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复杂环境中绝缘子交流闪络特性及校正方法研究

作　者: 舒立春
导　师: 孙才新
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 复杂环境绝缘子交流电压闪络特性校正
分类号: TM216
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

复杂大气环境中，不仅酸性湿沉降水对输电线路外绝缘的安全运行将产生严重影响，而且覆冰、低气压 (高海拔) 和污秽等多因素共存时也将对电力系统构成极大的威胁。因此，对上述环境中绝缘子闪络特性的研究，具有非常重要的现实意义和学术价值。为此，本文在国内外现有工作的基础上，通过大量的试验工作，首次系统地研究了复杂环境中绝缘子的交流闪络特性和闪络电压的校正方法，为输电线路的设计和安全运行提供了试验数据和理论依据。同时，还对制造厂针对上述环境使用而研制的大爬距柱头悬式绝缘子在工频及陡波电压作用下的沿面电场分布特性进行了仿真计算研究。本文的主要工作和结论如下： (1) 根据酸性沉降水 pH 值与溶液电导率之间关系的研究结果，分析了按传统方法选择爬距的线路或变电站在酸性降水时可能发生污闪的原因。发现绝缘子的交流闪络电压随酸雨或酸雾 pH 值的减小而降低：在3.0＜pH＜4.0的范围内，酸性溶液电导率的变化开始加剧且出现拐点；当酸雾 pH=3.0 时绝缘子的污闪电压与高一级盐密 pH=7.0 (即清洁雾) 时的闪络电压相当；增大爬距或使用玻璃绝缘子可以提高酸雾环境中绝缘子的交流闪络电压。 (2) 对几种典型结构悬式绝缘子串在覆冰、低气压和污秽共存环境中的交流闪络特性进行了研究，得出了最低闪络电压与上述因素之间的规律。研究结果表明：绝缘子串的交流闪络电压在融冰期存在一个最低值，且随覆冰量、海拔高度或污秽度的增加而明显降低并逐渐趋缓；污秽度增大或气压降低，都会使得电弧弧径增大、燃烧更加稳定、难以熄灭，更易于发展且出现飘弧，从而导致覆冰绝缘子伞间短路和闪络电压下降；覆冰的密度和形状等因素对绝缘子最低闪络电压有明显的影响。 (3)通过对覆冰、低气压和污秽综合作用下绝缘子放电物理过程的研究认为，放电过程可定性分为基本电流、电晕流注电流、白弧电流和闪络电流四个发展阶段；低气压下覆冰染污绝缘子交流闪络电压下降的主要原因是覆冰使绝缘子串的两端、特别是高压引线端绝缘子承担的电压增高而对沿串电压分布的畸变作用，导致局部电弧总是从高压端起始，发展到一定长度后接地端起弧，然后贯通表面至闪络；间歇性白弧能否发展成稳定的白弧是闪络发生的主要条件。 (4) 在对复杂环境中绝缘子闪络电压进行大量试验研究的基础上，提出了绝缘子闪络电压校正的计算公式和绝缘子串片数选择的方法。重庆大学博士学位论文（5）通过自然污秽绝缘子在覆冰、低气压共存环境的现场和取回在实验室的大量试验，发现其交流最低闪络电压与特征量之间的关系和人工模拟试验结果的规律一致；最低闪络电压比人工模拟试验结果高，且分散性大。因此，本文认为复杂环境中的外绝缘选择仍应以人工模拟试验结果为依据，而把裕度留给运行部门。同时，在对复杂环境中的外绝缘进行选择时，“污湿特征”要考虑酸雨酸雾对闪络电压的降低作用。（6）本文对制造厂针对复杂环境中使用而研制的单伞大爬距柱头悬式绝缘于造型的电场特性，采用复数模拟电荷法及变密度线电荷的优化方法对工频和陡波电压作用下沿面电场分布进行了数值仿真研究；通过对绝缘于沿面电场分布特性仿真结果的分析，提出了一些造型改进设计的初步意见。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-10
1 绪论  10-18
  1．1 研究复杂环境中绝缘子交流闪络特性及校正方法的目的和意义  10-13
  1．2 复杂环境中绝缘子交流闪络特性及校正方法研究的现状  13-16
