电力系统污秽与覆冰绝缘2

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1、第8章覆冰绝缘子放电过程和闪络特性《电力系统污秽与覆冰绝缘》内容提要0覆冰绝缘子放电过程覆冰绝缘子放电模型悬式绝缘子交流冰闪特性悬式绝缘子直流冰闪特性覆冰绝缘子放电过程8.1试验结果表明，覆冰不仅导致绝缘子串电压分布畸变，由于上、下表面覆冰不均匀还会引起单片绝缘子表面电压分布的畸变，这种电压分布的畸变是绝缘子(串)冰闪电压降低的主要原因之一。融冰过程中，绝缘子表面将形成导电水膜，因此覆冰绝缘子放电与污秽绝缘子放电相似，其放电过程也是由表面泄漏电流引起的，所以覆冰是一种特殊形式的污秽。根据人工覆冰闪络试验可知：当绝缘子覆冰

2、后施加电压时，便产生泄漏电流。附图覆冰绝缘子串电压分布由此可见，无论覆冰轻重如何，覆冰对绝缘子串电压分布都有畸变作用；覆冰越重、电压分布畸变越严重，绝缘子串两端特别是高压引线端绝缘子承受电压百分数越高，导致这些部位首先产生放电，局部冰层开始融化。附图9片串标准绝缘子严重覆冰时的闪络过程(t0=0.04s)085t0107t0130t0137t0170t0178t0187t0203t0214t0220t0236t0251t0255t0附图9片串标准绝缘子严重覆冰时的局部电弧建立、发展和熄灭过程(t0=0.04s)0t02t

3、03t04t05t06t0当泄漏电流小于5mA时，外观上观测不到放电现象，Ic波形平稳；电压升高，Ic增大，当泄漏电流超过5mA时，高压端绝缘子钢脚出现蓝紫色局部电晕放电，逐渐发展并加剧；电压继续升高，伞裙间冰凌尖端空气间隙的流注放电特别明显，融冰现象也逐渐加剧。当Ic超过20mA时，蓝紫色的火花放电变成粉红色放电，随后将突变成间歇性白弧，此时电源供给的能量一部分维持电弧燃烧，一部分用于融化冰层，当两部分能量达到平衡时，电弧熄灭。冰层在泄漏电流焦耳热作用下进一步融化时，融冰所需的能量减少，导电水膜增长，电弧再次燃烧。当I

4、c达到250mA时，其白弧电流的焦耳热不仅可以使冰层充分融化，而且足以保证间歇性白弧稳定燃烧并在导电水膜表面空气中发展；此时绝缘子串各片间都已出现白弧，各段白弧迅速连通，跨接串长的40%~70%左右，当Ic达到400mA时，白弧与接地端的小弧连通而完成全面闪络。在覆冰不均匀时，闪络前的白弧电流波形存在“零休”，即存在电弧的熄灭和重燃现象，相应的电流波形产生畸变，电流过零持续一段时间。覆冰越不均匀，“零休”现象越明显。覆冰绝缘子串电压分布的畸变导致冰闪电压比湿闪电压还低。串的两端，特别是高压引线端电压分布增高是导致覆冰放电

5、比湿放电早的最基本原因。覆冰表面水膜导电率的高低以及冰凌尖端流注式电晕脉冲频率和强度决定放电发展的速度，间歇性白弧能否发展成稳定白弧是闪络的主要条件。整个放电过程按泄漏电流的变化规律可定性分为基本电流、电晕流注电流、白弧电流和闪络电流四个发展阶段，参照污秽放电过程可把闪络前半周的白弧泄漏电流最大幅值定义为交流冰闪的临界闪络电流。覆冰绝缘子放电模型8.2影响覆冰绝缘子闪络过程的因素甚多，至今尚未见有比较公认的描述覆冰绝缘子放电过程的物理数学模型，研究和应用较多的仍是基于Obenaus于1958年提出的污秽放电物理模型发展起

6、来的模型。(一)电路模型(1)基于树脂玻璃槽试验的Obenaus交流冰闪模型U为施加的电压，V；UE为电极压降，V；x为电弧长度，cm。k、b是电弧的重燃常数。现有覆冰闪络数学模型基本上是以此为基础，对其中的参数进行研究，且重点集中在冰面电弧的研究上，也就是在各种情况下的A、m、UE及Rr(x)等参数值。当考虑实际覆冰绝缘子串是一个半圆柱状的冰体，剩余冰层电阻为：γe为冰层表面电导率，S/cm；L、D为别为绝缘子的长度和等效直径，cm；d为冰层厚度，cm；r0为电弧根部半径，cm。r0同电压极性等因素有关。k1称为电弧根

7、部半径系数，不同的电压类型和极性下有不同的值。(2)基于圆柱形覆冰和三角平板试验结果的临界冰闪条件(二)热力学模型覆冰闪络的主要因素之一是冰层的融化，与热平衡有关。可以从热力学角度对覆冰表面闪络的模型进行分析。以一个理想的均匀覆冰的圆柱绝缘子作为研究对象，从理论分析和试验得到最低闪络电压和冰表面最小表面电阻是相对应的，进而得出覆冰绝缘子最低闪络电压的必要条件，即在冰表面冰融化的速率大于等于水结冰的速率。附图理想的光滑圆柱均匀覆冰模型由电弧弧柱电场强度小于未被电弧跨接部分冰面电场强度，根据热平衡方程可得到了圆柱形绝缘子稳态

8、下的临界闪络的电流和电压分别为式中：ρic、ρw为冰体的电阻率和冰面水膜的电阻率，Ω/m；r1、r2、δ分别为绝缘子直径、覆冰后外径、冰层厚度，m；L为绝缘子长度，m；t1、t2、t3分别为绝缘子表面、冰表面和空气温度，℃，为简便起见，可以认为t2=t1；k为冰的热传导系数；a为无量纲系数，与冰表面积，外界与冰体温度