污穢絕緣子閃絡(luò)機(jī)理研究綜述

1、1污穢絕緣子閃絡(luò)機(jī)理研究綜述報(bào)告人：張飛報(bào)告人：張飛指導(dǎo)老師：謝老師指導(dǎo)老師：謝老師目錄 課題研究背景及意義 污穢閃絡(luò)的發(fā)展過程 閃絡(luò)機(jī)理研究 對(duì)當(dāng)前研究現(xiàn)狀的思考絕緣子污穢閃絡(luò)研究背景自從1895年世界上第一個(gè)交流電力系統(tǒng)在美國加利福尼亞州建成以來，各國的電網(wǎng)系統(tǒng)得到快速發(fā)展， 電壓等級(jí)不斷提高， 輸送距離不斷增大， 在帶動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展的同時(shí)， 電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行引起人們廣泛關(guān)注。從20世紀(jì)90年代以來， 我國較大區(qū)域范圍的污穢閃絡(luò)日益頻繁發(fā)生。在霧， 露毛毛雨等不利氣象條件下，由污穢引起的絕緣子閃絡(luò)事故目前在電網(wǎng)總事故中已占第二位， 僅次于雷害事故， 但污穢事故造成的損失卻是雷害事故10

2、倍左右。因此人們對(duì)污穢絕緣子閃絡(luò)特性及閃絡(luò)機(jī)理的研究展開廣泛深入的研究， 并取得了一些列的研究成果。 絕緣子污穢閃絡(luò)過程目前國內(nèi)外對(duì)絕緣子污閃機(jī)理的尚未有統(tǒng)一的共識(shí)。 但大多數(shù)研究者認(rèn)為污穢閃絡(luò)經(jīng)過4個(gè)階段。l 污穢的沉積l 污穢的濕潤(rùn)l 烘干區(qū)的形成及局部電弧的產(chǎn)生l 局部電弧發(fā)展成完全閃絡(luò)局部電弧發(fā)展過程如右圖所示的漢普頓所做的用硅藻土加NaCL模擬染污放電試驗(yàn)。起初污穢絕緣子干燥時(shí)， 電阻很大，泄漏電流很小，表面的電壓分布比較均勻，隨著污層繼續(xù)受潮， 泄漏電流增加， 產(chǎn)生的焦耳熱較多的部位被烘干，該處的電壓較集中。出現(xiàn)幾個(gè)臺(tái)階。隨著污層繼續(xù)受潮。泄漏電流繼續(xù)增大， 干區(qū)逐漸擴(kuò)大， 并出現(xiàn)

3、跨越烘干區(qū)的局部電弧放電，由于周圍的濕潤(rùn)條件， 會(huì)使得污層電阻不斷減小， 局部電弧不斷向?qū)Ψ诫姌O發(fā)展延伸，當(dāng)電弧每單位長(zhǎng)度的壓降減小到等于或小于污層每單位長(zhǎng)度的電阻壓降時(shí)，電弧自動(dòng)而迅速的向?qū)Ψ诫姌O發(fā)展， 直至貫穿兩極， 這就是污閃的全過程。直流電弧的伏安特性曲線從曲線1可見，觸頭在開斷直流電路時(shí)所產(chǎn)生的電弧，相當(dāng)于在電路中串入一個(gè)非線性電阻，當(dāng)電弧電流增加時(shí)，電弧電壓減小。這和我們熟知的普通電路的情況相反。在普通電路中，當(dāng)電流增加時(shí)，電阻上的電壓也增加，這是因?yàn)殡娐分械碾娮柚挡蛔兊木壒?。但在弧隙中，電弧電阻是隨著電弧電流而變化。隨著電流的增大，電弧內(nèi)的游離作用越來越激烈，離子濃度越來越大，導(dǎo)

4、電性越好，其對(duì)外所呈現(xiàn)的電阻值愈小，從而維持電弧穩(wěn)定燃燒所需的電壓也相應(yīng)減??；反之，當(dāng)電弧電流減少時(shí)，維持電弧穩(wěn)定燃燒所需的電壓相應(yīng)增大。交流電弧的下降伏安特性曲線 圖26為交流電弧在一周內(nèi)的伏安特性。圖中箭頭方向表示了電流變化和方向。從O點(diǎn)開始，因電弧還未產(chǎn)生，所以隨著電壓的增加只有小量的由陰極發(fā)射產(chǎn)生的電流。到A點(diǎn)時(shí)電弧點(diǎn)燃，再隨著電流的增大，電弧電阻減小，電弧壓降也下降，直到B點(diǎn)，此時(shí)弧電流達(dá)到峰值。在B點(diǎn)后隨著電流的減小，弧電阻增加，電弧壓降上升。變化到C點(diǎn)時(shí)，電弧電流趨近于零，電壓達(dá)到熄弧電壓，電弧熄滅。當(dāng)電流過零點(diǎn)后，在第三象限重復(fù)上述規(guī)律。 由于熱慣性作用，弧電流絕對(duì)值從小到大的

