高海拔正极性操作冲击下球-板间隙流注起始发展特性

换流站阀厅作为我国高海拔超/特高压直流工程的重要组成部分,其内部存在大量球-板间隙结构。研究高海拔球-板间隙放电机理对高海拔超/特高压工程外绝缘设计具有实际工程意义。该文在昆明地区(海拔2100 m)开展了不同尺寸球电极在1.0~3.0 m间隙下的球-板间隙操作冲击试验,分析了不同电极结构和间隙距离下的放电过程、流注起始分散性、流注分支发展特性和注入电荷变化规律,并研究了电压上升率对流注放电参数的影响。研究结果发现,相同间隙结构下,随着海拔升高,气压变低,放电过程会缩短;当间隙距离分别为2.0 m和3.0 m,球电极直径从0.3 m增至0.9 m时,平均流注起始时间最大增量分别为54.8%和57.0%,其分散性也随之增加;初始流注注入电荷量随着间隙距离和球电极直径的增加而增加,注入电荷量范围为1.1~15.6μC;流注分支主通道和次通道平均发展速度分别为1.2~5.0 cm/μs和0.8~2.6 cm/μs。在末跃阶段流注分支主通道迅速发展,直至击穿,平均发展速度约为10~25 cm/μs,次通道停止发展后消失。流注起始时间及其分散性会随着外施电压上升率的增加而减小,同时注入电荷量会随着流注起始电压和电压上升率的增加而增加。

基于流注起始判据的球—板—球短空气间隙击穿电压计算

典型电极结构的击穿电压是外绝缘设计的重要依据,许多学者对此进行了大量的研究,而实际上高压输变电工程中常常需要分析悬浮导体的影响。为此,文中在考虑悬浮导体的基础上,采用Raether-Meek判据、临界电荷判据和光电离判据等3种流注起始判据对球—板—球短空气间隙的击穿电压进行了计算,并开展了工频耐压试验作为对比。结果表明,对稍不均匀电场球—板—球短空气间隙,计算结果与试验值吻合良好,所有计算结果的相对误差和平均绝对百分比误差分别在7.5%和4%以内;其中,基于光电离判据的计算结果精度最高,平均绝对百分比误差仅为2.5%。研究证明了流注起始判据在一定范围内的有效性和推广价值,并有助于阐述稍不均匀电场组合空气间隙的放电机理。

低气压正极性1 m空气间隙冲击流注放电起始特性研究

流注放电是正极性长空气间隙放电过程中首个完整放电阶段,获取低气压流注放电特性对于理解高海拔地区空气间隙击穿机制和雷击接闪过程具有重要意义。基于冲击电压下流注放电临界体积模型,同时考虑气压对临界体积内负离子脱附速率的影响,建立了综合考虑气压、电极曲率半径及电压上升率等多种因素的流注放电起始模型,实现了不同工况下流注放电起始场强和起始时延等特征参数的计算。设计构建了基于低气压1 m空气间隙放电腔体的流注放电实验观测系统,实验获取了0.06 MPa、0.08 MPa及0.1 MPa三种气压条件下的流注放电起始时延分布特性,并进一步对模型计算准确性进行了验证。利用该流注起始模型,在约化电场E/N恒定条件下,计算分析了气压、端部电极尺寸及电压上升率对流注放电起始平均电场和起始时延分散性的影响规律。该研究可为高海拔输变电工程设备绝缘配合和雷电屏蔽性能评估提供指导和参考。

长空气间隙放电研究的挑战与进展

开展空气间隙放电的理论研究,是支撑我国特高压工程建设、提升电力系统雷击防护水平的现实需求。通过分析特高压下长空气间隙放电的工程需求,以及雷电绕击输电线路的先导发展模型、电气几何模型所面临的理论困境,归纳了当前长空气间隙研究所面临的主要挑战——物理模型的内在复杂性、测试手段的局限性及数值求解方法的不确定性。同时,基于过去30多年测量、计算方法的长足进步,指出目前我国开展长空气间隙放电研究的重大机遇。另外,还简要总结了国内外长空气间隙放电研究的发展历程及流注先导模型在不同历史时期的典型成果,详细介绍了清华大学在973项目的支持下,在长空气间隙放电的微观机理与宏观过程研究方面的最新进展,并对未来的研究方向与目标做了初步展望,包括:1)明晰不同尺度流注起始及发展的规律;2)更深入认识流注转化为先导的规律及机理;3)清晰描述先导的发展过程特征参数;4)建立更完备的长空气间隙击穿模型,能够更准确地预测长空气间隙的放电特性;5)建立更科学的雷击闪络先导发展模型及雷击闪络风险评估方法;6)提出工程实用的更优化的长空气间隙结构。

稍不均匀电场空气间隙击穿电压计算的新方法

空气间隙的击穿电压是高压输变电工程外绝缘设计的重要依据,而电场分布均匀性是间隙击穿电压的主要影响因素之一。为此,提出了一种基于电场分布特征参数和支持向量机的空气间隙击穿电压计算新方法。采用该方法对球隙和球–板间隙2种稍不均匀电场空气间隙的击穿电压进行了计算,并与基于流注起始判据的计算结果和试验结果进行了对比。以试验结果为基准值,提出的方法对球隙和球-板间隙击穿电压计算结果的平均绝对百分比误差分别为1.64%和1.62%;而流注起始判据计算结果的平均绝对百分比误差分别为1.03%和5.26%。为获得精确的计算结果,随着电场分布不均匀性的增大,流注起始判据中的临界电荷数需进行修正,而这缺乏具有普适性的修正方法。提出的方法为输变电工程间隙击穿电压的获取提供了一条可能的新途径。