低气压下覆冰绝缘子(长)串闪络特性及直流放电模型研究

摘要

高海拔、污秽、覆冰综合环境中的电气外绝缘放电特性既是国内外尚未解决的难题，也是我国“西电东送”、特高压工程建设与电网发展面临的关键技术问题。本文在国家自然科学基金和“西电东送”重大工程课题的支持下，在大型多功能人工气候室系统地开展了在低气压、污秽、覆冰综合条件下的典型瓷、玻璃和复合绝缘子长串闪络特性、放电过程及电弧特性研究，主要工作如下：
　　 ①通过大量的典型绝缘子长串覆冰闪络电压试验，研究了平均闪络电压法和“U形曲线法”分别获得的覆冰绝缘子串平均闪络电压和最低闪络电压的概率分布，比较了平均闪络电压法、“U形曲线法”、50％耐受电压法以及最大耐受电压法等四种方法获得的覆冰绝缘子串50％闪络电压试验结果，结果表明，平均闪络电压法与“U形曲线法”分别获得的覆冰绝缘子串平均闪络电压和最低闪络电压服从正态分布，两种试验方法得到的50％闪络电压比50％耐受电压法所得结果分别高8.0％～9.8％和3.8％～5.9％。
　　 ②在大型多功能人工气候室系统地开展了典型直流瓷、玻璃和复合绝缘子直流冰闪特性研究，获得了7种典型绝缘子在不同覆冰厚度、染污盐密、串长以及气压下的直流闪络电压，研究了直流绝缘子长串受覆冰厚度、染污盐密以及气压影响的闪络电压模型，提出了典型直流瓷、玻璃和复合绝缘子在高海拔、污秽、覆冰综合作用下的直流冰闪电压校正方法。
　　 ③通过对两种典型伞型结构的特高压复合绝缘子的试验研究，对比分析了两种特高压复合绝缘子的直流及交流覆冰闪络特性，计算得到了两种复合绝缘子在交流与直流电压下的闪络电压受染污盐密及气压影响的特征指数，得出直流电压下50％闪络电压受盐密影响程度比交流电压下小，而受气压影响程度却相反。
　　 ④通过大量试验，研究了XZP-210绝缘子串在Ⅰ串、Ⅱ串、Ⅴ串、倒Ⅴ串、“2+1”插花和“3+1”插花布置方式下的直流冰闪特性，得到了绝缘子串布置方式对其冰闪特性的影响规律。
　　 ⑤采用高速摄像机拍摄了低气压下XZP-210染污覆冰绝缘子串的直流放电过程，研究了染污盐密及气压对染污覆冰绝缘子串放电过程的影响，分析了两种因素与飘弧现象的关系，提出了染污盐密与气压影响下的直流临界闪络电流计算模型，得到了染污盐密与气压特征指数，分析了低气压下覆冰绝缘子串直流电弧发展长度、速度与放电时间的关系。
　　 ⑥设计了三角平板玻璃覆冰以及冰凌空气间隙试验模型，通过试验研究了低气压下染污覆冰表面直流沿面电弧和冰凌空气间隙的电弧伏安特性，研究了三角平板玻璃试验模型的剩余冰层等效表面电导率与染污盐密和覆冰水电导率的关系，建立了低气压下染污覆冰绝缘子串直流放电的多电弧发展模型，该模型由不同极性沿面电弧、空气间隙电弧及剩余冰层电阻串联，可用于计算低气压下覆冰绝缘子长串直流放电过程中存在多电弧并存发展情况下闪络电压，研究结果表明该模型计算结果与试验结果最大偏差不超过10％。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.1.1问题的提出

1.1.2课题研究的重要意义

1.2国内外研究现状

1.2.1覆冰绝缘子闪络特性及影响因素研究

1.2.2覆冰绝缘子放电机理及模型研究

1.3本论文研究的主要内容

2绝缘子人工覆冰闪络试验

2.1绝缘子人工覆冰试验装置

2.1.1大型多功能人工气候室

2.1.2试验电源

2.1.3测量系统

2.2试品

2.3绝缘子人工覆冰试验方法

2.3.1绝缘子人工覆冰试验程序

2.3.2覆冰绝缘子的电气特性试验方法

2.3.3高海拔低气压的人工模拟方法

2.4平均闪络电压法和“U形曲线法”试验结果的统计特性分析

2.4.1试验电压值的概率分布特性

2.4.2 50％放电电压的确定及试验次数的选取

2.5不同电气试验方法下覆冰绝缘子(串)冰闪特性比较

2.6本章小结

3低气压下覆冰绝缘子(长)串闪络特性

3.1低气压下覆冰瓷、玻璃及复合绝缘子(长)串直流闪络特性

3.1.1瓷、玻璃绝缘子串直流冰闪电压与串长的关系

3.1.2 U50％与监测导体冰厚d的关系

3.1.3SDD对U50％的影响

3.1.4气压对U50％的影响

3.1.5高海拔、污秽、覆冰综合作用下绝缘子(串)直流冰闪电压校正

3.2绝缘子串布置方式对其直流冰闪电压U50％的影响

3.3特高压复合绝缘子短样直流与交流覆冰闪络特性及其比较

3.3.1直流及交流下SDD对U50％的影响

3.3.2直流及交流下气压P对U50％的影响

3.4本章小结

4低气压下染污覆冰绝缘子串直流放电过程

4.1低气压下染污覆冰绝缘子串直流闪络发展过程

4.1.1电弧发展现象

4.1.2临界闪络电流

4.2低气压下染污覆冰绝缘子串直流电弧发展特性

4.2.1不同气压下直流电弧长度随放电时间的变化

4.2.2不同气压下直流电弧发展速度随放电时间的变化

4.3影响覆冰绝缘子放电局部电弧发展的因素探讨

4.4本章小结

5低气压下染污覆冰绝缘子串直流放电模型研究

5.1低气压下染污覆冰表面沿面电弧特性

5.1.1试验装置、试品及试验方法

5.1.2染污覆冰表面沿面电弧伏安特性

5.2染污覆冰表面剩余冰层等效表面电导率

5.2.1试验方法

5.2.2试验结果

5.3低气压下冰棱空气间隙电弧伏安特性

5.3.1试验装置、试品及试验方法

5.3.2低气压下冰棱空气间隙电弧伏安特性试验结果

5.4低气压下染污覆冰绝缘子串直流放电模型及验证

5.4.1覆冰绝缘子放电数学模型简介

5.4.2低气压下染污覆冰绝缘子串多电弧直流放电模型

5.4.3低气压下染污覆冰绝缘子串多电弧直流放电模型的试验验证

5.5本章小结

6结论

6.1本文结论

6.2后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录