高压直流输电线路电晕起始电压及起始场强研究.doc
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4、下:35kV电力系统户内开关柜电晕放电现象的初探与解决措施(四)http:/www.smr-上面两组数据表明高压母线与绝缘套管内壁的电压降为6.24kV,即加在母线与套管5mm的空气间隙之间的电压为6.24kV。 由于介质层中的最大场强均在其圆柱的外表面,因此,该母线与套管间隙之间的最大场强在套管的内壁处。 由于在击穿前首先出现了电晕放电,因此可视作为极不均匀电场情况。 其内壁的击穿电压可结算为公式5(公式5略) 由于加载在空气间隙之间的电压为6.24kV,而击穿电压为U=59.2kV,因此,在额定电压下此间隙是不能被击穿的,而且有较大裕度。 下面可估算一下套管内外壁电晕起始场强。 由于在标准
5、大气压下圆柱导体的电晕起始场强可用下列皮克公式表示:(公式略) 代入数值可得: 内壁的电晕起始场强为34.5Kv/cm 外壁的电晕起始场强为31.2Kv/cm 即说明套管的内外壁都具备电晕起辉的条件。论文简介:复杂大气环境中,不仅酸性湿沉降水对输电线路外绝缘的安全运行将产生严重影响,而且覆冰、低气压(高海拔)和污秽等多因素共存时也将对电力系统构成极大的威胁。因此,对上述环境中绝缘子闪络特性的研究,具有非常重要的现实意义和学术价值。为此,本文在国内外现有工作的基础上,通过大量的试验工作,首次系统地研究了复杂环境中绝缘子的交流闪络特性和闪络电压的校正方法,为输电线路的设计和安全运行提供了试验数据和
6、理论依据。同时,还对制造厂针对上述环境使用而研制的大爬距柱头悬式绝缘子在工频及陡波电压作用下的沿面电场分布特性进行了仿真计算研究。本文的主要工作和结论如下: 根据酸性沉降水pH值与溶液电导率之间关系的研究结果,分析了按传统方法选择爬距的线路或变电站在酸性降水时可能发生污闪的原因。发现绝缘子的交流闪络电压随酸雨或酸雾pH值的减小而降低:在3.0pH4.0的范围内,酸性溶液电导率的变化开始加剧且出现拐点;当酸雾pH=3.0时绝缘子的污闪电压与高一级盐密pH=7.0(即清洁雾)时的闪络电压相当;增大爬距或使用玻璃绝缘子可以提高酸雾环境中绝缘子的交流闪络电压。 对几种典型结构悬式绝缘子串在覆冰、低气压
7、和污秽共存环境中的交流闪络特性进行了研究,得出了最低闪络电压与上述因素之间的规律。研究结果表明:绝缘子串的交流闪络电压在融冰期存在一个最低值,且随覆冰量、海拔高度或污秽度的增加而明显降低并逐渐趋缓;污秽度增大或气压降低,都会使得电弧弧径增大、燃烧更加稳定、难以熄灭,更易于发展且出现飘弧,从而导致覆冰绝缘子伞间短路和闪络电压下降;覆冰的密度和形状等因素对绝缘子最低闪络电压有明显的影响。 通过对覆冰、低气压和污秽综合作用下绝缘子放电物理过程的研究认为,放电过程可定性分为基本电流、电晕流注电流、白弧电流和闪络电流四个发展阶段;低气压下覆冰染污绝缘子交流闪络电压下降的主要原因是覆冰使绝缘子串的两端、特
8、别是高压引线端绝缘子承担的电压增高而对沿串电压分布的畸变作用,导致局部电弧总是从高压端起始,发展到一定长度后接地端起弧,然后贯通表面至闪络;间歇性白弧能否发展成稳定的白弧是闪络发生的主要条件。 在对复杂环境中绝缘子闪络电压进行大量试验研究的基础上,提出了绝缘子闪络电压校正的计算公式和绝缘子串片数选择的方法。 通过自然污秽绝缘子在覆冰、低气压共存环境的现场和取回在实验室的大量试验,发现其交流最低闪络电压与特征量之间的关系和人工模拟试验结果的规律一致;最低闪络电压比人工模拟试验结果高,且分散性大。因此,本文认为复杂环境中的外绝缘选择仍应以人工模拟试验结果为依据,而把裕度留给运行部门。同时,在对复杂
