電場對輸電線路絕緣子覆冰及放電特性的影響研究.pdf

1、我國是覆冰嚴(yán)重的國家，隨著電力建設(shè)的不斷發(fā)展，絕緣子的覆冰及閃絡(luò)問題已經(jīng)成為輸電線路安全運(yùn)行及外絕緣設(shè)計(jì)所面臨的重要問題。目前國內(nèi)外對絕緣子覆冰及電氣特性已有大量研究，但試驗(yàn)方法不一、理論與實(shí)際結(jié)合不多，尤其是覆冰試驗(yàn)過程帶電與否并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這導(dǎo)致人工氣候室內(nèi)的試驗(yàn)研究成果很難應(yīng)用到工程實(shí)際當(dāng)中。因此研究電場對絕緣子覆冰過程及電氣性能的影響，探討帶電和不帶電試驗(yàn)的等價(jià)性，不僅能為不帶電的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到工程實(shí)際提供有價(jià)值的參考，而且能

2、進(jìn)一步深化輸電線路絕緣子的覆冰機(jī)理及外絕緣特性，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。
　　 本文以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目為依托，將計(jì)算機(jī)仿真和人工氣候室的試驗(yàn)研究結(jié)合，主要從電場效應(yīng)和熱效應(yīng)兩方面來說明電場對絕緣子覆冰過程及電氣性能的影響機(jī)理；通過比較絕緣子覆冰特性和電氣特性來得出電場的影響規(guī)律。通過大量的試驗(yàn)和理論分析，得到的主要結(jié)論有：
　　 電場計(jì)算的結(jié)果表明：絕緣子表面的電場特性與覆冰類型密切相關(guān)。對于干增長的霧凇覆冰，

3、主要受外加電壓大小和絕緣子型式的影響；對于濕增長的雨凇覆冰，主要受與外加電壓大小、絕緣子材料和型式、覆冰水電導(dǎo)率有關(guān)。電場的計(jì)算為試驗(yàn)結(jié)果提供了理論依據(jù)。
　　 在帶電覆冰過程中監(jiān)測絕緣子表面實(shí)時(shí)的泄漏電流和紫外脈沖光子量的變化規(guī)律表明：電場對覆冰的影響存在間接效應(yīng)，即帶電覆冰過程中電場作用下產(chǎn)生的各類放電活動(dòng)和焦耳熱對覆冰過程有重要的影響。將絕緣子帶電覆冰過程分為初始期、發(fā)展期和穩(wěn)定期。提出根據(jù)紫外脈沖光子量的變化來評估絕緣子

4、覆冰期和融冰期安全狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。
　　 由于嚴(yán)重覆冰后的絕緣子類似一個(gè)圓柱體的狀態(tài)，其表面的覆冰和電氣特性與其材料和型式的關(guān)系不大，因此利用光滑支柱絕緣子作為模型進(jìn)行研究。通過模型建立了具有普遍規(guī)律性的帶電覆冰過程的全面熱平衡方程，并利用此模型的動(dòng)態(tài)平衡過程得到了泄漏電流和外加電場強(qiáng)度的臨界條件，同時(shí)得到了各類放電活動(dòng)的熱效應(yīng)對覆冰融化的影響，結(jié)果這些熱量大部分用于維持電弧的燃燒和損耗，僅15％～35％用于覆冰的融化。
　　

5、 為了說明電場對不同類型覆冰特性的影響規(guī)律，試驗(yàn)中采用覆冰外觀及分布、覆冰增長速率、覆冰質(zhì)量、覆冰密度及微觀狀態(tài)四個(gè)參數(shù)來進(jìn)行比較，從無電暈放電時(shí)、有電暈放電無局部電弧時(shí)，有局部電弧產(chǎn)生時(shí)三種情況分析電場對絕緣子覆冰過程的影響機(jī)理，得出了交流電場對絕緣子覆冰過程的影響主要與覆冰類型、外加電壓大小、覆冰水電導(dǎo)率、絕緣子型式與材料四個(gè)方面有關(guān)。
　　 對于霧凇覆冰，電場的作用主要體現(xiàn)于極化作用、電吸力、微弱的電暈和火花放電。極化作

6、用使得水滴被極化而受電場力的吸附作用，且運(yùn)動(dòng)方向改變；電吸力使得空氣中過冷卻水滴的運(yùn)動(dòng)速度加快和碰撞率增加，提高了覆冰強(qiáng)度；而電暈放電和火花放電會(huì)導(dǎo)致水滴的炸裂分散和形態(tài)改變。總的作用使得霧凇覆冰速率和覆冰質(zhì)量都隨著外加電壓的增加而增強(qiáng)，而覆冰密度隨外加電壓的增加有先增加后減小的趨勢。對于雨凇覆冰，電場的主要作用體現(xiàn)于各類放電活動(dòng)產(chǎn)生的焦耳熱融冰效應(yīng)，加之其它幾種放電活動(dòng)，總的作用減弱或抑制了覆冰橋接絕緣子，使得雨凇覆冰質(zhì)量隨著電壓增加

7、或覆冰水電導(dǎo)率的增加而減少，覆冰密度隨著電壓的增加或覆冰水電導(dǎo)率的增加有先減少后增加的趨勢。對于研究的四種絕緣子，普通玻璃型絕緣子表面的放電活動(dòng)最為劇烈，普通瓷型絕緣子次之，瓷三傘防污型絕緣子再次，而復(fù)合絕緣子最弱。
　　 結(jié)合電場仿真的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果表明：電場計(jì)算的結(jié)果能對電場影響絕緣子覆冰特性做出很好的說明，覆冰過程中局部電場強(qiáng)度的變化、冰面高電導(dǎo)率水膜的存在是導(dǎo)致放電活動(dòng)發(fā)生，影響絕緣子覆冰特性的主要原因。