获得的闪络电压及临界闪络电流与试验结果相近，两者之间的误差分别为11.9%与8.9%，试验值与模型计算值吻合较好。而且，模型计算得到的泄漏电流波形和电弧发展速度与实测临近闪络前的泄漏电流和电弧发展速度基本一致。     

低气压下空气间隙电弧对覆冰绝缘子串直流闪络的影响

覆冰绝缘子串在直流闪络过程特别是低气压条件下中易产生空气间隙电弧形成"飘弧"现象,飘弧易桥接覆冰绝缘子串,且空气间隙电弧和冰面电弧具有不同的伏安特性,而传统的覆冰绝缘子串直流闪络模型由冰面电弧和剩余冰层电阻构成,没有考虑空气间隙电弧,在低气压下计算结果与实际情况相差较大。为了解此一现象,首先从理论上分析了飘弧对低气压下覆冰绝缘子串直流闪络电压的影响,建立了考虑和忽略空气间隙电弧的覆冰绝缘子串直流闪络模型,根据理论模型计算了相应的闪络电压,并与试验结果进行了比较分析。试验与理论计算结果表明,飘弧现象随着气压的降低和绝缘子串覆冰及污秽的程度增加而增加,低气压下进行绝缘子串直流闪络建模、预测和特性试验时应考虑空气间隙电弧及其飘弧的影响。     

低气压覆冰条件下绝缘子的直流闪络特性

为了分析影响低气压覆冰条件下绝缘子直流闪络特性的因素,在人工气候室内模拟高海拔、覆冰条件,对FC160P/C170 DC玻璃绝缘子和10 kV直流合成绝缘子进行试验研究,得到了空气间隙的距离与闪络电压的关系,并分析了覆冰状况对覆冰表面闪络特性的影响。试验结果表明:覆冰闪络电压随着空气间隙的增长而升高;上空气间隙时的闪络电压高于下空气间隙时的闪络电压;合成绝缘子因伞间距离小,易被冰凌和电弧桥接,覆冰和气压对其影响比瓷和玻璃绝缘子严重;低气压下,覆冰绝缘子发生飘弧时,其闪络电压大大降低。     

基于改进时变电弧方程的直流覆冰闪络动态电路模型研究

覆冰闪络的动态电路模型可用于模拟冰闪发展的动态变化过程,有助于深入探究覆冰绝缘子闪络发展的机理。针对现有动态模型中的时变电弧方程仅表征电弧在空气间隙发展的不足,充分考虑冰层表面对电弧发展的影响,对时变电弧方程进行改进,使其能够更加准确地描述实际冰闪电弧的动态变化。在此基础上,建立直流覆冰闪络的动态电路模型,将模型仿真结果与已有模型进行对比,同时在人工气候室内对等效玻璃平板进行覆冰闪络的试验验证。结果表明:建立的动态电路模型所预测的闪络电压值更接近试验值,两者最大相对误差为6.6%;预测泄漏电流与实测泄漏电流的动态变化规律具有较好的一致性。     

低气压下染污覆冰表面和冰凌间隙的直流电弧特性

低气压下染污覆冰表面沿面电弧和冰凌空气间隙电弧伏安特性是研究高海拔、污秽、覆冰综合环境中绝缘子放电机理和放电模型的基础,为此,利用三角平板玻璃先染污后覆冰和冰凌间隙模型在低温低气压实验室分别试验研究了低气压下覆冰沿面电弧和冰凌间隙电弧直流伏安特性。结果表明:染污覆冰表面沿面电弧和冰凌间隙电弧的伏安特性E-I关系呈负幂函数,相同条件下,正极性沿面电弧电压高于负极性,而空气间隙电弧伏安特性受极性影响很小;沿面电弧和空气间隙电弧直流伏安特性均随着气压降低而下降,且空气间隙电弧受气压影响较沿面电弧大。研究结果为建立低气压下染污覆冰绝缘子串直流放电模型提供了基础。     

覆冰绝缘子闪络动态特性数值模拟

依据冰闪电弧模型,以MATLAB为计算平台,揭示了直流电压下覆冰绝缘子放电电弧的动态特性.仿真结果表明:覆冰绝缘子的泄漏电流和电弧传播速度极性效应明显.在整个闪络过程90%时间内,局部电弧发展缓慢,最后闪络阶段发展速度剧增.仿真结果和人工覆冰绝缘子闪络实验数据基本吻合.     

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。     

XZP/XZWP4-160直流绝缘子覆冰闪络电弧特性的研究

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。根据试验结果进行分析得出:弧根周围空气的热电离导致了电弧的发展,静电场力对电弧的发展起到了加速作用,电击穿仅发生在闪络最终的跳跃阶段;通过测量闪络过程中的放电电压、泄漏电流、闪络时间、覆冰水电导率、电弧长度及电弧半径等参数,得到电弧的发展速度及临界电弧长度均随覆冰水电导率的增加而减小,弧根电流密度随着气压的降低而增大;与正极性电弧相比,负极性电弧的发展速度快且弧根半径大。进一步分析覆冰绝缘子的闪络过程可知:覆冰绝缘子存在2个不同的闪络路径,即沿冰层外部和内部,这是由于电弧热作用蒸发的Na原子进入弧柱的方式不同造成的。     

伞裙结构对110 kV复合绝缘子交流覆冰特性影响

输电线路覆冰引起的倒塔和绝缘子闪络事故严重威胁电力系统的安全运行,本文开展伞裙结构对110kV复合绝缘子交流覆冰特性影响的研究,建立110kV复合绝缘子覆冰及污秽共存状态下的电场计算模型,对其电场分布进行仿真计算,综合比较电场计算结果和覆冰闪络特性试验结果,提出能提高污秽覆冰复合绝缘子交流闪络电压的优化伞形结构,对覆冰区110kV输电线路复合绝缘子防冰闪改造有指导意义。     

