同轴场域SF6／N2混合气体电晕放电特性的仿真研究.pdf

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1、第33卷第7期电工电能新技术Vo1．33．No．72014年7月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyJu1．20l4同轴场域SF6／N2混合气体电晕放电特性的仿真研究李锰，汪讽，张盈利，李卓(1．河南省电力公司驻马店供电公司，河南驻马店463000；2．湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082)摘要：采用SF／N混合气体绝缘介质的气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)作为电缆和架空线的有效补充，将在电力发展中起到重要作用。为更好地理解其放电特性，建立了同轴电场中流注电晕放电的二维流体模型，综合考虑了SF／N

2、混合气体放电过程中空间光电离与阴极光发射作用，采用有限元．通量校正传输法(FEM．FCT)求解。仿真表明：流注电晕对空间电场有均匀作用，外施电压幅值低时流注电晕经过一段时间后会消失，幅值高时流注电晕容易发展为不稳定放电；SF／N混合气体起始放电时间较SF气体迟，但绝缘性能较差；空间光电离作用强于阴极光发射的作用。关键词：GIL；同轴间隙；流注电晕；FEM—FCT；混合气体中图分类号：0461；TM213文献标识码：A文章编号：1003—3076(2014)07-0049—06流体模型，采用有限元-通量校正传输法(FiniteEle-1引言mentMethod—FluxCor

3、rectedTransport，FEM-FCT气体绝缘输电线路(Gas—Insulatedtransmission法)首次实现不同外施电压、不同s含量混合Line，GIL)具有传输容量大、电容小、损耗低、过载容气体的流注电晕放电仿真，同时考虑了空间光电离量高、对外部环境影响小、无火灾危险、不易老化等与阴极光发射作用。为进一步理解其放电机优点。，能有效地使用在电缆输电存在极限容量理，改善和优化其绝缘设计有非常重要的意义。场合和架空线在某些特殊使用场合，将在电力事业2数学模型及算法发展中起着不可替代的作用。青海拉西瓦水电站和深圳岭奥核电站已采用了GIL。SF气体存在2．1场域结

4、构着低温易液化、对工艺要求较高、价格昂贵、具有较GIL三相导体分别安装在不同的接地外壳内，强的温室效应等问题。目前国内外学者研究了大量每相导体分别与外壳同轴布置，工程上按同轴电场的sF替代气体，但短期内很难找出能完全代替来进行绝缘设计，电场不均匀系数通常取1．7左右，s而且对环境没有危害的气体，所以采用SF／N：即取外壳内径与导体外径比值为自然常数e，文中混合气体绝缘成为传统GIL的发展方向之一。采用同轴电极对稍不均匀场流注电晕放电特性进行世界上第一条SF／N：混合气体GIL也于2l世纪初研究，取导体外半径rn=2mm，外壳内半径R=期在瑞士日内瓦国际机场投入运行。5．43

5、6mm，整个同轴场域对称，为减少计算量，提高目前，国内外对均匀场域中的SF和SF／N：混计算效率，只对其中部分场域进行剖分计算。合气体放电机理进行了大量的研究，但不均匀2．2带电粒子输运模型场域结构较为复杂，定量分析这类场域SF／N：混合采用二维流体动力学模型对SF／N：混合气体气体的流注电晕放电特性的研究较少。本文建立了的流注电晕放电过程进行建模：同轴场域内SF／N：混合气体的流注电晕放电二维收稿日期：2012·08—25基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET．11—130)、高等学校博士学科专项科研基金(20120161110009)、甘肃省电力公司2012年

6、度科技资助项目(2012101027)作者简介：李锰(1986．)，男，河南籍，硕士，研究方向为电力设备绝缘技术，气体放电等；汪讽(1972．)，男，辽宁籍，教授／博导，研究方向为高压电力设备绝缘及其在线监测技术等。50电工电能新技术第33卷sF／N混合气体电子纵向和横向扩散系数分别取鲁=．saIvoJn一为0．18m／s，0．219m。／sl】⋯。其他气体输运参V·(n。。)+V—DVn)(1)数都是折算场强(电场强度与中性粒子浓度比值)的函数，如表1和表2所示，各折算场强对应的参鲁=．sIve／3一V‘(npVp)数值通过插值求取，其中正、负离子的速度分别取(2)SF；

7、，SF6-的速度。表1电离、附着系数⋯-川旦三：。e叩ll—nnn卢一v．’(anyn)(3)Tab．1IonizationandattachmentcoefficientS=S+．sDh(4)式中，n。，n。，n分别为电子、正离子和负离子的浓度；t为时间；tJ。，口。，13a分别为电子、正离子和负离子的速度；，7／，，D分别为电子碰撞电离系数、SF气体分子附着系数、正、负离子复合系数和电子扩散系数，由于正、负离子的质量远远大于电子，热运动速度低碰撞较多，扩散过程较弱，文中忽略了正、负离子的扩散过程；S是由光电离和