9、环境中的外绝缘进行选择时,“污湿特征”要考虑酸雨酸雾对闪络电压的降低作用。 本文对制造厂针对复杂环境中使用而研制的单伞大爬距柱头悬式绝缘子造型的电场特性,采用复数模拟电荷法及变密度线电荷的优化方法对工频和陡波电压作用下沿面电场分布进行了数值仿真研究;通过对绝缘子沿面电场分布特性仿真结果的分析,提出了一些造型改进设计的初步意见。 本论文转载于论文天下:气体介质在电场作用下发生碰撞电离而导致电极间贯穿性放电的现象。气体介质击穿与很多因素有关,其中主要的影响因素为作用电压、电极形状、气体的性质及状态等。气体介质击穿常见的有直流电压击穿、工频电压击穿、冲击电压击穿、高气压电击穿、高真空电击穿、负电性气
10、体击穿。 直流电压击穿直流电压作用下的气体介质击穿。可分为以下两种。 在电极间电场是均匀的情况下,气压低于1大气压(约0.1兆帕)时,间隙击穿电压服从于帕邢定律。对于空气介质,击穿电压Ub可按经验公式 进行计算。式中d为电极间距离(cm),为空气相对密度。一般情况下,空气介质击穿电压也可近似地用30kv/cm的击穿场强来估计。对于稍不均匀电场,如两球电极的间隙,当电极距离d与球直径D之比d/D1/4时,可看作均匀电场,超过此限度时就不能这样考虑了。 在极不均匀电场的情况下,如棒板电极的间隙,击穿场强Eb大为降低,并且还会出现极性效应,即正极性棒对负极性板的间隙击穿电压小于相反极性的情形,如图1
11、所示。引起极性效应的原因是由于正离子比电子运动慢很多,在间隙中形成正极性空间电荷,改变了电场分布而引起不同的放电发展过程。在 0.33m电极间距离范围内,棒对板间隙的平均击穿场强Eb分别约为:正极性棒电极时,E+4.5kV/cm;负极性棒电极时,E-10kV/cm。 工频电压击穿工频交流电压作用下的气体介质击穿。在均匀电场(见不均匀电场)的间隙中,工频击穿电压和直流击穿电压相等。在极不均匀电场的间隙中(如棒板间隙),击穿总是发生在棒电极处于正极性的状态,因而交流击穿电压幅值与正极性棒对负极性板间隙的直流击穿电压相近。棒板空气间隙的交流平均击穿场强为E4.8kV/cm,与上述E+很接近。为提供高
12、电压输电线或变电所空气间隙距离的设计依据,近年来很多人研究长空气间隙的工频击穿电压(见长间隙击穿)。图2为1 10m间隙距离的击穿电压曲线。图中,曲线1、2是棒-棒电极间隙,上棒电极均为5m,下棒电极分别为6m及3m,两者的击穿电压稍有差异。这是因为曲线2的下棒电极短,大地的影响大。曲线3是棒-地间隙的击穿电压,它比棒-棒间隙的数值低许多,并且有“饱和”的趋势。这些试验是在室内进行的,后来由户外试验说明,并未出现“饱和”现象。“饱和”现象是由于试验室墙的影响引起的。进行长间隙的试验需要很大的试验室,投资很多。因此许多人在研究用理论模型计算或试验模拟来代替实际尺寸的试验。 冲击电压击穿冲击电压作
13、用下的气体介质击穿现象。冲击电压可分两类:一类是雷电冲击电压,其标准波形为1.2/50,是模拟雷闪放电时造成的雷电过电压;一类是操作冲击电压,标准波形为250/2500或波前时间为20003000的衰减振荡波,为模拟开关操作或系统故障时产生的操作过电压(见过电压)。不同电极形状空气间隙的雷电冲击击穿电压如图3 所示。由于冲击击穿电压有随机分散性,一般取50概率的数值。冲击击穿电压与试验电压极性和电极形状有关。冲击电压击穿可以发生在波前或波尾部分,视电压高低而定。电压越高,击穿时延越短。击穿电压与时延的关系曲线常称伏秒特性(见绝缘强度)。它对电力系统的绝缘配合有重要意义。同样,由于作用时间的影响
14、,操作冲击电压下间隙击穿电压比雷电冲击电压下的低。而在一些高功率脉冲装置产生的几十纳秒脉冲电压下,间隙击穿电压则高得多。 高气压电击穿由于气体压力与气体密度成正比,因而气压将直接影响电子的自由程,从而影响电离和击穿。帕邢定律表明,在相同的间隙距离下,提高气体压力可提高其击穿电压。然而高气压下气体介质击穿的机理与汤森理论有很大差异。高气压电击穿有以下特点:超过一定气压Pc之后(各种气体的Pc值不同,例如SF6的Pc约在6kg/cm2 以上),击穿电压有较大的分散性。经过多次放电之后(一般称“锻炼”),击穿电压值渐趋稳定。但即使在锻炼之后,偶而也会出现很低的击穿电压。阴极材料对击穿电压有影响。阴极