棒形悬式瓷绝缘子的覆冰交流闪络特性研究

绝缘子覆冰闪络事故严重危害着输电线路的运行安全。为了研究影响棒形悬式瓷绝缘子覆冰交流闪络特性的因素,文中在人工气候室内对棒形悬式瓷绝缘子进行了带电和不带电的人工覆冰试验以及交流闪络试验,研究了表面覆冰程度、盐密污秽度和覆冰水电导率对绝缘子闪络特性的影响,试验中使用高速摄影机对放电电弧的发展过程进行检测,并用示波器记录泄露电流和闪络电压。结果表明:带电覆冰和不带电覆冰导致绝缘子表面覆冰程度不同,对其冰闪特性具有显著的影响:局部放电的初始位置和电弧的发展过程具有不同的特点而且在电弧发展到完全贯穿绝缘子表面前,在相同的试验电压下带电覆冰绝缘子的泄露电流比不带电覆冰绝缘子的泄漏电流大;棒形悬式瓷绝缘子覆冰闪络电压随盐密污秽度和覆冰水电导率的增大而降低,且相同盐密污秽度下带电覆冰绝缘子的闪络电压高于不带电覆冰绝缘子的闪络电压。研究结果可为为输电线路绝缘子选型以及防冰减灾等,提供试验依据和技术参考。     

Modeling of DC Flashover on Ice-Covered HV Insulators Based on Dynamic Electric Field Analysis

In this paper, a model based on dynamic electric field analysis has been developed to predict the flashover voltage of the ice-covered HV insulators, under dc voltage. The potential and electric field calculation models before and after air gap breakdown are built respectively based on finite element method (FEM). The arc initiation process is determined based on the model before air gap breakdown. The critical applied voltage and leakage current to maintain an arc with certain length are obtained based on the electric field calculation model after air gap breakdown and the U-I characteristic of the arc. Moreover, the improved Hampton criterion has been employed to determine the critical flashover of the ice-covered insulator. The results obtained from the dynamic electric field analysis model have been compared with other mathematical and experimental results of other researchers and got a great agreement.     

Dynamics and modeling of AC arc on surface of ice

A self-consistent dynamic model allowing the prediction of AC discharge activities leading to flashover on ice-covered insulator surface is presented. This model takes into account the effects of a number of parameters including insulator geometry and applied water conductivity. The instantaneous variations of major parameters are discussed in order to develop a sequential time-dependent simulation of the flashover. The temporal evolution of arc current and axial arc velocity are determined in a consistent manner. The critical flashover voltage characteristics, as a function of surface conductivity, insulator length, and insulator diameter, calculated by the model are quite satisfactory when compared to the experimental results from empirical models reported in the literature     

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。     

Dynamic modeling of DC arc discharge on ice surfaces

A dynamic model for predicting DC arc behavior and critical flashover voltage of ice-covered insulating surfaces is presented. The model takes into consideration insulating geometry, pre-contamination level, and characteristics of ice layers. Assuming arc behavior as a time dependant impedance, it is possible to determine various arc characteristics such as time histories of leakage currents, potential gradient, channel radius, trajectory, propagation velocity and the energy injected into the zones free of ice (also called air gaps). The simulated results provided by the model are in agreement with those obtained experimentally using a simplified ice-covered cylinder as well as a short string of five IEEE standard porcelain suspension units covered with artificial ice.     

Effects of low air pressure on AC and DC arc propagation on ice surface

The effects of air pressure on the AC and DC arc process on an ice surface, including velocity, parameters and flashover voltage, were studied. The results obtained showed that air pressure has an obvious influence on the arc propagation velocity, arc constant A, electrode voltage drop V_e and consequently on the flashover voltage of the ice surface, V_f. This decrease in V_f is explained by the decrease in the E-I arc characteristics and arc propagation velocity, and by the relatively higher density of Na atoms in the arcs at pressures below standard air pressure. Based on these results, the mechanism underlying the decrease in the flashover voltage of ice-covered insulators at high altitude was analyzed     

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。     

沙尘对电力系统外绝缘电气特性影响分析

为了解沙尘对电力系统运行造成的影响,在查阅有关文献的基础上分析了沙尘对空气间隙和绝缘子放电特性的影响,同时在沙尘模拟实验室进行了风沙对间隙击穿电压影响的实验研究。分析和研究表明:在雷电冲击和操作冲击电压作用下,沙尘对空气间隙的冲击放电特性有一定的影响,主要是由于阴极表面上的沙尘引起;沙尘对空气间隙及绝缘子放电特性的影响程度与风速、沙尘的带电量等因素有关。     

冰凌针-板间隙直流正极性下起始电晕特性的研究

覆冰是电力系统的严重自然灾害之一。覆冰绝缘子伞裙间隙未桥接时,冰凌尖端的放电是影响绝缘子闪络电压的主要因素之一。选择冰柱-冰板间隙模型,借助于紫外线成像仪等设备,在人工气候室内研究了冰凌-冰板模型的电晕特性,提出了用紫外线成像仪确定冰凌-冰板起晕电压的方法, 分析了影响冰凌起晕电压的因素。结果表明:冰凌-冰板间隙起晕电压与冰凌状态有关,湿冰的起晕电压较低,干冰的起晕电压较高;间隙较长,起晕电压较高;气压较低,起晕电压较低;冰凌起晕电压与覆冰水电导率没有明显关系。