5、特性曲線與弧電流絕對(duì)值從大變小的特性曲線不重合，這種現(xiàn)象稱為“弧滯”?；∽陨硭哂械牟粩嘧兓担姆蔡匦远际莿?dòng)特性。由于熱慣性作用，弧電流絕對(duì)值從小到大的特性曲線與弧電流絕對(duì)值從大變小的特性曲線不重合，這種現(xiàn)象稱為“弧滯”。污穢絕緣子直流閃絡(luò)機(jī)理-（1）平板模型圖1. 污閃電路模型圖中X為局部電弧長(zhǎng)度，L為泄露距離；HV表示高壓端(2)能量模型(3)動(dòng)態(tài)模型計(jì)算模型污穢絕緣子交流閃絡(luò)機(jī)理電場(chǎng)模型 重慶大學(xué)采用復(fù)數(shù)模擬電荷法計(jì)算污穢絕緣子閃絡(luò)過程中沿面電場(chǎng)的分布和變化。首先假定局部電弧發(fā)展后期只剩一根電弧橫跨干燥帶， 局部電弧緊貼絕緣子表面發(fā)展， 并且只沿軸向增加，剩余污層電導(dǎo)率在電弧發(fā)展過

6、程中保持不變， 電弧電流基本上為正弦波形。在以上的假定下， 通過數(shù)學(xué)上的正交分解原理可以把交流電壓下產(chǎn)生局部電弧后的電場(chǎng)歸結(jié)為如下的邊值問題：最終得出：推動(dòng)電弧向前發(fā)展的主要因素不是強(qiáng)電場(chǎng)的電離作用而是電弧頭部附近熱點(diǎn)離加劇促使帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度增加并最終形成閃絡(luò).低氣壓下污穢絕緣子的閃絡(luò)機(jī)理3.Ishii 等利用光電測(cè)量法對(duì)直流電弧的 V-I 特性進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，當(dāng)氣壓為 101.3 kPa 時(shí)，A 的取值范圍為 4050，n=0.83；當(dāng)氣壓為 40.0 kPa時(shí)，A 的取值范圍為 2035，n=0.77。4.張仁豫等對(duì)染污絕緣子表面電弧的VI特性進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)常數(shù) A 與絕緣子型式

7、有關(guān)26，提出交流下A的取值范圍為345(P/P0)0.65376 (P/P0)0.65，n=0.67。5.黃超峰在水平放置的三角形平板玻璃模型上測(cè)試了直流電弧的VI特性27，提出正極性直流下A= 120(P/P0)0.25，n=0.52；負(fù)極性直流下A=148(P/P0)0.25， n=0.52。6.李玉等對(duì)表面覆冰三角形平板玻璃的電弧 VI特性進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，正極性直流下 A=178(P/P0)0.75，n=0.61；負(fù)極性直流下A=103(P/P0)1.14，n=0.69，交流下 A=133(P/P0)0.74，n=0.70。 重慶大學(xué)張志勁等針對(duì)實(shí)際高海拔下污穢絕緣子電弧發(fā)展過程

8、中存在的飄弧現(xiàn)象，以及低氣壓下空氣間隙電弧的E-I特性與沿面電弧的E-I特性存在明顯差異的問題，在奧本諾斯模型的基礎(chǔ)上提出低氣壓下污閃放電模型。西安交通大學(xué)的李亞偉等考慮受熱浮力的影響，局部電弧在上表面會(huì)有飄離表面的趨勢(shì)，散熱條件受表面狀況的影響較小；而在下表面，熱浮力則會(huì)使局部電弧更加貼近表面，造成水分蒸發(fā)加劇、散熱加快帶來局部電弧在濕污絕緣的上、下表面表現(xiàn)出的電弧特性必然存在差異。提出了交流污閃電壓雙電弧計(jì)算模型。如下圖所示對(duì)目前研究現(xiàn)狀的思考1. 通過對(duì)以上國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀的分析：國內(nèi)外對(duì)染污絕緣子閃絡(luò)機(jī)理的研究主要基于奧本諾斯（Obenanus）的平板模型，主要針對(duì)一般海拔地區(qū)，對(duì)低氣壓下染污絕緣子的閃絡(luò)機(jī)理研究較少，基于平板模型的研究較多， 對(duì)實(shí)際絕緣子研究較少。 2. Obenaus 引入電弧特性常數(shù)A、n 表征局部電弧U-I 特性。A、n 取值不僅受電壓種類、極性的影響，而且與環(huán)境溫度、海拔高度以及表面狀況相關(guān)，即便在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，不同研究者得出的數(shù)值也不盡相同。目前污閃電壓計(jì)算中電弧特性常數(shù)的取值仍存在爭(zhēng)議。