500kV线路带电作业组合绝缘操作波放电特性的试验研究

500kV线路组合绝缘间隙操作波放电特性的试验研究,是将穿均压服的模拟人在1:1的真型ZV1型批V塔中相直线串的不同部位上分别短接6片和8片绝缘子后,求取组合绝缘间隙的正极性操作波50%放电电U50%、标准偏差σ及其随模拟人短接部位不同而变化的规律,从而求得最低U50%的短接位置及耐受电压和安全裕度。试验中应用了优选法加局部密集法的测试方案,保证了试验的真实性和精确性。根据试验及设计的结果,可检验不同组合绝缘间隙的安全性和指导在500kV线路直线串上进行的带电作作业。

棒-板间隙操作冲击放电电压的海拔校正

目前我国有越来越多的输电工程都途经高海拔地区,如何对间隙放电进行海拔校正是工程设计中需要着重考虑的一个因素。为了更深入研究海拔高度对棒-板间隙操作冲击放电特性的影响,在北京、贵阳、西宁和羊八井进行了棒-板间隙操作冲击放电特性试验,根据试验数据,对目前常用海拔校正方法的校正结果进行了比较分析。同时,也利用其它校正方法对试验数据进行了校正,包括3种插值方法以及校正参数随间隙距离变化的2种校正方法。可以得出,现有海拔校正方法不适用于0～4300m海拔高度范围棒-板间隙的海拔校正,线性插值方法和校正参数随间隙距离变化的海拔校正方法误差较小,工程设计中推荐采用这2种方法。

冲击电压波形参数对SF_6稍不均匀电场棒–板间隙放电电压的影响

GIS中隔离开关例行操作产生的特快速暂态过电压（VFTO）对GIS等电力设备绝缘造成很大威胁。目前,由于VFTO的非标准化,导致VFTO下GIS绝缘特性研究结果分散性大、可比性差。为此借助研制的陡前沿冲击试验装置,研究了便于标准化的双指数冲击电压下SF6稍不均匀电场棒–板间隙的放电特性。研究表明,稍不均匀电场下,不同波形参数冲击电压下间隙50%放电电压随气压升高基本呈线性增加,并且出现了极性效应反转现象,且极性反转临界气压值与波形参数有关。间隙50%放电电压随冲击电压波前时间增加无显著变化,略呈下凹＂U＂型;随波尾时间增加略有微弱下降趋势。结合VFTO波形基本特征和现场试验大容量负载的特殊情况,建议选取波前时间0.2-0.8μs、波尾时间1.2-15μs的双指数冲击电压作为VFTO模拟波形,进一步研究现场试验用VFTO标准波形。

湿度对正操作波放电特性及湿度修正系数研究

本文就西宁地区自然大气条件对八种典型试品进行了试验研究,对正极性操作波在不同湿度、不同电场分布条件下的放电持性进行了论述。对IEC国际标准及国标中推荐的湿度修正参数K值和西宁得到的K值进行了比较,推荐出适合当地自然大气条件的湿度修正系数K值。

长空气间隙负极性操作冲击放电特性研究(Ⅰ)—试验研究

长空气间隙在负极性操作冲击电压下具有非线性放电特性。为了研究典型长空气间隙的负极性放电特性,利用7 500 kV冲击电压发生器产生20/2 500μs和80/2 500μs两种负极性操作冲击电压波,开展了间隙距离为1～10 m的棒–棒间隙、棒–板间隙和棒–线间隙的负极性放电特性试验研究,并与其他学者的试验结果进行对比分析。试验结果表明:随着间隙长度的增加,棒–棒间隙、棒–板间隙、棒–线间隙的50%放电电压都趋于饱和,但棒–板间隙的饱和趋势最为明显;当间隙长度为4 m时,棒–板间隙与棒–棒间隙的50%放电电压大小关系发生翻转;间隙的平均击穿场强随着间隙距离的增大而减小。该研究揭示了1～10 m长空气间隙的负极性操作冲击放电特性,加深了对长空气间隙放电特性的认识。

