直流叠加冲击电压下GIS放电特性研究综述
发布时间：2021-03-26 15:02
GIS在开关分闸后母线上会存在幅值较高的残余直流电压,由于GIS中电荷泄漏较慢,残余直流电压可持续作用较长时间。当再一次合GIS母线时,母线上可能会出现冲击过电压,冲击过电压会与母线残余直流电压叠加,使GIS处于直流叠加冲击电压的作用下。近年来国内多起GIS击穿事故发生于开关合闸瞬间,因此有必要对直流叠加冲击电压下GIS的放电特性进行研究。首先介绍了直流叠加冲击电压下稍不均匀电场和极不均匀电场中SF6气体间隙的放电特性和放电机理,以及直流叠加冲击电压下自由金属微粒引起的气体间隙放电特性;然后总结了直流叠加冲击电压下绝缘子沿面的闪络特性和金属微粒对直流叠加冲击电压下绝缘子闪络特性的影响,并分析了表面电荷对绝缘子沿面闪络过程影响机理的研究现状;最后,总结了目前研究中存在的问题及未来的研究方向。通过对目前国内、外直流叠加冲击电压下GIS放电特性的研究,以期对工程建设和学术研究起到参考作用。
【文章来源】：高压电器. 2020,56(07)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
GIS母线残余电压随时间的变化情况
另外，气体绝缘电力设备中不可避免地会存在一些自由金属微粒污染物，在电场作用下微粒会逐渐带电并发生运动。气体绝缘电力设备中自由金属微粒可能呈现线性、片形等多种形状，其中线形金属微粒对设备绝缘的威胁最大[18-20]，因此重点关注线形金属微粒的运动特性研究。直流电压下，由于受到单极性电场力的作用，微粒易于起跳并形成在高压导体和壳体间的往复跳跃运动。当线形微粒端部电场强度满足放电条件时，微粒端部会形成电晕放电，影响微粒的运动行为，此时微粒的运动状态会发生改变[21-29]。美国学者Cooke CM在研究中观察到直流电压下线形微粒在负电极附近徘徊运动的现象，由于微粒运动过程中伴随有与电极之间的微放电亮光，因此称之为飞萤运动[21]，见图5。日本学者T.Hasegawa在研究中首先对GIS施加负极性直流电压，微粒在高压导体附近进行飞萤运动，然后叠加雷电冲击电压，发现气体间隙易于发生击穿。随着微粒长度增长，气体间隙击穿电压呈指数降低，见图6[30]。可见，自由金属微粒缺陷可能会对直流叠加冲击电压下气体绝缘电力设备的绝缘强度产生较大危害。西安交通大学的张乔根等学者通过实验研究了直流叠加雷电冲击电压对于GIS中自由金属微粒的检测有效性，发现存在微粒缺陷时负极性直流叠加正极性冲击下GIS的放电电压较负极性直流叠加负极性冲击下更低，更加有利于微粒的检测[31]。
气体绝缘电力设备通常采用同轴圆柱或同心球等稍不均匀电场结构，德国学者E.Gockenbach研究了直流叠加雷电冲击电压作用下稍不均匀电场中SF6气体间隙的击穿特性，结果表明气体间隙在叠加电压下的击穿电压与冲击电压单独作用时几乎相同[5]。日本东京电力公司的S.Okabe等学者研究了直流叠加VFTO电压下SF6气体间隙的击穿电压与伏秒特性，见图2。图2结果表明，预加直流电压对稍不均匀电场中气体间隙的击穿特性没有显著影响[6]。气体绝缘电力设备中由于存在毛刺、尖端等缺陷会在局部形成极不均匀电场，在极不均匀电场中，若直流电压幅值高于气体间隙的电晕起始电压，气体间隙中会发生电晕放电，电晕放电产生的空间电荷会畸变气体间隙内部电场，影响直流叠加冲击电压下气体间隙的放电特性。自20世纪90年代开始，学者们逐渐开始关注直流叠加冲击电压下极不均匀电场中气体间隙的放电特性[7-17]。Siodla K等学者通过在球电极表面安装针电极模拟金属微粒造成的极不均匀电场，并研究了球-板电极结构中气体间隙的放电特性，研究结果显示正、负极性直流电压与正极性雷电冲击电压叠加时气体间隙击穿电压均呈现上升趋势[7]。周黎明和D.Berg等学者采用棒-板电极结构研究了直流叠加雷电冲击电压下极不均匀电场中SF6气体间隙的放电特性，研究结果表明当预加直流电压幅值低于电晕起始电压时，叠加电压下气体间隙的击穿电压与冲击电压单独作用时相同。当预加直流电压幅值高于电晕起始电压时，若直流电压与冲击电压极性相同，叠加电压下气体间隙的击穿电压随直流电压幅值的增大而线性升高，若直流电压与冲击电压极性相反，击穿电压随直流电压幅值的增大而线性降低，见图3[8-9]。