高电导率雾和鸟粪影响下的短空气间隙和绝缘子交流放电特性

摘要

针对我国能源资源和生产力发展呈逆向分布的现状，具有远距离、大容量、低能耗、低污染等优点的超特高压输电系统成为我国能源输送的重要途径，然而远距离输电的超特高压电力网络必然要面临各种复杂恶劣环境的影响。对超特高压电力网络而言，其运行环境的多样性造成了超特高压线路外绝缘设计的复杂性，尤其是在面对大雾、鸟害等复杂线路运行环境下，输电线路设备间各种空气间隙的绝缘特性会较常规状态下的绝缘特性发生一定的变化。而从目前的研究现状来看，关于大雾、鸟害影响下的空气间隙和绝缘子工频放电特性的研究还较少，难以指导实际工程应用。
　　本文采用模拟试验和仿真计算相结合的研究手段，首先，在实验室试搭建平台，使用超声波雾气发生器和试验罐并制作简化的导线－塔窗模型，通过改变雾气电导率，进行不同电导率雾气环境下的棒－板间隙、导线－塔窗模拟短间隙的交流放电特性的试验研究；其次，开展了鸟粪影响下的空气间隙交流放电特性和110kV复合绝缘子鸟粪闪络特性的试验研究工作；最后，在试验的基础上，利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立模型，进行空间电场分析，完成了鸟粪影响下的空气间隙和110kV复合绝缘子放电和闪络特性的电场仿真研究工作。本文得出的研究结论如下：
　　(1)两种电极组合在0-20cm间隙条件下的放电特性试验结果表明：棒－板间隙在干洁环境下，其20cm间隙击穿的平均击穿电场强度为5.10kV/cm，与干洁环境相比，纯净雾气环境下的击穿场强与干洁环境下的持平，而高电导率雾可以引起击穿场强降低4.5％。；对于简化导线－塔窗间隙，其15cm间隙击穿的平均击穿电场强度为6.20kV/cm，与干洁环境相比，纯净雾气环境和盐雾环境分别引起间隙击穿电压降低0.16%和2.6%。
　　(2)鸟粪影响下的空气间隙交流放电特性试验的研究结果表明：当间隙加入鸟粪模拟液时，与常规条件下的纯空气间隙相比，其击穿电压明显降低。在鸟粪模拟液电导率为8000μs/cm的时候，45cm的模拟塔窗－导线间隙在流量为2ml/s的鸟粪模拟液作用下，其交流击穿电压约为常规情况下的20%左右，相同间隙条件下，随着鸟粪模拟液流量的增大，击穿电压随之降低。
　　(3)对于垂直悬挂的110kV复合绝缘子，当绝缘子周围加入鸟粪模拟液，并对绝缘子下端均压环施加有效值为63.5kV的交流电压后，观察其闪络规律。分析试验结果可以发现，在鸟粪模拟液电导率为8000μs/cm的时候，随着鸟粪模拟液流量的增大，绝缘子串闪络概率逐步提高，其中，2ml/s流量的鸟粪模拟液虽然可以引起110kV复合绝缘子闪络，但闪络概率相对较小，3.5ml/s流量的击穿概率大大提高，可以作为击穿的临界值。
　　(4)通过对鸟粪引起的空气间隙和110kV复合绝缘子放电和闪络特性进行电场仿真，结果表明，两种情况下的放电原因相似，即：鸟粪下落的过程中，间隙或绝缘子周围由于鸟粪通道的存在，其前端与导线高压端之间的空气间隙电场强度大大增加，当间隙的平均场强达到击穿场强时引起间隙击穿。

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1 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

2 雾气对短间隙交流击穿特性的影响研究

2.1 概述

2.2 试验装置与试品

2.3 试验方法

2.4 雾气环境影响下的间隙交流放电特性

2.5 雾气环境对空气间隙交流放电特性影响的试验结果分析

2.6 本章小结

3 由鸟粪引起的导线－塔窗模拟短间隙交流击穿特性研究

3.1 概述

3.2 试验装置与试品

3.3 试验方法

3.4 鸟粪影响下的导线－塔窗间隙交流放电特性试验数据

3.5 试验结果分析

3.6 鸟粪影响下的导线－塔窗间隙电场特性

3.7 本章小结

4 由鸟粪引起的绝缘子交流放电特性研究

4.1 概述

4.2 试验装置与试品

4.3 试验方法及过程

4.4 鸟粪引起的绝缘子工频放电特性

4.5鸟粪影响下的绝缘子沿面电场特性

4.6 输电线路鸟害故障防治措施

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附 录