降雨对棒—板短空气间隙直流放电影响的仿真及试验研究

论文摘要

随着我国输电线路建设的不断加快,运行电压等级的不断提高,强降雨等恶劣气象条件所致的空气绝缘强度下降问题越来越突出。目前,国内外对降雨条件下空气间隙放电特性、放电机制及其影响因素的研究并不全面,特别是降雨对短空气间隙直流放电影响的研究还鲜见报道。因此,本论文对降雨条件下棒―板短空气间隙的正极性直流放电进行了研究。本文通过解析计算得到了均匀电场中雨滴周围的电场分布情况,并讨论了极不均匀电场的情况。然后选取棒―板空气间隙轴对称模型作为基本仿真结构,结合本文构建的雨滴模型,雨滴分布模型以及棒电极末端形成水膜、水滴及水柱模型等,系统地对降雨条件下棒―板短空气间隙正极性直流电场进行了仿真计算,得到了不同降雨条件下棒―板短空气间隙正极性直流电场的畸变程度及其对放电电压的影响。最后,本文还进行了实验室模拟降雨及现场自然降雨下的棒―板短空气间隙正极性直流放电试验,主要验证了有无降雨、降雨强度、棒电极末端是否形成水柱等对棒―板短空气间隙正极性直流击穿电压的影响。此外,还试验研究了雨水电导率以及雨水温度对棒―板短空气间隙直流击穿电压的影响。仿真研究结果表明:雨滴对棒―板短空气间隙正极性直流电场有明显的畸变作用;雨滴表面靠近高压端处场强最大;雨滴内部为场强值接近0的均匀场,场强大小与雨滴尺寸无关;实际形状的雨滴,其尺寸越大,越靠近高压端,引起的电场畸变越严重;雨滴数目越多、大直径雨滴所占体积比越高、总雨滴的占空比越高,棒―板短空气间隙正极性直流电场畸变越严重;棒电极末端形成的水膜、水滴对空间电场的畸变作用很小;棒电极尖端形成的水柱对棒―板短空气间隙正极性直流电场的影响最大。实验室及现场试验结果表明:暴雨时棒―板短空气间隙正极性直流击穿电压比干燥时下降明显;降雨强度与棒―板短空气间隙正极性直流击穿电压之间存在显著的负相关关系;强降雨时棒电极末端形成的水柱能够极大地降低棒―板短空气间隙正极性直流击穿电压;雨水电导率越高,棒―板空气间隙的直流击穿电压越低;此外,雨水温度对棒―板空气间隙的直流击穿电压也有一定影响。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 论文研究背景意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 降雨对空气间隙放电特性影响的研究
• 1.2.2 空气间隙中存在悬浮体时的电场和放电研究
• 1.2.3 国内外研究现状总结
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 降雨条件下短空气间隙放电的主要影响因素分析
• 2.1 降雨条件下短空气间隙放电发展的基本过程
• 2.2 降雨过程中影响短空气间隙放电的主要宏观因素特征
• 2.2.1 降雨强度
• 2.2.2 雨水电导率
• 2.2.3 雨水温度
• 2.2.4 降雨形成的水柱
• 2.3 降雨过程中影响短空气间隙放电的微观因素分析
• 2.3.1 碰撞电离及碰撞电离系数
• 2.3.2 吸附过程及有效附着系数
• 2.3.3 带电粒子的复合、迁移及扩散过程
• 2.4 降雨对短空气间隙放电影响可能存在的几种比较严重的情况
• 2.5 本章小结
• 3 降雨对棒―板短空气间隙正极性直流放电影响的仿真计算
• 3.1 空间电场中雨滴周围电场的计算
• 3.2 降雨条件下棒―板短间隙直流电场的仿真计算模型
• 3.2.1 棒―板短空气间隙直流电场仿真的基本模型
• 3.2.2 雨滴大小、形状及雨滴分布模型
• 3.2.3 棒电极末端形成的水膜、水滴或水柱模型
• 3.2.4 建模仿真分析的前提假设
• 3.3 降雨条件下棒―板短间隙直流电场的分布及分析
• 3.3.1 有无雨滴时棒―板空气间隙中电场的变化与影响
• 3.3.2 雨滴大小及形状不同时间隙中电场的变化与影响
• 3.3.3 雨滴分布不同时雨滴周围场强的变化与影响
• 3.3.4 棒电极尖端有水膜、水滴时间隙中电场的变化与影响
• 3.3.5 棒电极尖端有水柱时间隙中电场的变化与影响
• 3.3.6 综合分析比较降雨强度的影响
• 3.4 本章小结
• 4 降雨对棒―板短空气间隙正极性直流放电影响的试验
• 4.1 人工气候室模拟降雨下的棒―板短空气间隙放电试验
• 4.1.1 实验室试验装置、试品及方法
• 4.1.2 干、湿及降雨条件下的试验结果及分析
• 4.1.3 降雨强度对棒―板短空气间隙击穿电压的影响
• 4.1.4 降雨形成水柱对棒―板短空气间隙击穿电压的影响
• 4.1.5 雨水电导率对棒―板短空气间隙击穿电压的影响
• 4.1.6 雨水温度对棒―板短空气间隙击穿电压的影响
• 4.2 现场自然降雨下的棒―板短空气间隙放电试验
• 4.2.1 现场试验装置、试品及方法
• 4.2.2 现场试验结果及分析
• 4.2.3 现场试验与模拟试验结果的比较
• 4.3 本章小结
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录