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摘要：本文通过雾霾模型,分析了雾霾中不同因素和参数对输电线路间放电击穿电压和放电路径选择的影响,找到了雾霾环境下电气外绝缘的击穿电压所需满足的绝缘水平和外绝缘工程最佳设计方法;同时提出了更加准确的输电线外绝缘防护措施。
关键词：雾霾；输电线外绝缘；影响
随着我国经济的稳健快速发展，一方面电力需求日益增大，电力系统输电线路电压等级不断提高，电网规模不断扩大，交、直流联网不断增多，另一方面各地区的污染源不断增多，大气污染加剧。大气污染会导致雾霾天气的出现，而雾霾作为一种气、固、液多相体，会对空间电场和带电粒子数目产生影响，也会影响绝缘子表面的污层电导，从而引起输电线路闪络情况的发生，严重威胁电网的安全运行。
一、试验设置
试验装置的示意图如图1所示。图中实验变压器经过两个20kΩ的串联保护电阻与人工雾室中的棒电极相连接，棒－板间隙的板电极接地。放电电压波形及数值通过与棒－板间隙并联的电容分压器的低压臂相连接的示波器进行测量。实验步骤：①按电路图搭建实验系统，调整棒电极，分别以不同的距离作为棒－板的间隙;②配置雾霾环境需要的溶液，测量各种参数;③将液体导入超声波液体喷雾机，启动喷雾设置;④打开电源，通过调压柜升压．其中实验采用恒压升降法，以避免升压速率的不同导致分散性偏大的误差;⑤分别在空气环境、模拟雾霾的环境下，取每一间隙距离作五次放电击穿，并求出其平均值与分散性;⑥记录实验数据，并进行分析。
二、试验结果
2.1雾霾对线路间放电的影响
①雾霾对击穿电压的影响。棒–板间隙所加电压极性不同，雾霾对击穿放电电压也有差异。雾霾对击穿电压的影响如图2所示。由图2可知，在直流电压下不均匀电场放电有明显的极性效应，即当雾霾颗粒粒径很微小(小于0．01mm)时，其击穿放电电压一般高于空气的击穿电压;当粒径较大(大于0．1mm)时，雾霾的击穿放电电压又低于空气的击穿放电电压;当雾霾颗粒粒径中等(在0．01～0．1mm之间)时，若电压为正极性，雾霾中的击穿放电电压高于或接近于空气的击穿放电电压，若为负极性，则雾霾击穿放电电压明显低于空气的击穿放电电压。②喷射雾霾量对击穿电压的影响。喷射雾霾量对击穿电压的影响，经实验结果表明喷雾量越大，击穿电压增加越明显;电极间距增加(电场均匀度降低)，雾霾击穿电压增加程度降低。另一方面，喷雾时，由于电极表面水滴的影响，击穿电压均下降;但是在小喷雾量时，由于表面水滴积累较少，击穿电压也略有升高。③雾霾中颗粒的体积分数对击穿电压的影响。选取粉煤灰颗粒研究体积分数对击穿影响，同上试验方法，结果表明颗粒畸变电场容易引起局部放电的同时对放电的发生也有一定的阻碍作用。
2.2户外绝缘子的雾闪特性
①洁净绝缘子的盐雾酸雾击穿特性。将洁净绝缘子悬挂在雾室，采用水雾、盐雾和酸雾环境下得到的单片XP-70洁净绝缘子击穿电压。试验结果表明，盐雾或酸雾环境中，随着雾水成分的电导率或酸性的上升，相同洁净程度的绝缘子放电电压峰值会下降。相同的绝缘子在酸雾中的击穿电压小于盐雾中的击穿电压。②污秽绝缘子的盐雾酸雾击穿特性。将污秽绝缘子悬挂在雾室，采用水雾、盐雾和酸雾环境下得到的单片XP-70污秽绝缘子击穿电压。试验结果表明，盐雾或酸雾环境中，随着雾水成分的电导率或酸性的上升，相同污秽程度的绝缘子放电电压峰值会下降。相同的绝缘子在酸雾中的击穿电压小于盐雾中的击穿电压。酸雾环境下，污秽的绝缘子将比洁净的绝缘子吸附更多的酸性物质，放电电压受到酸雾的影响更大。