P.Arnold等学者的研究表明，直流叠加雷电冲击电压下气体间隙击穿电压的变化规律与气压密切有关，当气压为0.2 MPa时，直流与冲击同极性叠加电压下气体间隙击穿电压升高，直流与冲击反极性叠加电压下气体间隙击穿电压降低。而当气压为0.5 MPa时，直流与冲击反极性叠加电压下气体间隙击穿电压升高，直流与冲击同极性叠加电压下击穿电压无显著变化[10]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]直流叠加冲击电压对GIS中自由导电微粒检测的有效性[J]. 马径坦,张乔根,吴治诚,王国利,高超,文韬. 高电压技术. 2019(03)
[2]直流GIL中附着导电微粒对绝缘子表面电荷积聚特性的影响分析[J]. 李伯涛,王健,张圣富,李庆民,周勇,李士动. 高压电器. 2017(07)
[3]直流GIL内金属微粒对表面电荷积聚影响的三维仿真及实验研究[J]. 王志远,王健,李庆民,刘思华. 中国电机工程学报. 2016(24)
[4]直流GIL中自由线形金属微粒的运动与放电特性[J]. 王健,李庆民,李伯涛,刘思华,王志远. 中国电机工程学报. 2016(17)
[5]直流GIL中线形金属微粒对柱式绝缘子表面电荷积聚的影响[J]. 王健,李伯涛,李庆民,刘思华,马国明. 电工技术学报. 2016(15)
[6]SF6中绝缘子表面电荷积聚及其对直流GIL闪络特性的影响[J]. 张博雅,王强,张贵新,李金忠. 高电压技术. 2015(05)
[7]冲击电压下残余电荷对沿面放电发展的影响[J]. 邓军波,松岗成居,熊田亚纪子,日高邦彦,蒲路,张冠军. 高电压技术. 2012(08)
[8]±800kV直流线路杆塔塔头空气间隙的直流叠加操作冲击放电特性[J]. 廖蔚明,崔国华,孙昭英,李成榕. 电网技术. 2008(09)
[9]表面电荷积聚对绝缘子沿面闪络影响的研究[J]. 汪沨,邱毓昌,张乔根,王琦. 中国电力. 2002(09)
[10]气-固交界面绝缘子表面电荷的观测与分析[J]. 汪沨,邱毓昌,张乔根,王琦,刘林平. 绝缘材料. 2002(04)
博士论文
[1]直流GIL金属微粒的荷电运动机制与治理方法研究[D]. 王健.华北电力大学(北京) 2017
[2]直流电压下聚四氟乙烯表面电荷的聚散及其对闪络特性的影响[D]. 王邸博.重庆大学 2015
硕士论文
[1]直流GIL中金属微粒对绝缘子表面电荷积聚的作用机制研究[D]. 李伯涛.华北电力大学(北京) 2016
本文编号：3101780
【文章来源】：高压电器. 2020,56(07)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
GIS母线残余电压随时间的变化情况
另外，气体绝缘电力设备中不可避免地会存在一些自由金属微粒污染物，在电场作用下微粒会逐渐带电并发生运动。气体绝缘电力设备中自由金属微粒可能呈现线性、片形等多种形状，其中线形金属微粒对设备绝缘的威胁最大[18-20]，因此重点关注线形金属微粒的运动特性研究。直流电压下，由于受到单极性电场力的作用，微粒易于起跳并形成在高压导体和壳体间的往复跳跃运动。当线形微粒端部电场强度满足放电条件时，微粒端部会形成电晕放电，影响微粒的运动行为，此时微粒的运动状态会发生改变[21-29]。美国学者Cooke CM在研究中观察到直流电压下线形微粒在负电极附近徘徊运动的现象，由于微粒运动过程中伴随有与电极之间的微放电亮光，因此称之为飞萤运动[21]，见图5。日本学者T.Hasegawa在研究中首先对GIS施加负极性直流电压，微粒在高压导体附近进行飞萤运动，然后叠加雷电冲击电压，发现气体间隙易于发生击穿。随着微粒长度增长，气体间隙击穿电压呈指数降低，见图6[30]。可见，自由金属微粒缺陷可能会对直流叠加冲击电压下气体绝缘电力设备的绝缘强度产生较大危害。西安交通大学的张乔根等学者通过实验研究了直流叠加雷电冲击电压对于GIS中自由金属微粒的检测有效性，发现存在微粒缺陷时负极性直流叠加正极性冲击下GIS的放电电压较负极性直流叠加负极性冲击下更低，更加有利于微粒的检测[31]。
