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【6h】

盘型悬式绝缘子基于污层电阻动态变化的闪络模型研究

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目录

1 绪 论

1.1 论文研究的背景及意义

1.2 论文研究的国内外现状

1.3 论文研究的内容

2 绝缘子展开平板污闪试验

2.1 绝缘子闪络试验装置

2.2 试品与试验程序

2.3 绝缘子展开平板污闪分析

2.4 本章小结

3 基于污层电阻动态变化闪络模型的建立和验证

3.1 绝缘子展开平板的数学模型

3.2 污层电阻静态计算模型

3.3 污层电阻动态变化闪络模型的数学物理原理

3.4 绝缘子表面污秽的湿润

3.5 绝缘子表面泄漏电流分布

3.6 污层电阻计算与电弧判据

3.7 动态闪络模型的试验验证

3.8 污层电阻静态计算模型的校正

3.9 本章小结

4 绝缘子污闪动态预测及影响因素分析

4.1 绝缘子污闪的动态预测与分析

4.2 绝缘子污闪的影响因素分析

4.3 本章小结

5 盐雾和雾霾对绝缘子污秽附加影响规律

5.1 盐雾中绝缘子的闪络

5.2 雾霾中绝缘子的闪络

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文结论

6.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文

B. 作者在攻读博士学位期间参与的科研项目

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摘要

绝缘子污秽闪络是威胁电力系统安全运行的主要因素之一。尽管国内外学者对绝缘子污闪特性做了大量研究,但由于绝缘子污闪机理的复杂性,表面污秽受潮后,湿润污层在泄漏电流焦耳热作用下升温并被逐渐烘干,绝缘子表面不同位置污层温度、厚度、表面电导率不同,污层电阻随时间动态变化,而现有模型与实际情况有较大出入,因此建立和研究绝缘子基于污层电阻动态变化的闪络模型,有助于更深入地分析绝缘子污闪的形成和发展机理,对输电线路外绝缘配置和绝缘子设计、选择均具有重要的理论和工程实际意义。
  本文首先试验研究了绝缘子展开平板的闪络过程,然后基于其污闪物理过程分析了染污绝缘子污层表面电导率决定因素,起弧前后泄漏电流的不均匀分布,污层电阻的离散计算方法,以及电弧产生和发展判据,建立了盘型悬式绝缘子基于污层电阻动态变化的闪络模型,并通过人工交、直流污闪试验验证了模型的有效性。此后,利用该模型预测了闪络过程中泄漏电流、电弧长度、污层电阻等参数的动态变化,分析了起弧电压和临界闪络弧长与盐密的关系,得到了环境温度、污层湿润程度、施加电压对绝缘子闪络特性的影响规律。最后,通过开展人工盐雾和雾霾下绝缘子闪络试验,提出了附加盐密的概念,使该动态闪络模型能够应用于盐雾、雾霾环境绝缘子闪络的预测和分析。本文的主要工作及成果如下:
  通过试验研究了绝缘子饱和湿润时污层厚度与灰密的关系,分析了表面电导率与绝缘子污秽和污层温度的关系。将真型绝缘子根据其结构展开为平板模型并利用有限元法得到了电弧出现前后电流密度的不均匀分布情况。通过分析泄漏电流对湿润污层烘干过程中电场强度的变化,提出了绝缘子表面电弧产生和发展均是电击穿的结果,泄漏电流对湿润污层的烘干作用为电击穿提供条件,当污层表面电场达到空气的沿面击穿场强,电弧得以产生或发展。电弧的产生和发展速度取决于空气的沿面击穿条件得到满足的速度。
  首次建立了盘型悬式绝缘子基于污层电阻动态变化的闪络模型,并通过开展绝缘子不同盐密下的大量交、直流人工污闪试验,对该动态闪络模型的有效性和准确性进行了验证。XP-160瓷绝缘子直流和交流不同盐密下50%闪络电压的动态模型计算值和试验值间平均相对误差分别为5.2%和5.0%,LXY4-160玻璃绝缘子直流和交流时的平均相对误差分别为4.8%和2.8%。模型计算值与试验结果基本一致,能够应用于染污绝缘子交、直流闪络特性的预测。
  基于该闪络模型分析了施加电压后污层电阻的动态变化过程,结果表明:起弧前,在泄漏电流焦耳热作用下,湿润污层温度升高、厚度下降,该阶段温升起主要作用,污层表面电导率增大,污层电阻约下降30%。起弧后,剩余污层电阻受泄漏电流烘干作用和弧根移动两方面的影响,均使剩余污层电阻趋于下降,随着电弧的发展,剩余污层电阻不断减小,在临近闪络时快速下降至零。
  利用建立的闪络模型对绝缘子污闪影响因素进行了分析,结果表明:绝缘子起弧电压随着盐密的增大而减小,且成负指数函数关系;而临界闪络弧长与盐密间无明确关系,约占绝缘子爬电距离的68%;随着环境温度的升高,绝缘子闪络电压基本成线性下降,环境温度的影响随着盐密的增大更加显著;绝缘子闪络电压同样随污秽湿润程度的增大而降低;均匀升压法得到的闪络电压高于恒压升降法,且均匀升压法得到的闪络电压随升压速度的增快而增加。
  基于对染污绝缘子人工盐雾和雾霾闪络试验结果的分析提出了盐雾和雾霾环境下绝缘子闪络的本质仍是污秽闪络。通过附加盐密概念的引入,定量分析了盐雾和雾霾的沉积对绝缘子表面盐密的附加影响,建立了盐雾和雾霾中染污绝缘子闪络与普通污闪间的联系,并且将本文建立的动态闪络模型应用于盐雾和雾霾环境下绝缘子的闪络过程及机理的分析。

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