直流叠加冲击电压下XLPE电树枝引发特性

直流电缆在运行过程中可能会遭受冲击过电压,进而导致绝缘内部产生电树枝放电。为此,对直流叠加冲击电压下XLPE中电树枝引发特性进行了试验研究。试验结果表明:直流叠加冲击电压后电树枝的引发电压明显降低;随着直流电压分量的增加,电树枝引发率随之增加;直流叠加冲击电压下电树枝引发特性具有一定的极性效应;直流叠加同极性冲击电压时,正极性直流叠加正极性冲击电压下电树枝引发率较高;当直流叠加异极性冲击电压时,负极性直流叠加正极性冲击电压下电树枝引发率高于正极性直流叠加负极性冲击电压作用情况;直流电压一定时,正极性冲击电压下电树枝引发率和平均电树枝长度均高于负极性冲击电压作用情况。因此,直流电缆在运行时遭受冲击过电压,可能会对其安全稳定运行造成较大威胁。

直流预压时间对直流叠加冲击电压下XLPE中电树枝引发特性的影响

为探究直流预压时间对直流叠加冲击电压下电树枝引发特性的影响,在幅值为0、±10 kV预压时间为1、10、60、180min的直流偏置电压下分别叠加±50k V的雷电冲击电压。此外,利用双极性载流子输运模型对复合电压下针尖附近空间电荷及电场分布进行了仿真分析。试验及仿真结果指出,随着直流电压作用时间的增加,复合电压下的电树枝引发长度逐渐增加,介质内部空间电荷浓度及分布范围有所增加,且复合电压下电树枝引发长度与空间电荷浓度、注入深度以及流注发展过程有关。复合电压作用下电树枝引发长度以及直流电压下空间电荷分布特性与所加电压的极性存在紧密联系,正极性冲击电压下电树枝引发长度明显大于负极性;当直流预压时间及幅值相同时,负极性直流预压下空间电荷浓度及分布范围均大于正极性。

直流叠加冲击电压下XLPE/EPDM界面的空间电荷特性

在直流输电线路中,电缆线路易受到操作或雷电过电压的侵扰,导致线路在直流电压的基础上叠加冲击电压,再加之电力设备绝缘的感/容效应,导致各元件间的电磁能量转换过程造成线路系统发生震荡,产生上百乃至上千赫兹的高幅值冲击电压波,严重影响电力设备绝缘长期运行可靠性。为此基于实验室已有的直流叠加冲击电压下PEA法空间电荷测量系统,分别测量了直流电压、冲击电压、直流叠加冲击电压作用下XLPE/EPDM复合介质中空间电荷特性。实验结果表明,在直流电压作用下,随着电场的升高,两种介质的电导率特性发生反转,导致界面电荷量逐渐发生变化;冲击电压作用下,正冲击导致界面处出现负电荷的积累,负冲击导致则界面处出现正电荷的积累,电荷量会随着场强增大而增加;当直流叠加同极性冲击,等效直流电场倍增,由两种材料电导率大小的反转导致界面电荷呈现先减小后反向增加趋势;当直流叠加异极性冲击,在叠加期间,由于等效直流电场的降低以及暂态电场极化的影响,导致界面电荷减少。

直流叠加冲击电压对GIS中自由导电微粒检测的有效性

自由导电微粒是造成气体绝缘金属封闭开关(GIS)设备故障的一个主要原因,而目前现场交接试验项目难以对GIS中的自由导电微粒进行有效检测,因此有必要研究新的检测手段,以对现场试验进行补充。直流电压下自由导电微粒容易起跳和运动,从而引起电场畸变,而冲击电压对于局部电场集中的检测较为有效,论文结合这2种电压的优点,提出了自由导电微粒缺陷的直流叠加冲击电压检测方法,并通过搭建叠加电压实验回路,在500k V GIS中对该方法的有效性进行了研究。结果表明:直流电压下,线形微粒的运动主要有跳跃与飞萤2种模式;随着直流电压的升高,微粒处于飞萤状态的概率逐渐增大,且正极性电压下飞萤发生在壳体表面,负极性电压下发生在母线表面,负极性电压下微粒呈现飞萤状态的概率远高于正极性电压;先对GIS施加负极性直流电压使微粒起跳,然后施加冲击电压,可以对GIS中自由导电微粒进行有效检测;随着微粒长度的增大,GIS在直流叠加冲击电压下的放电电压迅速降低;随微粒半径的增大,放电电压呈现降低趋势。负极性直流叠加正极性冲击下GIS放电电压较负极性直流叠加负极性冲击下更低,更有利于微粒的检测。

直流叠加冲击电压试验回路保护电阻参数选择与外形优化

在最大900 kV直流叠加1800 kV操作或2400 kV雷电冲击电压的试验中,需要设计特殊的电阻元件保护直流电压发生器免受冲击电压的损坏。本文通过仿真计算,对直流叠加冲击电压试验回路中保护电阻的阻值进行了选取,同时基于试验时发生的外绝缘闪络,对电阻丝绕法与电极外形进行了优化,结果表明:保护电阻阻值选择500 kΩ,可满足保护直流电压发生器的要求;保护电阻外绝缘长度选择10 m,电阻丝绕法采用双线对绕,高压端电极配置环径2700 mm、罩深500 mm、管径250 mm的均压环,可明显改善电阻上电压分布和电场分布,满足不发生外绝缘闪络的要求。