棒极结构对棒–板间隙操作冲击放电特性影响的试验研究

棒-板间隙是研究空气间隙放电的最典型间隙，其操作冲击放电特性是输电工程线路和换流站／变电站空气间隙选择的重要依据之一。为了更深入地研究棒-板间隙的操作冲击放电特性，选择不同直径的棒电极，以及半球彤和圆锥形2种棒电极端部形状，在2～5m间隙距离下进行了正极性操作冲击放电特性的试验，得到了棒电极端部形状和棒电极直径的改变对棒-板间隙正极性操作冲击50％放电电压造成的影响。另外，在北京、西宁和羊八井等几个不同海拔地区进行了临界半径的对比试验。通过改变棒电极端部连接球面的半径，得到了不同间隙距离对应的临界半径。由试验可以得出，当棒电极结构的半径小于临界半径时，棒电极半径和端部形状的改变不会对间隙的50％放电电压产生明显影响；临界半径随间隙距离的增加而增加，且随着海拔高度的增加，同一间隙对应的临界半径也随之增加。

冲击电压下SF_6棒-板间隙放电极性效应的反转现象

电压等级较高的系统中,由特快速暂态过电压(VFTO)引起的气体绝缘组合电器设备(GIS)绝缘事故日益严重。为给GIS绝缘结构的优化设计提供参考,研制了陡前沿冲击实验装置,并利用其研究了SF6棒–板间隙在VFTO和雷电冲击(LI)作用下的绝缘特性。结果表明稍不均匀和极不均匀电场下,SF6间隙放电均存在极性效应。稍不均匀电场下,正极性VFTO与雷电冲击50%放电电压均高于负极性。极不均匀电场中,随着气压增加雷电冲击下SF6放电出现了极性反转现象:气压较低时,负极性雷电冲击放电电压高于正极性;当气压高于某临界气压时,正极性雷电冲击放电电压高于负极性。出现极性反转的临界气压值与间隙电场不均匀系数相关,随电场不均匀度增加而减小。极不均匀场中,VFTO作用下,负极性50%放电电压较正极性高,但在较低气压时,会出现负极性VFTO放电电压低于正极性的现象。分析表明,极性效应反转是由不同极性电压下SF6间隙中空间电荷迁移和扩散的差异而形成的。

冲击电压下SF_6棒-板间隙放电的临界半径现象

GIS中隔离开关例行操作产生的特快速暂态过电压(VFTO)对GIS等电力设备绝缘造成很大威胁,迄今为止,国内外对VFTO造成GIS击穿事故的原因及绝缘破坏机理缺乏统一认识。为此借助研制的陡前沿冲击实验装置,研究了特快速瞬态过电压和雷电冲击电压下SF6棒-板间隙放电特性。研究表明,冲击电压下SF6短间隙放电存在与长空气间隙相似的临界半径现象。相同气压下,随着电极曲率半径减小,间隙50%放电电压降低;当电极曲率半径小于临界半径后,间隙50%放电电压基本不变,且临界半径随SF6气压增加而减小。还从空间电荷角度出发,分析了临界半径形成的原因,认为临界半径形成与步进先导形成时电荷注入量和空间电荷迁移有关,而在较小电极曲率半径下,注入电荷量受电极曲率半径影响较小,因此放电电压基本不变。