气体绝缘电力设备通常采用同轴圆柱或同心球等稍不均匀电场结构，德国学者E.Gockenbach研究了直流叠加雷电冲击电压作用下稍不均匀电场中SF6气体间隙的击穿特性，结果表明气体间隙在叠加电压下的击穿电压与冲击电压单独作用时几乎相同[5]。日本东京电力公司的S.Okabe等学者研究了直流叠加VFTO电压下SF6气体间隙的击穿电压与伏秒特性，见图2。图2结果表明，预加直流电压对稍不均匀电场中气体间隙的击穿特性没有显著影响[6]。气体绝缘电力设备中由于存在毛刺、尖端等缺陷会在局部形成极不均匀电场，在极不均匀电场中，若直流电压幅值高于气体间隙的电晕起始电压，气体间隙中会发生电晕放电，电晕放电产生的空间电荷会畸变气体间隙内部电场，影响直流叠加冲击电压下气体间隙的放电特性。自20世纪90年代开始，学者们逐渐开始关注直流叠加冲击电压下极不均匀电场中气体间隙的放电特性[7-17]。Siodla K等学者通过在球电极表面安装针电极模拟金属微粒造成的极不均匀电场，并研究了球-板电极结构中气体间隙的放电特性，研究结果显示正、负极性直流电压与正极性雷电冲击电压叠加时气体间隙击穿电压均呈现上升趋势[7]。周黎明和D.Berg等学者采用棒-板电极结构研究了直流叠加雷电冲击电压下极不均匀电场中SF6气体间隙的放电特性，研究结果表明当预加直流电压幅值低于电晕起始电压时，叠加电压下气体间隙的击穿电压与冲击电压单独作用时相同。当预加直流电压幅值高于电晕起始电压时，若直流电压与冲击电压极性相同，叠加电压下气体间隙的击穿电压随直流电压幅值的增大而线性升高，若直流电压与冲击电压极性相反，击穿电压随直流电压幅值的增大而线性降低，见图3[8-9]。P.Arnold等学者的研究表明，直流叠加雷电冲击电压下气体间隙击穿电压的变化规律与气压密切有关，当气压为0.2 MPa时，直流与冲击同极性叠加电压下气体间隙击穿电压升高，直流与冲击反极性叠加电压下气体间隙击穿电压降低。而当气压为0.5 MPa时，直流与冲击反极性叠加电压下气体间隙击穿电压升高，直流与冲击同极性叠加电压下击穿电压无显著变化[10]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]直流叠加冲击电压对GIS中自由导电微粒检测的有效性[J]. 马径坦,张乔根,吴治诚,王国利,高超,文韬. 高电压技术. 2019(03)
[2]直流GIL中附着导电微粒对绝缘子表面电荷积聚特性的影响分析[J]. 李伯涛,王健,张圣富,李庆民,周勇,李士动. 高压电器. 2017(07)
[3]直流GIL内金属微粒对表面电荷积聚影响的三维仿真及实验研究[J]. 王志远,王健,李庆民,刘思华. 中国电机工程学报. 2016(24)
[4]直流GIL中自由线形金属微粒的运动与放电特性[J]. 王健,李庆民,李伯涛,刘思华,王志远. 中国电机工程学报. 2016(17)
[5]直流GIL中线形金属微粒对柱式绝缘子表面电荷积聚的影响[J]. 王健,李伯涛,李庆民,刘思华,马国明. 电工技术学报. 2016(15)
[6]SF6中绝缘子表面电荷积聚及其对直流GIL闪络特性的影响[J]. 张博雅,王强,张贵新,李金忠. 高电压技术. 2015(05)
[7]冲击电压下残余电荷对沿面放电发展的影响[J]. 邓军波,松岗成居,熊田亚纪子,日高邦彦,蒲路,张冠军. 高电压技术. 2012(08)
[8]±800kV直流线路杆塔塔头空气间隙的直流叠加操作冲击放电特性[J]. 廖蔚明,崔国华,孙昭英,李成榕. 电网技术. 2008(09)
[9]表面电荷积聚对绝缘子沿面闪络影响的研究[J]. 汪沨,邱毓昌,张乔根,王琦. 中国电力. 2002(09)
[10]气-固交界面绝缘子表面电荷的观测与分析[J]. 汪沨,邱毓昌,张乔根,王琦,刘林平. 绝缘材料. 2002(04)
博士论文
[1]直流GIL金属微粒的荷电运动机制与治理方法研究[D]. 王健.华北电力大学(北京) 2017
[2]直流电压下聚四氟乙烯表面电荷的聚散及其对闪络特性的影响[D]. 王邸博.重庆大学 2015
硕士论文
[1]直流GIL中金属微粒对绝缘子表面电荷积聚的作用机制研究[D]. 李伯涛.华北电力大学(北京) 2016
本文编号：3101780
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