15、材料的结构,例如有无杂质,单晶或多晶,是否有位错等,也会影响击穿电压的大小。电极表面状态的影响。电极表面加工及清洁程度对击穿电压有作用。如电极经抛光、除油等处理后,击穿电压比处理前高。电极面积增大,击穿电压将有所降低。气体中若含有水气及悬浮尖埃等杂质,则会降低击穿电压。因此所充气体应经过净化处理。 高真空电击穿由于高真空状态下气体密度减少到很小的程度,电子或离子的自由程将很长,以致在间隙中不易发生碰撞电离,因此间隙的击穿电压将会很高(帕邢定律的左半支曲线)。某些设备高真空间隙的击穿场强可高达1.3MV/cm。影响真空间隙击穿过程有许多因素,如真空度、间隙距离、电极材料、电极状态、电压作用时间等
16、。在真空放电中,电极表面过程,特别是阴极表面过程是非常重要的,许多研究工作围绕着这个问题进行,提出了各种真空击穿放电模型,如场致发射模型、微粒模型、微放电模型等。对于脉冲电压击穿的机制,看法比较一致。对于稳态电压下的真空击穿机制,P.A.恰特登认为,在间隙距离d10-310-1cm的区域,可能是场致发射引起击穿;在d10-11cm的区域,可能是微放电的击穿机制;更大的间隙, 可能是微粒击穿机制。 负电性气体击穿六氟化硫、氟利昂、四氯化碳等许多种卤化物气体的击穿现象。这些气体的击穿场强比空气的高。其主要原因是卤族元素具有很强的负电性,易于吸附电子形成负离子,而负离子的运动速度远小于电子,很容易和
17、正离子发生复合,使气体中带电质点减少,因而放电的形成和发展比较困难。其次是这些气体的分子量和分子直径都较大,使电子在其中的自由程缩短,不易积聚能量,因而减少了电子碰撞电离的能力。这些气体相对于空气的击穿场强,或称相对介电强度列于表中。 气体介质击穿表中还列出了上述材料在98千帕下的液化温度。电力设备中选用负电性气体作为绝缘介质时,除要求高介电强度外,还要求较低的液化温度和良好的化学稳定性。因为液化温度较高的气体不能在低温下或寒冷地区运行,也不能增加压力以提高其击穿电压;化学性能不稳定则容易分解或与其他材料起反应。例如四氯化碳的介电强度虽然较高,但其液化温度过高,而且在放电过程中容易分解产生氯气
18、。六氟化硫则液化温度低而化学性能稳定,它的相对介电强度为2.53.0,在工程中应用最为广泛。四、关于复合绝缘子 现在生产复合绝缘子的厂家很多,可能有100多家,其中绝大多数厂家技术力量是相对缺乏的,有些厂是没有技术人员的,对复合绝缘子的产品设计,硅橡胶的配方了解得很少,产品图纸是从外厂弄来的。打听一下,已有一定规模的复合绝缘子生产厂用些什么设备,谁家生产的,模具是谁开的,芯棒、硅橡胶和金属附件就更容易了,生产厂家多得很,谁家便宜就用谁的,只要有钱,100万元就可以起家,1000万元就可以建一个像样的厂,到已经具有一定水平的复合绝缘子厂挖一个或几个二三流水平的工人,就可以生产销售复合绝缘子了。不
19、信?你可以去考察。所以,我对部分复合绝缘子厂生产的产品质量担忧。 从运行情况看,棒形悬式复合绝缘子有三大问题:鸟粪闪络和“不明原因”闪络、芯棒脆断和绝缘子的老化。 首先这三个质量问题都与产品设计有关。相当多的厂是不清楚什么叫“鸟粪闪络”和“不明原因闪络”,什么原因产生的,有什么危害,谁的责任,如何防止。甚至于把责任推给用户,要用户采取防鸟措施。芯棒脆断是玻璃钢芯棒耐酸性能不好所致。棒形悬式复合绝缘子是替代瓷和玻璃悬式绝缘子串的,瓷和玻璃悬式绝缘子本身相当于一个电容器,其每个绝缘子的电容量约为50-60微微法,几个或者几十个瓷和玻璃悬式绝缘子组成绝缘子串时,就相当于一个电容器串,电容有一定的均压
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