污秽绝缘子闪络机理研究综述

绝缘子污秽闪络过程
目前国内外对绝缘子污闪机理的尚未有统一的共识。 但大
多数研究者认为污秽闪络经过4个阶段。 污秽的沉积 污秽的湿润 烘干区的形成及局部电弧的产生
局部电弧发展成完全闪络
局部电弧发展过程
如右图所示的汉普顿所做的用硅藻土 加NaCL模拟染污放电试验。
起初污秽绝缘子干燥时， 电阻很大， 泄漏电流很小，表面的电压分布比较均匀， 随着污层继续受潮， 泄漏电流增加， 产生的 焦耳热较多的部位被烘干，该处的电压较集 中。出现几个台阶。随着污层继续受潮。泄 漏电流继续增大， 干区逐渐扩大， 并出现跨 越烘干区的局部电弧放电，由于周围的湿润 条件， 会使得污层电阻不断减小， 局部电弧 不断向对方电极发展延伸，当电弧每单位长 度的压降减小到等于或小于污层每单位长度 的电阻压降时，电弧自动而迅速的向对方电 极发展， 直至贯穿两极， 这就是污闪的全过 程。
污秽绝缘子闪络机理研究综述
报告人：张飞 指导老师：谢老师
1
wenku.baidu.com录
• 课题研究背景及意义 • 污秽闪络的发展过程 • 闪络机理研究 • 对当前研究现状的思考
绝缘子污秽闪络研究背景
自从1895年世界上第一个交流电力系统在美国加利福尼亚州建成以来，
各国的电网系统得到快速发展， 电压等级不断提高， 输送距离不断增大， 在带动生产力发展的同时， 电力系统的安全稳定运行引起人们广泛关注。
对目前研究现状的思考
1. 通过对以上国内外的研究现状的分析：国内外对染污绝缘子闪络机理 的研究主要基于奥本诺斯（Obenanus）的平板模型，主要针对一般 海拔地区，对低气压下染污绝缘子的闪络机理研究较少，基于平板模 型的研究较多， 对实际绝缘子研究较少。 Obenaus 引入电弧特性常数A、n 表征局部电弧U-I 特性。A、n 取值不 仅受电压种类、极性的影响，而且与环境温度、海拔高度以及表面状 况相关，即便在相同的实验条件下，不同研究者得出的数值也不尽相 同。目前污闪电压计算中电弧特性常数的取值仍存在争议。
•
西安交通大学的李亚伟等考虑受热浮力的影响，局部电弧在上表面会有飘 离表面的趋势，散热条件受表面状况的影响较小；而在下表面，热浮力则 会使局部电弧更加贴近表面，造成水分蒸发加剧、散热加快带来局部电弧 在湿污绝缘的上、下表面表现出的电弧特性必然存在差异。提出了交流污 闪电压双电弧计算模型。如下图所示
直流电弧的伏安特性曲线
从曲线1可见，触头在开断直流电路时所产生的电弧，相当于在电 路中串入一个非线性电阻，当电弧电流增加时，电弧电压减小。这和我们 熟知的普通电路的情况相反。在普通电路中，当电流增加时，电阻上的电 压也增加，这是因为电路中的电阻值不变的缘故。但在弧隙中，电弧电阻 是随着电弧电流而变化。随着电流的增大，电弧内的游离作用越来越激烈， 离子浓度越来越大，导电性越好，其对外所呈现的电阻值愈小，从而维持 电弧稳定燃烧所需的电压也相应减小；反之，当电弧电流减少时，维持电 弧稳定燃烧所需的电压相应增大。
污秽绝缘子直流闪络机理-------（1）平板模型
图1. 污闪电路模型 图中X为局部电弧长度，L为泄露距 离；HV表示高压端
•
•
(2)能量模型
•
(3)动态模型 •
计算模型
污秽绝缘子交流闪络机理
•
•
电场模型
重庆大学采用复数模拟电荷法计算 污秽绝缘子闪络过程中沿面电场的分布 和变化。首先假定局部电弧发展后期只 剩一根电弧横跨干燥带， 局部电弧紧贴 绝缘子表面发展， 并且只沿轴向增加， 剩余污层电导率在电弧发展过程中保持 不变， 电弧电流基本上为正弦波形。在 以上的假定下， 通过数学上的正交分解 原理可以把交流电压下产生局部电弧后 的电场归结为如下的边值问题： 最终得出：推动电弧向前发展的主要 因素不是强电场的电离作用而是电弧 头部附近热点离加剧促使带电粒子运 动速度增加并最终形成闪络.
