华中科技大学电气与电子工程学院本科毕业设计开题报告

一、背景

随着经济的迅速发展，环境恶化不断加剧，工农业污秽不断加重，电网污闪事故发生的次数急剧增加。同时随着电网容量的增大和电压等级的升高，电网污闪事故的持续时间更长、波及范围更广、破坏性更大，严重威胁着电力系统的安全稳定运行，也给国民经济带来严重的损失。

据不完全统计，1971年-1990年，全国污闪事故共计4489次，损失电量高达43180.3万kW·h. 特别是20世纪90年代以来，灾难性的电网大面积污秽闪络事故在全国较大范围内频频发生,如表1所示。2001年2月，北方出现历史上罕见的持续大雾天气，辽中电网、河北省南部电网、津京唐电网、河南省北部电网、山东省烟威电网等相继发生大面积污秽闪络事故，共计23条66-500kV线路、34座变电站跳闸972次，影响甚大。

表1 1998-2006年全国区域性污闪事故统计[1]

由于输电线路发生污闪事故而导致大面积停电严重影响着国民经济发展和社会的稳定，因此开展电力系统污闪原理研究、提高输电线路污闪电压以及降低输电线路污秽闪络跳闸事故率是保证电力安全生产的当务之急，对确保电网安全稳定运行具有重要意义。

二、国内外现状

如何防止电网污闪、降低污闪事故率，国内外相关专家近100年前就开始进行了相关试验和研究。在欧洲，意大利早在1907年就开始了防止污闪的立项研究，同时德国在1940年成为世界上第一个实行污区等级划分及外绝缘配置标准的国家。在国内，从上个世纪70年代开始进行防污闪立项研究，从此清华大学、重庆大学等高校及各高压研究所、电力研究院开始了大量的研究。

但是，由于影响污闪放电的因素很多，再加上其分散性大，随机性强，对于污闪放电的原理及其他相关问题仍没有得到很彻底的解决，始终没有找到一个有效并且完善的防污闪技术对策。因此，对于国内外所有电力研究者来说，如何提

高输配电设备污闪电压、减少污闪事故发生成为了一个重要且亟待解决的热门课题。

上个世纪40年代，德国最先提出并实行污区等级划分，随后日本最早提出了等值附盐密度这个污秽度参量，并陆续被世界上其他国家接受，这为国内外防污闪基础工作的开展作了一个很重要的贡献，此后，国内外电力专家和学者对影响污闪放电的相关因素作了大量研究工作，并取得了很大的研究成果。

1.国外相关研究成果：

前苏联、美国、日本等国家对高压输电线路绝缘子片数选择进行了相关实验研究：前苏联提出了泄漏比距法确定，美国则采用污耐压法。

日本的Suzuki[2]等人通过对几种悬式绝缘子(普通型、防雾型及外伞型)在重工业污秽地区的污秽沉积特性的研究，得出：

(1)污秽沉积量随着湿度和风速的变化而变化，在湿度小于70％、风速小于3.5m/s时，外伞型悬式绝缘子下表面的盐密只有防雾型悬式绝缘子的10％左右；

(2)通过对绝缘子周围风流的分析，也表明外伞型绝缘子表面的污秽沉积量比防雾型小；

(3)风速是影响绝缘子伞裙上下表面污秽度之比的一个重要参数。

Herndndez-Corona[3]等人的研究结果表明：绝缘子表面污秽的沉积量主要决定于绝缘子的几何造型，即结构复杂的绝缘子的污秽度等级为重或者极重，而结构简单的绝缘子的污秽度等级为轻或中等；对于具有简单结构的绝缘子，在潮湿的污秽地区，其绝缘特性基本上与爬电距离呈线性函数关系；对于具有复杂结构的绝缘子，其污秽特性主要取决于绝缘子结构型式和潮湿度。

2.国内相关研究成果：

华东电力试验研究院的周建国[4]等人通过对工业污秽地区的绝缘子伞型对

其积污规律及其闪络特性的影响进行的大量研究表明：在相同环境下，积污特性主要取决于绝缘子的形状；双、三伞及防雾(深棱)型绝缘子在工业城市的两个实际现场进行的自然积污性能试验表明，外伞型绝缘子的积污程度远低于防雾型绝缘子；根据循环积尘试验法的结果，也表明外伞型绝缘子的积污程度远低于防雾型绝缘子；同等试验条件下和其他绝缘子比较，具有三伞的外伞型绝缘子其污耐受电压最高；自然积污及实验室模拟试验的结果均表明，具有外伞型结构的三伞型绝缘子具有较优越的防污耐污性能。

清华大学李震宇、周远翔[5]等教授就绝缘子安装结构对污闪电压影响做了相关实验研究，得出结论如下[5]：

(1)双串绝缘子的污闪电压较单串绝缘子的低，降低的幅度大约在5%~15%之间；串间距较低时闪络电压低，串间距增加污闪电压升高，逐渐趋向于单串绝缘子的污闪电压。

(2)双串绝缘子污闪电压的降低使得绝缘子防污闪性能下降，导致现场运行中双串绝缘子污闪事故率升高；双串绝缘子的串间距约为60cm 时，双串绝缘子和单串绝缘子闪络电压接近。

(3).V形串绝缘子的污闪电压较单串绝缘子高10%以上，在适当的安装角度

下V形串绝缘子的污闪将出现极大值。

(4) 为降低绝缘子污闪事故，现场安装绝缘子时应注意考虑安装结构对污闪电压的影响。

经过这么多年来国内外学者专家在防污闪领域作的大量研究，电网防污闪

水平有了很大的提高，探究出了针对不同情况下的各种防污闪技术措施。但是随着工业快速发展，环境污秽不断加重，同时750kV、1000kV特高压交流输电线路及+800kV直流输电线路的建设对于外绝缘配置及防污闪技术提出了更高的要求，并且高海拔地区覆冰覆雪对于污闪放电也产生了很大的影响。因此，新形势、新环境下如何提高输电线路污闪电压、降低污闪跳闸事故率，仍具有许多亟待解决的难题。本论文将从多角度、多方面、多层次进行提高输电线路污闪电压的方法研究。

三、研究路线

1.污闪放电机理

污闪放电是一种局部电弧逐步延伸过程，是电、热、化学混为一体的气体和局部电弧发生、发展的热动力平衡复杂的变化过程。其放电过程大致分为：

(1) 绝缘子表面的积污；

(2) 绝缘子表面污秽层湿润

(3) 局部放电产生

(4) 局部电弧发展，形成闪络

2.绝缘子污闪放电物理模型

在上个世纪60年代，国外专家就提出了表面电弧与剩余污层电阻相串联的污闪物理模型[6-7]，如下图：

图1 污秽闪络物理模型