气流环境下绝缘介质表面放电特性及机理研究

摘要

暴露在大气环境中的绝缘设备受到运行状态或者大气运动的影响，其绝缘介质表面往往处于气流环境中，其放电特性与静态气体相比有较大差异。气流环境中绝缘设备表面含有金属性粉尘等易荷电物质。受过电压影响，绝缘介质表面会产生电荷积聚，造成表面电荷不均匀分布，导致表面场强畸变。研究气流环境对沿面放电的影响，可为气流环境中高压设备的设计和绝缘配合提供指导。　　本文以硅橡胶绝缘片为研究对象，通过风洞系统以及气流环境下表面电位测试平台，从表面电位对放电特性的影响，以及气流对放电离子运动轨迹影响两个方面对气流环境下沿面放电机理进行探讨。主要研究工作如下：　　(1)首先通过实验室自建风洞系统，开展了气流环境下沿面放电特性试验，从气流方向和气流速度两个方面分别对沿面放电光通道以及电特性展开研究，试验发现气流方向垂直于电场方向时，电晕放电光区与放电路径沿着气流方向发生了偏移。闪络电压随着气速度的增加而上升，放电电流随着气流速度的增加而下降；当气流方向垂直于电场方向时闪络电压高于气流风向平行于电场方向时的闪络电压。　　(2)其次为了探明气流环境表面电荷积聚与消散特性，搭建了气流环境表面电荷测试平台，并对气流环境下表面电荷消散传导机制与输运特性进行深入研究，结果表明气流环境下表面电荷的分布不在绝缘介质的中心，积聚区域会沿着气流发生偏移，且气流速度越大偏移越严重；同时，相较于静态气流环境，气流环境下表面电荷消散会加速，气流速度越快表面电荷消散越快；同时对绝缘介质表面电荷体传导消散与气体侧中和两种消散机制对气流环境下表荷输运特性进行讨论，试验发现气流会改变气体侧压强，同时改变绝缘介质表面温度，使得绝缘介质在气流环境下传导机制发生改变，相较于静态环境下表面电荷更容易消散。　　(3)最后对气流环境下表面电荷积聚与消散特性对闪络电压的影响进行了研究，通过在气流下对绝缘介质表面注入电荷，并开展沿面闪络试验，发现绝缘介质表面注入电荷后，会使得闪络电压下降，但随着气流速度增加闪络电压会上升，同时闪络路径也会发生弯曲，这是因为气流导致表面电荷积聚区域偏移，这就证明了气流会使得放电离子发生偏转与吹离；同时，绝缘介质表面电荷消散速率增快，绝缘介质表面电子通量减小，表面电荷累积量减少，进而削弱了绝缘介质的表面电场。因此，电子的偏转和吹离效应以及表面电荷积聚量减少是导致高速气流环境下针板电极间沿面闪络电压上升的主要因素。

目录

声明

第1章绪论

1.1 选题背景和意义

1.1.1 高速列车强气流环境沿面放电

1.1.2 电力系统大风环境沿面放电

1.2 国内外研究现状

1.2.1 影响沿面放电的因素

1.2.2 气流环境绝缘介质沿面放电研究现状

1.2.3 表面电荷积聚及消散机理研究现状

1.3 本论文主要工作

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线图

第2章气流环境下绝缘介质沿面放电特性

2.1 气流环境绝缘介质沿面放电试验平台

2.1.1 试验设备

2.1.2 试验样本

2.1.3 试验装置和电路

2.2 气流环境下绝缘介质沿面放电特性

2.2.1 沿面闪络过程

2.2.2 气流环境沿面放电光通道分析

2.2.3 气流环境沿面放电电特性分析

2.3 本章小结

第3章气流环境下绝缘介质表面电荷积聚与消散机制

3.1 气流环境表面电荷测试平台

3.1.1 试验设备

3.1.2 试验方法

3.1.3 静电计测量原理

3.2 气流环境下表面电荷分布与消散特性

3.2.1 表面电荷传导机制

3.2.2 气流环境表面电荷分布特性

3.2.3 气流环境表面电荷消散特性

3.3 气流环境电荷入陷/脱陷动力学过程

3.3.1 气流环境表面电荷消散动态过程

3.3.2 气流环境绝缘介质陷阱分布特性

3.3.3 气流环境对电荷传导机制的影响

3.4 本章小结

第4章气流环境下沿面放电机制的研究

4.1 表面电荷对沿面放电的影响

4.2 气流环境下放电离子运动机制讨论

4.2.1 气流环境下离子运动模型

4.2.2 气流环境下离子受力分析

4.3 气流环境沿面放电影响机制

4.4 本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文及科研情况