直流电应力下线形微粒飞萤运动物理机制与临界起始判据

直流气体绝缘开关与输电管道(GIS/GIL)中线形微粒存在特殊的飞萤运动行为,即未碰撞地电极而反向运动或在高压电极表面悬浮运动,是影响直流GIS/GIL绝缘性能的关键因素之一。为厘清微粒飞萤运动物理机制,搭建了微粒飞萤运动观测与荷电量测试平台,获得了不同电压下线形微粒的运动与荷电特性。研究表明,线形微粒附近空间电荷导致微粒荷电量的极性变化,是产生飞萤运动的关键诱因,电极表面线形微粒的电晕起始电压是导致微粒荷电量极性改变的临界电压。进一步,基于直流棒板间隙的光电离模型计算了电极表面线形微粒的起晕电压,由测量结果拟合得到纳入起晕电压影响的微粒荷电量表达式,并结合电荷端部集中特性建立了线形微粒的荷电运动模型,由此提出飞萤运动的临界起始判据,实现了线形微粒飞萤运动的动态模拟。计算获得100kV直流GIL样机中不同尺寸微粒的飞萤起始电场强度,对于0.5MPa的SF6气体环境,直径0.2mm、长度5mm线形微粒的负极性飞萤起始电场强度为2.78MV/m,正极性飞萤起始电场强度为4.93MV/m。该研究在抑制微粒飞萤运动方面为直流GIL的主绝缘设计提供了参考依据。