  1．3 本文研究的主要内容  16-18
2 酸雨酸雾环境中绝缘子的交流闪络特性研究  18-37
  2．1 酸性湿沉降污染及特征  18-21
  2．2 酸性湿沉降的电导率与pH值的关系  21-23
  2．3 酸雨酸雾环境中绝缘子的交流闪络特性试验研究方法  23-26
  2．4 酸雨环境中清洁绝缘子的交流闪络特性  26-28
  2．5 酸雾环境中染污绝缘子的交流闪络特性  28-35
    2．5．1 人工污秽绝缘子的交流闪络电压与pH值的关系  28-33
    2．5．2 自然污秽绝缘子的交流闪络电压与pH值的关系  33-34
    2．5．3 酸性湿沉降对绝缘子表面湿润污秽电导率的影响  34-35
  2．6 小结  35-37
3 覆冰、低气压和污秽共存环境中绝缘子的交流闪络特性研究  37-64
  3．1 绝缘子覆冰的类型和影响因素  37-39
  3．2 试验研究方法  39-41
  3．3 在覆冰、低气压和污秽共存环境中覆冰量对绝缘子交流闪络电压的影响  41-49
  3．4 在覆冰、低气压和污秽共存环境中低气压对绝缘子交流闪络电压的影响  49-55
  3．5 在覆冰、低气压和污秽共存环境中污秽对绝缘子交流闪络电压的影响  55-60
  3．6 雨凇与雾凇覆冰条件下绝缘子最低闪络电压的比较  60-62
  3．7 小结  62-64
4 复杂环境中绝缘子交流闪络电压的校正及绝缘子串片数的选择  64-78
  4．1 覆冰和低气压对绝缘子表面交流放电物理过程的影响  64-65
    4．1．1 覆冰对绝缘子表面放电物理过程的影响  64-65
    4．1．2 低气压对污秽绝缘子表面放电过程的影响  65
  4．2 复杂环境中绝缘子交流闪络电压的校正  65-69
    4．2．1 雨凇覆冰绝缘子  65-69
    4．2．2 雾凇覆冰绝缘子  69
  4．3 复杂环境中绝缘子自然覆冰试验研究  69-73
    4．3．1 现场自然覆冰试验  70-71
    4．3．2 自然观冰站雪水及污秽绝缘子的实验室人工覆冰试验  71-73
  4．4 复杂环境中绝缘子串片数的选择  73-77
    4．4．1 覆冰地区绝缘子串片数的选择  73
    4．4．2 高海拔地区绝缘子串片数的选择  73-76
    4．4．3 覆冰、低气压和污秽共存环境中绝缘子串片数的选择  76-77
  4．5 小结  77-78
5 大爬距柱头悬式绝缘子沿面电场分布特性的仿真计算及分析  78-99
  5．1 变密度线电荷复数模拟电荷法的基本原理  78-85
    5．1．1 复数模拟电荷法的基本原理  78-79
    5．1．2 复数模拟电荷设置的优化方法  79-81
    5．1．3 变密度线电荷的优化方法  81-84
    5．1．4 计算步骤  84-85
  5．2 交流和陡波电压下大爬距柱头悬式绝缘子沿面电场分布特性的仿真计算  85-90
    5．2．1 交流电压下的数学模型  85-88
    5．2．2 陡波电压下的数学模型  88-90
  5．3 大爬距柱头悬式绝缘子造型的沿面电场分布特性  90-97
    5．3．1 交流电压下沿面电场分布特性的分析  90-94
    5．3．2 陡波电压下沿面电场分布特性的分析  94-97
  5．4 小结  97-99
6 结论  99-101
致谢  101-102
参考文献  102-111
附录  111-116
  A、各种电荷的电位及电场强度计算公式  111-115
  B、作者在攻读博士学位期间发表的相关论文目录  115-116
  C、作者在攻读博士学位期间参加的科研项目及获奖情况  116

复杂环境中绝缘子交流闪络特性及校正方法研究

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