直流叠加冲击电压下PEA法空间电荷测量系统的研制

在直流输电线路中,电缆线路易受到操作过电压与雷电过电压的侵扰,导致线路在直流电压的基础上叠加冲击电压,使绝缘层空间电荷积聚发生变化。为了研究冲击电压叠加对直流电缆线路运行中电荷积聚的影响,本文在传统的电声脉冲法上进行改进,结合等效电路进行公式推导与Pspice仿真,合理选取测量系统中阻容元件的参数取值,研制了一套直流叠加冲击电压下PEA法空间电荷测量系统,并测量了XLPE试样在直流叠加冲击电压下的空间电荷特性。结果表明:试样受到的冲击电压与直流电压均达到了极高的耦合效率,空间电荷特性表明叠加同极性冲击电压比异极性冲击电压更能够促进同极性电荷的注入和迁移。

直流叠加冲击电压时GIS母线闪络特性

GIS母线残余电压和合闸的操作冲击电压共同作用可能会造成GIS母线发生闪络,开展GIS母线有直流电压情况下叠加冲击电压试验,是研究提高GIS母线绝缘水平的必要方法。文中通过搭建直流叠加冲击电压试验回路,研制1100 kV串联550 kV GIS母线试验平台,开展直流叠加雷电或操作冲击电压试验,结果表明:单独±2400 kV雷电冲击电压或单独±1800 kV操作冲击电压作用时,母线均未发生闪络;负极性直流叠加负极性冲击电压作用时,550 kV GIS母线段多次发生闪络,负—负极性叠加比单独冲击电压作用时闪络电压更低,负—负极性叠加的闪络电压比其他极性组合叠加的闪络电压更低,其中-450 kV直流叠加-2400 kV雷电冲击电压时,与单独-2400 kV雷电冲击电压作用时比较,叠加的雷电冲击闪络电压幅值大约下降28.5%。

SF6/N2混合气体中直流叠加雷电冲击复合电压作用下绝缘子闪络特性

绝缘子在直流电压作用下表面将积聚有大量电荷并对绝缘性能造成影响。然而由于电荷积聚饱和时间长,当前研究鲜有在绝缘子表面电荷积聚最严重的情况下进行叠加冲击电压试验;并且对环保型气体环境中的GIL绝缘子绝缘特性的关注不多。为解决上述问题,该文通过建立油加热系统对实验平台进行加热,加速达到绝缘子表面电荷积聚饱和状态。之后在0.1MPa SF6/N2混合气体中且导杆温度为70℃时对不同清洁状况下的绝缘子施加直流叠加雷电冲击电压,实验结果表明:①绝缘子表面电荷积聚情况在2h后达到饱和状态;②随着预加直流电压时间的增加,复合电压下闪络电压较单独雷电冲击电压作用下闪络电压明显下降,绝缘子在表面电荷积聚饱和后,在表面有无金属微粒时闪络电压比冲击电压单独作用时,下降幅度分别为16.4%、10.34%;③相比表面无金属微粒,绝缘子表面存在金属微粒下的闪络电压显著下降,最大下降幅度达20.54%。因此,在SF6/N2环境下,建议在绝缘子表面电荷积聚最严重条件下施加直流电压与雷电冲击复合电压进行绝缘测试。

±800kV直流线路杆塔塔头空气间隙的直流叠加操作冲击放电特性

国内外的文献资料表明空气间隙的放电特性在纯操作波和直流预电压情况下有很大的差别,这对高压输电线路塔头空气间隙的选择可能会有影响,因此在我国直流特高压杆塔空气间隙设计中需要对导线上直流预电压的影响进行研究。通过真型尺寸模拟塔头空气间隙放电试验,研究了特高压线路杆塔空气间隙在直流预电压叠加操作冲击下的放电特性,得到了叠加电压的试验数据。通过与纯操作冲击放电特性的比较,发现叠加电压情况下杆塔空气间隙的放电电压比纯操作冲击情况下高2%～4%,因此从安全的角度考虑,在特高压杆塔空气间隙设计中,采用纯操作冲击电压试验数据是可行的。

西宁地区棒—板间隙直流电压、操作冲击电压直流叠加操作冲击电压联合试验放电特性的研究

本文就西宁地区棒-板间隙在正直流电压，正操作冲击电压，以及在正直流电压上叠加正操作冲击电压联合试验电压作用下的试验数据进行分析、处理，给出了棒-板间隙试品在西宁地区平均气压，温度为20℃，绝对湿度为11g/m^3时，上述各种电压形式下，棒-板间隙的放电电压与间隙距离的特性曲线。通过与电科院，西安的数据进行比较，发现在任意两个试验地点，当海拔一定时，棒-板间隙试品的放电电压差值随间隙距离增加有增大的趋势，为此提出在高海拔地区输电工程外绝缘设计时，与平原地区比较。应考虑放电电压差值随距离增加有增大的趋势，而不是单一，固定的海拔修正系数关系。同时高海拔地区有必要做实际的放电特性曲线，与平原地区比较，做出海拔修正系数与间隙距离的函数关系，以满足工程需要，对于做定量方面的比对试验，由于本次试验数据缺少与西安电科院试验数据的可比性，因此本文仅从定性方面进行了分析，其结果对高海拔地区直流输电工程外绝缘的设计有一定的参考价值。