三、试验结果分析
3.1雾霾颗粒对击穿电压的分析
雾霾颗粒存在两种作用:①放电空间放入雾霾颗粒后，电场发生畸变。颗粒的出现导致局部电场的增加，颗粒对电场的畸变作用，增加了电场不均匀度，会导致击穿电压降低;②液滴对带电粒子的吸附作用，主要有雾霾颗粒表面电荷的捕获、颗粒对电子和离子的捕获，从颗粒表面溢出的光电子有助于电子的电离和附着，该机制会减少空间中的带电粒子，抑制电子崩的形成，会提高击穿电压。
由试验可知，雾霾颗粒会对周围电场产生畸变，对于棒－板间隙，随着间隙距离的增加，电场的均匀度增加，击穿电压的大小受电场的均匀度的影响。棒－板间隙较小时，有雾环境下，击穿过程受到液滴对电子崩和流注的阻碍，其击穿电压峰值要明显大于空气环境下的击穿电压峰值。当间隙距离增加时，空间电场比短距离情况下均匀度高，雾滴的存在导致的电场畸变对电场均匀度影响较大。在较大距离的棒－板间隙中，液滴引发畸变对击穿电压的影响更为明显，故有雾的环境下的击穿电压峰值会小于空气环境下的击穿电压峰值的情况。
3.2雾霾颗粒对污秽绝缘子击穿电压的分析
污秽绝缘子的污闪大致分为积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展四个阶段，这四个阶段缺一不可。对洁净绝缘子，闪络并没有积污过程，但在毛毛雨雾、露等不利天气下，污层将被水分所湿润，电导大增，在工作电压作用下电流密度较大，污层烘干较快，先出现干区。干区两端承受较大的电压，当某处场强超过空气放电临界值时，该处就发生沿面放电。对局部电弧的发展，在染污层是酸雾情况下，不仅被水分所湿润，还会受到酸的影响，两者共同作用会形成大量带有正电荷的水合氢离子(H3O+)，使得电导增大。同时，雾中还有一部分醋酸分子(CH3COOH)的存在，在水分子接触的情况下，会继续电解成正负离子，使得绝缘子更容易击穿。在盐雾情况下，染污层吸附水分和雾中盐分的离子，起到增加电导的作用，但是NaCl分子属于易溶分子，在液体中直接分离出了所有的Na+离子和Cl－离子，不会有更多的离子出现。因而，盐雾对绝缘子放电电压的影响不及酸雾对绝缘子放电电压的影响。
结论
由于雾霾颗粒的存在，会影响空气的放电发展过程。实验表明，雾霾颗粒会对周围电场产生畸变，对于棒－板间隙，随着间隙距离的增加，电场的均匀度增加，击穿电压的大小受电场的均匀度的影响;棒－板间隙较小时，有雾环境下，其击穿电压峰值要明显大于空气环境下的击穿电压峰值。在较大距离的棒－板间隙中，液滴引发畸变对击穿电压的影响更为明显，故有雾的环境下的击穿电压峰值会小于空气环境下的击穿电压峰值的情况;盐雾或酸雾环境中，随着雾水成分的电导率的变化，相同洁净或污秽程度的绝缘子放电电压峰值也会变化。
参考文献
[1]姚文俊．气固两相体放电对电力系统外绝缘的影响[J].中南民族大学学报:自然科学版，2015
[2]钟志有．磁控溅法制备Zno:Ga薄膜的结晶质量及其应力研究[J].中南民族大学学报:自然科学版，2015
作者简介
徐滨，男，学历：东北电力大学电气工程硕士。
刘学进，男，学历：电子科技大学电气自动化技术专科。
董兴建，男，学历：高中。
吴鲁军，男，学历：上海电力学院电气工程及其自动化本科。
论文作者:徐滨,刘学进,董兴建,吴鲁军
论文发表刊物:《电力设备》2015年第12期供稿
论文发表时间:2016/4/27
标签：电压论文; 绝缘子论文; 电场论文; 颗粒论文; 间隙论文; 环境论文; 峰值论文; 《电力设备》2015年第12期供稿论文;