波前时间对GIS典型绝缘缺陷放电特性的影响

为了解GIS各类绝缘缺陷在遭受过电压侵袭时的状况,研究了冲击电压波前时间对GIS典型绝缘缺陷50%放电电压（U50）以及伏秒特性的影响。实验发现,表面附着金属微粒的绝缘子和棒–板间隙U50随波前时间增加呈U形变化趋势;而同轴母线附着针凸起间隙的U50随波前时间增加近似呈线性增长,并逐渐趋于稳定值。研究了波前时间对伏秒特性的影响,实验发现,棒–板间隙伏秒特性曲线形状随外施电压波前时间变化而变化,且间隙距离d增加,最低击穿电压升高,U型伏秒特性曲线拐点有右移趋势。当缺陷类型为同轴母线附着凸起物时,随着波前时间增加,击穿电压分散性变大,伏秒特性曲线也变得平坦,且凸起物为针时,随着针长l增加,击穿电压降低,分散性变小,击穿发生在曲线拐点之后的概率增大。分析可知,可用空间电荷的形成、迁移以及复合状况来解释以上实验结果。

220kV同塔双回输电线路复合绝缘子的操作和雷电冲击放电特性

在我国南方多雷地区，高压输电线路上运行的复合绝缘子常发生雷击跳闸事故，分析认为主要原因是个别地段复合绝缘子干弧距离配置不足导致雷电耐压偏低。为此，采用220kV同塔双回输电线路杆塔模拟真型塔窗，安装模拟导线，分别对上、中、下相不同干弧距离的复合绝缘子进行了操作冲击和雷电冲击试验，统计分析给出了50％放电电压数据和拟合曲线。研究结果表明：复合绝缘子干弧距离每增加0．15m，操作冲击50％放电电压就增加54～65kV，雷电冲击50％放电电压增加80-84kV；带模拟塔窗情况下复合绝缘子单位干弧距离的雷电冲击50％放电电压比不带塔窗仅有横担情况下约高5．6％。研究结论可为输电线路特别是多雷区输电线路的复合绝缘子选型提供参考。

500kV复艾紧凑型线路直线塔带电作业安全性分析

文中计算500 kV复艾紧凑型输电线路操作过电压水平,获得带电作业时可能产生的沿线最大相—地操作过电压为1.68 p.u.,最大相间过电压为2.85 p.u.,对直线塔塔窗典型带电作业过程中的人体位置进行长距离空气间隙及组合间隙的操作波放电试验,获得典型位置操作冲击击穿电压U50%和带电作业相—地和相间最小安全距离计算公式,以及带电作业时最小安全距离下的危险率;理论计算和试验结果表明,在直线塔上进行带电作业的危险率均远小于1.0×10-5,相—地和相间最小安全距离以及最小组合安全距离均满足带电作业安全性的要求。

气固两相体放电对电力系统外绝缘的影响

在气体中放入固体颗粒组成两相体,研究了其在不均匀电场中的导通特性,对不同气固两相体在不同介电常数和粒径条件下的雷电冲击下50%击穿电压U50进行了分析,结果表明:气固两相体放电中的U50比单纯的空气中的要低,并且在不同的极性中变化不一样,其中负极性的变化比较明显.同时也观察到不同极性下两相体放电的伏秒特性和放电发展通道,得到气固两相体50%雷电冲击击穿放电时延比单纯空气的小,尤其在高压负极性下,气固两相体的放电时延比空气的放电时延的减小可达15%,且不同气固两相体的雷电冲击放电发展通道比单纯空气的更复杂.

550kV直流带电作业组合间隙的试验研究

通过比例为１：１的模拟直线塔，对５００ｋＶ直流带电作业组合间隙作了各种条件下的试验。结果表明，带电作业组合间隙的安全度是可靠的。

组合空气间隙放电路径选择性试验

为了研究空气间隙放电路径发展的分散性和随机性,分别对棒–棒间隙、棒–双棒组合间隙击穿特性,放电路径选择特性及放电路径发展随机特性开展研究。试验中考虑了下棒电极头部形状和下棒电极布置方式的影响,并通过静电场仿真计算分析间隙电场不均匀系数对50%放电电压的影响,以及下棒电极头部周围静电场强度对放电路径选择特性的影响;同时采用图像处理技术计算了电极表面放电初始发展角θ,以表征高压棒电极表面放电发展随机特性。试验和仿真结果表明:间隙距离为0.4~1.2 m时,间隙电场不均匀系数越大,间隙50%放电电压越低。间隙距离相同情况下,下棒电极头部曲率越大,头部周围场强越大,越容易产生迎面流注,则被击中的概率越大;间隙距离对放电路径选择性有影响,下棒电极头部形状相同的情况下,间隙距离越小,该间隙下棒电极头部周围电场强度越大,越容易产生上行流注,则被击中的概率越大。空气间隙距离增大会减少下棒电极对高压棒电极放电初始发展方向的约束力,高压棒电极头部表面下行流注的发展方向随机性增强。

