交流电场对复合绝缘子覆冰过程及放电特性影响的研究

论文摘要

绝缘子覆冰闪络严重威胁输电线路安全运行,是电力系统安全运行亟待解决的关键技术之一。国内外对覆冰绝缘子闪络特性已进行大量研究,但这些研究多是在不带电情况下进行的,与实际运行情况有差异,事实上电场对输电线路绝缘子覆冰的影响不可忽视。本文在人工气候室内模拟自然覆冰条件,研究电场强度对复合绝缘子覆冰形态、密度、覆冰量和覆冰速度的影响,并与电场对XP-160型普通悬式瓷绝缘子的影响进行对比。根据高速摄像机拍摄的放电过程图片,分析带电与不带电情况下覆冰复合绝缘子放电特性的差异,利用有限元方法建立复合绝缘子电场计算模型,通过电场仿真,验证试验得到的结果。研究结果表明:交流电场不仅影响绝缘子覆冰外观、重量、密度和速度,而且其影响程度与覆冰环境条件有关,带电覆冰时复合绝缘子冰闪电压与不带电覆冰的情况有差异。随外加电压的升高,绝缘子覆冰表面粗糙度增加;冰凌中气泡增大、增多。外加020kV电压覆冰15min时,冰重随外加电压的升高增加,外加超过20kV电压覆冰15min时,冰重随外加电压的升高减轻。带电覆冰时,雾淞密度增大,雨淞密度随外加电压的增大减小,雨淞冰厚的增长会出现饱和。电吸力的作用使得覆冰量与覆冰密度增加;极化作用、粗糙度、泄漏电流以及绝缘子表面各类放电现象使得覆冰量与覆冰密度减小。电场强度较小时,电场的吸引作用为主,覆冰量与冰密度增加;电场强度较大时,极化作用为主,覆冰量与冰密度降低。带电覆冰时,冰凌在生长过程中向复合绝缘子芯棒弯曲,弯曲的冰凌会导致各个伞裙上冰凌尖端电场加剧,缓和绝缘子芯棒表面电场分布的不均匀性。外加30kV电压覆冰25min后,部分冰凌尖端电场强度大于空气击穿场强,存在稳定燃烧的电弧,使得冰凌不易被桥接。无论是哪种覆冰情况,覆冰复合绝缘子放电时都是高压端先起弧。带电覆冰情况下电弧首次出现到稳定燃烧的时间、电弧稳定燃烧到绝缘子串闪络的时间均较短。带电覆雾淞情况下复合绝缘子闪络电压下降;带电覆雨淞情况下复合绝缘子闪络电压上升。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 覆冰的种类与性质
• 1.2.2 影响覆冰的因素
• 1.2.3 复合绝缘子冰闪特性的研究
• 1.2.4 输电线路覆冰机理的研究
• 1.2.5 覆冰绝缘子沿面电场分布特性的研究
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 2 试品、试验装置及试验方法
• 2.1 试品
• 2.2 试验装置
• 2.2.1 试验设备
• 2.2.2 测量仪器
• 2.3 试验方法
• 2.4 本章小结
• 3 交流电场对绝缘子覆冰过程的影响
• 3.1 交流电场对绝缘子覆雾淞过程的影响
• 3.1.1 交流电场对雾淞外形的影响
• 3.1.2 交流电场对雾淞重量的影响
• 3.1.3 交流电场对雾淞密度的影响
• 3.2 交流电场对绝缘子覆雨淞过程的影响
• 3.2.1 交流电场对雨淞外形的影响
• 3.2.2 交流电场对雨淞重量的影响
• 3.2.3 交流电场对雨淞密度的影响
• 3.2.4 交流电场对伞面冰厚的影响
• 3.3 交流电场对绝缘子覆冰的影响分析
• 3.3.1 电场力对绝缘子覆冰的影响
• 3.3.2 极化作用对绝缘子覆冰的影响
• 3.3.3 粗糙度对绝缘子覆冰的影响
• 3.3.4 泄漏电流对绝缘子覆冰的影响
• 3.3.5 覆冰表面放电现象对绝缘子覆冰的影响
• 3.4 本章小结
• 4 试验条件下复合绝缘子沿面电场仿真与分析
• 4.1 覆冰复合绝缘子表面电场计算模型
• 4.1.1 有限元法电场计算基本原理及COMSOL 软件简介
• 4.1.2 复合绝缘子表面电场计算模型的建立
• 4.1.3 复合绝缘子表面电场计算模型的参数设置
• 4.1.4 复合绝缘子表面电场计算模型的求解
• 4.2 电场仿真计算结果及分析
• 4.2.1 清洁复合绝缘子3D 模型沿面电场仿真与分析
• 4.2.2 复合绝缘子覆雨淞2D 模型沿面电场仿真与分析
• 4.3 本章小结
• 5 交流电场对复合绝缘子放电特性的影响
• 5.1 不带电覆冰复合绝缘子的放电特性
• 5.1.1 放电形状及路径
• 5.1.2 放电时间
• 5.2 带电覆冰复合绝缘子的放电特性
• 5.2.1 放电形状及路径
• 5.2.2 放电时间
• 5.3 带交流电和不带电情况下覆冰绝缘子的放电特性比较
• 5.3.1 放电形态及路径比较
• 5.3.2 放电时间比较
• 5.3.3 放电电压比较
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目目录