悬式绝缘子（短）串自然覆冰交流闪络特性

摘要

输电线路绝缘子覆冰是导致电网运行安全性降低的重要原因之一，虽然目前国内外研究学者对覆冰绝缘子的闪络特性进行了大量的试验研究，但主要是在人工模拟条件下进行的。通过对比人工覆冰与自然覆冰不难发现，由于所受温度、风速、湿度等环境因素的影响，人工模拟和自然环境下的覆冰形态存在较大差异，进而影响其闪络特性。因此，为提高电网运行的可靠性，降低冰闪事故率，开展自然覆冰闪络试验研究具有十分重要的意义。　　作者在雪峰山自然覆冰试验基地对三种大吨位悬式瓷绝缘子(短)串进行了现场自然覆冰研究，得到了不同环境参数下绝缘子串的自然覆冰特性，以及不同覆冰条件下绝缘子(短)串的交流闪络特性，并结合现场试验对自然覆冰绝缘子(短)串的闪络过程进行了研究，建立了混合凇以及雨凇覆冰绝缘子串电场仿真计算模型，分析了伞面冰厚、冰棱长度、水膜电导率等对覆冰绝缘子串沿面电场分布的影响规律。得到如下结论：　　① 绝缘子串自然覆冰的基本条件是存在可使水滴冻结的温度和运动的风速，单纯的冻雨覆冰和冻雨冻雾交替覆冰可使绝缘子串分别形成雨凇和混合凇覆冰形态，且绝缘子串迎风面覆冰程度比背风面严重；在覆冰增长过程中，未桥接冰棱直径的增长速率慢于已桥接的冰棱，伞裙迎风面覆冰厚度会逐渐增大但趋势变缓；绝缘子的冰棱根数与绝缘子的盘径呈正相关的关系；“大-小-大”型伞裙结构，会有效抑制覆冰的增长；双伞型绝缘子上伞裙的覆冰厚度明显大于其下伞裙；绝缘子串的覆冰重量受其伞形结构的严重影响。　　② 悬式绝缘子(短)串自然覆冰交流闪络电压随着覆冰前污秽程度的增大而逐渐降低，且满足负幂函数关系，影响特征指数b值在0.240～0.350之间；随着监测导体覆冰厚度的增大，交流覆冰闪络电压逐渐减小，符合负指数函数关系，其特征指数c值在0.268～0.355之间；冰闪电压U50与污冰参数ISP之间呈负幂函数变化规律，特征指数p值在0.432～0.472之间；临界闪络电流随绝缘子覆冰前污秽程度的增加而增大，并且随覆冰程度的增加呈现近似线性减小的趋势；在相同盐密下，自然覆冰绝缘子的交流闪络电压均低于污秽绝缘子。　　③ 通过对混合凇以及雨凇覆冰绝缘子现场试验进行拍摄，得到了不同覆冰形态下绝缘子放电过程中电弧的发展变化规律，在混合凇覆冰形态下，电弧主要沿冰层表面发展，而雨凇覆冰条件下，电弧会出现较严重的飘弧现象；电弧在发展过程中，存在熄灭重燃现象，并且局部电弧会在绝缘子串迎、背风侧随机出现，当发生完全闪络时，电弧通道基本都是位于绝缘子串迎风侧；两种覆冰形态相比，雨凇覆冰使绝缘子电气性能下降的程度更大。　　④ 覆冰绝缘子串高压端第一个冰棱空气间隙所承受的电压降ΔU远大于其他空气间隙，且高压端第一个冰棱空气间隙所承受的ΔU会随着冰棱长度的增加逐渐增大，而其他冰棱空气间隙所承受的ΔU会随着冰棱长度的增加逐渐减小；绝缘子表面电场强度的大小会受到水膜电导率的影响，但其分布规律并不会受到影响；冰层电导率基本不会对其电场强度的分布产生影响。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 覆冰绝缘子闪络特性与影响因素研究

1.2.2 覆冰绝缘子放电机理研究

1.3 本文的主要研究内容

2 试品、试验装置以及试验方法

2.1 试品

2.2 试验装置

2.2.1 试验平台

2.2.2 接线原理图

2.2.3 测量设备

2.3 试验程序与方法

2.3.1 覆冰绝缘子染污

2.3.2 绝缘子串的自然覆冰

2.3.3 覆冰程度的表征

2.3.4 电气特性试验方法

2.4 本章小结

3 绝缘子串自然覆冰特性与交流闪络特性

3.1 引言

3.2 绝缘子串自然覆冰特性

3.2.1 环境参数对自然覆冰特性的影响

3.2.2 覆冰程度对自然覆冰特性的影响

3.2.3 伞形结构对自然覆冰特性的影响

3.3 自然覆冰绝缘子串交流试验结果及分析

3.3.1 试验结果

3.3.2 自然覆冰绝缘子的冰闪电压与覆冰前盐密的关系

3.3.3 自然覆冰绝缘子的冰闪电压与覆冰程度的关系

3.3.4 自然覆冰绝缘子的冰闪电压与污冰参数的关系

3.4 自然覆冰绝缘子的交流临界闪络电流特性

3.5 绝缘子自然覆冰与污秽闪络特性比较

3.5.1 绝缘子串交流污闪试验结果

3.5.2 自然覆冰与污秽闪络结果比较

3.6 本章小结

4 自然覆冰绝缘子闪络过程分析

4.1 引言

4.2 自然覆冰绝缘子闪络过程分析

4.2.1 混合凇覆冰形态绝缘子串闪络过程分析

4.2.2 雨凇覆冰形态绝缘子串闪络过程分析

4.3 自然覆冰绝缘子串电场分析

4.3.1 覆冰绝缘子串电场计算模型

4.3.2 混合凇覆冰形态绝缘子串电场分布

4.3.3 雨凇覆冰形态绝缘子串电场分布

4.4 本章小结

5 结 论

5.1 本文结论

5.2 后续研究工作的展望

参考文献

附录

A 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目目录

C 学位论文数据集

致谢