500 kV高压直流断路器支架绝缘设计

我国正在建设500 kV张北柔性直流电网试验示范工程,500kV高压直流断路器是张北柔性直流电网的核心装备,其支架绝缘设计决定了断路器的经济性及安全性。根据经验设计了支架初始结构,建立了其电场仿真三维模型,采用ANSYS有限元仿真软件计算了初始支架表面电场分布,获得了支架表面场强集中点,针对场强集中点提出了电场分布优化方案。搭建了断路器支架试验平台(海拔约50 m),开展了不同电极和电压极性下支架操作冲击50%放电试验,获得了不同电极下支架的间隙系数,验证了电场优化方案的正确性。结合支架操作冲击50%放电试验结论,针对张北直流电网工程绝缘水平要求,估算了支架对地最小空气间隙,最小空气间隙设计为4.7 m。论文工作为工程样机设计提供了参考。

220kV带串联间隙线路避雷器保护性能研究

鹰潭供电公司220 kV月铜线发生的两起雷击跳闸故障,故障相均安装了线路避雷器,因此,供电公司对线路避雷器的保护效果产生了疑虑。为深入验证线路避雷器的保护效果,避免类似事件的再次发生,国网江西省某电力科学研究院通过开展线路避雷器雷电冲击50%放电电压试验和工频湿耐受电压试验对避雷器间隙距离进行了深入研究,得到了不同间隙距离线路避雷器与不同绝缘子串的配合裕度,在此基础上给出220 kV线路避雷器间隙距离推荐值(840±10)mm,可以同时满足保护可靠性与运行安全性的要求。

高电压试验研究国外近况

近年来,随着超高压输电的迅速发展,对高电压试验技术提出了新的课题。只有在这些新课题取得了肯定的研究成果后,超高压输电才有可能有大的发展。因此,近十年来世界各国对高电压试验技术的研究日趋重视,投入了大量资金与人力,使高电压试验室规模、设备参数、研究课题范围、研究成果等方面都有较大的进展。

基于多级冲击高压发生装置的虚拟仿真实验平台

针对冲击高压试验存在高危险性、高耗能和高成本等问题,依托国家级虚拟仿真教学实验中心,开发了多级冲击高压发生装置的虚拟仿真教学资源。基于HTML5技术设计了3级冲击电压发生器模型,明确了冲击高压的获取及测量方法;根据多级测量法和升降测量法,分析不同工况下U50%击穿特性;设计了棒-板间隙极性效应测试模型,展示了自持和非自持放电阶段空间电荷发展过程。解决了冲击高压实验平台建设成本高、破坏性实验不可重复、实验现象非可视化的问题,增强学生对冲击高压实验现象的直观认知,提升冲击高压实验教学效率,有利于推动实践型人才的培养。

正态模型参数统计方法在试验数据处理中的应用分析

针对空气间隙电气绝缘试验涉及的正态模型参数统计问题,分析了最小二乘法、加权平均法和规程法的不同特点,分别求取了空气间隙50%放电电压U_(50)和标准偏差σ的估计值,对比三种方法统计结果的差异,提出适用于大尺度空气间隙放电电压及标准偏差参数统计的方法。研究结果表明,加权平均法具有更优的估计准确度,适用于长间隙多级法试验参数统计;估计值?_(50)较■有更小的置信宽度,更易获得较为准确的估计值。