低气压下污秽绝缘子的闪络机理
•
3.
Ishii 等利用光电测量法对直流电弧的 V-I 特性进行了测试，结果表
明，当气压为 101.3 kPa 时，A 的取值范围为 40~50，n=0.83；当气
压为 40.0 kPa时，A 的取值范围为 20~35，n=0.77。 4. 张仁豫等对染污绝缘子表面电弧的V−I特性进行了测试，发现常数 A
2.
3. 目前国内外的研究主要用简单的平板， 圆盘， 三角板椭圆形平板来等 效实际绝缘子， 研究剩余污层电阻， 这与实际情况偏差的较大。
4.
张志劲等考虑到局部电弧发展中存在的飘弧特性，李亚伟考虑实际绝 缘子的上下表面的电弧特性的差异。更接近实际的情况， 对此应进行 进一步的研究。
果表明，正极性直流下 A=178(P/P0)0.75，n=0.61；负极性直流下
A=103(P/P0)1.14，n=0.69，交流下 A=133(P/P0)0.74，n=0.70。
重庆大学张志劲等针对实际高海拔下污秽绝缘子电弧发展过程中存 在的飘弧现象，以及低气压下空气间隙电弧的E-I特性与沿面电弧的E-I 特性存在明显差异的问题，在奥本诺斯模型的基础上提出低气压下污闪 放电模型。
与绝缘子型式有关[26]，提出交流下A的取值范围为
345(P/P0)0.65~376 (P/P0)0.65，n=0.67。 5. 黄超峰在水平放置的三角形平板玻璃模型上测试了直流电弧的V−I
特性[27]，提出正极性直流下A= 120(P/P0)0.25，n=0.52；负极性直
流下A=148(P/P0)0.25， n=0.52。 6. 李玉等对表面覆冰三角形平板玻璃的电弧 V−I特性进行了测试，结
交流电弧的下降伏安特性曲线
图2－6为交流电弧在一周内的伏安特性。 图中箭头方向表示了电流变化和方向。从O点 开始，因电弧还未产生，所以随着电压的增加 只有小量的由阴极发射产生的电流。到A点时 电弧点燃，再随着电流的增大，电弧电阻减小， 电弧压降也下降，直到B点，此时弧电流达到 峰值。在B点后随着电流的减小，弧电阻增加， 电弧压降上升。变化到C点时，电弧电流趋近 于零，电压达到熄弧电压，电弧熄灭。当电流 过零点后，在第三象限重复上述规律。 由于热惯性作用，弧电流绝对值从小到大 的特性曲线与弧电流绝对值从大变小的特性曲 线不重合，这种现象称为“弧滞”。弧自身所 具有的不断变化值，它的伏安特性都是动特性。 由于热惯性作用，弧电流绝对值从小到大的特 性曲线与弧电流绝对值从大变小的特性曲线不 重合，这种现象称为“弧滞”。
从20世纪90年代以来， 我国较大区域范围的污秽闪络日益频繁发生。
在雾， 露毛毛雨等不利气象条件下，由污秽引起的绝缘子闪络事故目前在 电网总事故中已占第二位， 仅次于雷害事故， 但污秽事故造成的损失却是 雷害事故10倍左右。 因此人们对污秽绝缘子闪络特性及闪络机理的研究展开广泛深入的研 究， 并取得了一些列的研究成果。