沖擊電壓下長(zhǎng)空氣間隙正極性流注放電特性研究.pdf

1、長(zhǎng)空氣間隙放電特性是輸電線路外絕緣和防雷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。長(zhǎng)空氣間隙放電試驗(yàn)由于其放電分散性大、電磁環(huán)境復(fù)雜和試驗(yàn)成本高，一直以來(lái)都缺少對(duì)其放電過(guò)程特征參數(shù)的精確測(cè)量，對(duì)其放電特性的研究也不夠深入。隨著光電信息技術(shù)的發(fā)展，使得研制適用于長(zhǎng)空氣間隙放電的綜合觀測(cè)系統(tǒng)成為可能，進(jìn)而可以獲取更高時(shí)間分辨率、更高精度和更豐富的放電特征參數(shù)。本文以長(zhǎng)空氣間隙的正極性流注放電過(guò)程為研究對(duì)象，利用了適用于該放電特性研究的綜合試驗(yàn)觀測(cè)平臺(tái)，采用試驗(yàn)研究的方法

2、，針對(duì)流注起始、流注分支形態(tài)以及流注發(fā)展的特性開(kāi)展深入研究。
　　建立了包括光學(xué)圖像觀測(cè)系統(tǒng)、放電電流測(cè)量系統(tǒng)、瞬態(tài)電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)和同步采集系統(tǒng)的長(zhǎng)空氣流注放電綜合觀測(cè)平臺(tái)。利用該平臺(tái)和人工氣候室，以1m棒-板間隙為對(duì)象，開(kāi)展了沖擊電壓下正流注放電起始特性的試驗(yàn)，得到了濕度、電場(chǎng)分布和電場(chǎng)變化率對(duì)流注起始的影響規(guī)律，分析了流注起始時(shí)延和最小起始電壓的變化規(guī)律。依此修正了傳統(tǒng)直流電壓下的流注起始判據(jù)，使其可以考慮電場(chǎng)分布、電壓上升率和

3、濕度影響，擴(kuò)展了其適用范圍。在此基礎(chǔ)上，對(duì)臨界體積時(shí)延概率分布模型中的電子分離速率計(jì)算方法進(jìn)行了優(yōu)化，提高了模型的計(jì)算效率；修正了濕度影響系數(shù)，使其能夠考慮電壓上升率、電場(chǎng)分布和濕度的影響，并通過(guò)試驗(yàn)校驗(yàn)了模型的正確性。
　　針對(duì)長(zhǎng)空氣間隙流注放電的特點(diǎn)，采用軸-徑向正交觀測(cè)方法，結(jié)合偽彩色還原算法得到了比傳統(tǒng)徑向觀測(cè)方法可識(shí)別度更高的流注分支圖像。結(jié)合樹(shù)枝形態(tài)學(xué)，根據(jù)新生成分支與原分支發(fā)展方向的同異，提出了單軸型和二分型兩種正極

4、性流注分支類型，并給出了分類定義。研究了電場(chǎng)分布和電壓上升率對(duì)不同類型流注分支特征的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)流注分支長(zhǎng)度、分叉角度和光學(xué)直徑隨流注的發(fā)展逐漸減小，同時(shí)隨空間背景電場(chǎng)的減小逐漸減小，而電壓上升率對(duì)流注分支特征沒(méi)有影響。比較了兩種流注分支的特點(diǎn)，得到其流注分支發(fā)展角度的分布規(guī)律和新生分支光學(xué)直徑之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)單軸型分支隨間隙電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而出現(xiàn)比例增多，相應(yīng)二分型分支比例減少。結(jié)合流注光電離形成分叉的理論，解釋了兩種類型流注分支的形

5、成機(jī)制，為正極性流注分叉過(guò)程研究提供了理論依據(jù)和特征參數(shù)。
　　利用瞬態(tài)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x測(cè)量到了流注放電空間電荷引起的電場(chǎng)階躍現(xiàn)象和正極性流注區(qū)域內(nèi)外空間電場(chǎng)的變化，估算了流注發(fā)展前后期的平均速度。統(tǒng)計(jì)得到了流注放電電流的上升時(shí)間和下降時(shí)間等特征參數(shù)隨電場(chǎng)分布和電壓上升率的影響規(guī)律，結(jié)合流注發(fā)展的物理過(guò)程，提出了放電電流上升時(shí)間對(duì)應(yīng)流注在臨界電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的發(fā)展過(guò)程，依此給出了考慮電場(chǎng)影響的適用于長(zhǎng)空氣間隙放電的流注發(fā)展速度計(jì)算方法，并應(yīng)用

6、該方法完善了單根流注發(fā)展模型。根據(jù)不同電壓上升率和電場(chǎng)分布對(duì)流注空間電荷量的影響規(guī)律，得到兩者均是通過(guò)影響流注起始階段分支數(shù)，進(jìn)而影響空間電荷量。由此在單根流注發(fā)展模型的基礎(chǔ)上提出了計(jì)算等效流注分支數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。綜合上述方法，建立了考慮濕度、電場(chǎng)分布和電壓上升率影響的正極性流注發(fā)展特征參數(shù)計(jì)算方法，并通過(guò)試驗(yàn)校驗(yàn)了該方法的合理性。最后總結(jié)了流注放電特性對(duì)先導(dǎo)起始的影響，提出了以單根流注分支注入電荷量為先導(dǎo)起始臨界判據(jù)的推論，分析了流注放