交直流复合电压下气固复合绝缘的击穿特性.pdf

在新型电力系统发展阶段下交直流混联电网系统的格局正在形成交直流叠加作用下电气设备的绝缘性能迎来新的挑战 在气体绝缘间隙中引入聚合物隔板能够提高气体的绝缘性能有利于电气设备的小型化 本文基于并联回路搭建了气固复合绝缘间隙下交直流复合电压击穿试验平台通过改变直流电压分量、电极半径和隔板位置研究了复合击穿电压幅值和电压分量特性 在本文试验条件范围内当直流电压分量在 至 时直流电压分量对复合击穿电压的影响不显著 随着隔板与高压电极距离的减小和电极半径的增大复合击穿电压都增大 交流电压分量与直流电压分量为负线性相关 棒 板结构下隔板的作用效果最好复合击穿电压最大提升 倍关键词:复合电压击穿电压空气绝缘屏障效应高压试验中图分类号:文献标识码:():.:引言在以“双碳”为目标的新型电力系统发展阶段下为实现科技发展、经济增长和环境友好的“三赢”现代社会对能源的部署和应用环境提出了新的要求 直流输电技术的发展使电网在有限的输电走廊下可能呈现交直流混合输电网模式交直流系统的相互影响进一步增强给电力设备的绝缘电气开关(.)性能带来新的挑战 在交直流电压作用下电气设备的绝缘结构需要考虑交直流叠加的影响 单一电压类型下空气绝缘间隙的放电特性研究已经日趋完备近年来试验的方向主要集中在各种环境条件 国内外学者针对交直流复合电压作用下油纸复合绝缘结构的放电特性进行了大量研究主要有关局部放电、击穿特性和沿面放电等方面 交直流复合电压下空气绝缘间隙的研究主要针对电晕放电研究发现随着气压降低和湿度增大电晕起始电压降低 李伟等人基于尖 板电极结构研究正、负两种极性的直流电压与交流电压复合时击穿特性的改变尖电极半径范围为 目前还没有关于较大电极半径下复合击穿电压的研究这表明交直流复合下高压设备外绝缘设计研究工作还有待开展 提升绝缘间隙耐压性能的方法主要分为两种改变间隙电场分布和减小气体介质电离过程在单一电压类型下气体绝缘间隙的研究中引入聚合物隔板搭建气固复合绝缘系统(屏障效应)能够低成 本 高 效 率 的 提 升 气 体 间 隙 耐 压 特 性 等人 基于典型棒 板结构研究了交流电压、直流电压和冲击电压下屏障效应的作用效果试验表明击穿电压都有较大程度的提高并且正极性电压改善作用大于负极性 但现有研究尚未考虑交直流复合电压下气固复合系统的绝缘性能 为探究交直流复合电压下气固复合绝缘间隙的放电规律本文搭建了交直流并联复合电压下气固复合绝缘间隙击穿试验平台 通过改变直流电压分量、电极半径和隔板位置研究复合击穿电压幅值和电压分量特性揭示聚合物隔板在交直流复合电压下对空气绝缘间隙的作用规律 试验平台 试验装置 交直流复合气固复合绝缘间隙击穿试验系统如图 所示 交、直流电压源并联获得复合电压 交流电压源型号为 /频率为 为 交流侧保护电阻为 直流侧保护电阻隔直电容为/都用支柱绝缘子 固 定 直 流 电 压 源 为 正 极 性 型 号 为 阻容式分压器与高压电极并联经过 采集卡测量复合电压值试验系统低压端可靠接地 大气条件由温湿度气压计记录型号为 图 交直流复合电压复合间隙击穿试验平台示意图 高压电极采用球电极、棒电极和针电极半径 分别为 、和 接地极为平板电极电极材料都为不锈钢 固定高压电极与板电极之间的 距 离 为 隔 板 材 料 为 聚 氯 乙 烯()选取尺寸为 电极尖端距离隔板的高度为 最大调整距离为 在试验前利用无水乙醇清洁电极 每组试验击穿 次每次击穿后等待 后再进行下一次击穿试验 试验期间气温为 气压为 相对湿度为 试验结果取 组复合击穿电压的算术平均值根据 标准将试验结果修正到标况进行分析 升压方式 采用定直升交的升压方式将正极性直流电压分量 升压至预设幅值并保持稳定然后升高交流电压分量 得到复合电压 因此直流电压与交流电压叠加可能得到两种电压波形 当直流电压值小于交流电压峰值时得到双极性电压波形当直流电压值大于交流电压峰值时得到单极性电压波形 本文选择交直流复合电压波形为单极性时进行复合击穿试验得到正极性电压波形如图 所示图 单极性电压波形示意图 本文的复合击穿试验采用持续作用的稳定电压电压变化速度很小所以提取击穿前一个周期的复合电压波形进行分析 根据采集卡测量到的电压波形可有以下定义:电气开关(.)()()式中:为测量得到的复合电压最大值为测量得到的复合电压最小值为测量得到的复合击穿电压为复合击穿电压中直流电压分量为复合击穿电压中交流电压分量文中电压均为峰值单位均为 试验结果及分析 交直流复合击穿电压 通过改变电极半径、隔板位置和直流电压分量得到气固复合绝缘间隙的复合击穿电压 结果如图 所示 当 为 时随着 增大 由 减小至 其中当 由 增大到 时 减小的幅值最大为 当 由 增大到 时 减小的幅值最小为 当 为 时随着 增大 由 减小至 其中当 由 增大到 时 减小的幅值最大为 当 由 增大到 时 减小的幅值最小为 当 为 时随着 增大 由 减小至 其中当 由 增大到 时 减小的幅值最大为 当 由 增大到 时 减小的幅值最小为 仅当 为 且 为、为 且 为 和 为 且 为 时变化幅值较大分别为 、和 其它电极结构下 变化的幅值平均约为 因此在三种不同电极结构的大部分情况下不同直流电压分量对复合击穿电压的影响不大当 较小时复合击穿电压的波动性较大 由于改变直流电压分量对 的影响不显著为更加直观分析电极半径对复合击穿电压的影响取不同直流电压分量 的算术平均值如图 所示三种电极结构下 都随着 的增大而减小高压电极与隔板距离固定时 随着 的增大而增大 当 为 时球电极与棒电极 的差值较小约为 当 为 和 时球电极与棒电极的差值较大约为 棒电极和针电极 的差值都随着 的增大而增大当 为 时棒电极与针电极 的差值较小约为 当 为 时 棒 电 极 与 针 电 极 的 差 值 较 大 约 为 图 不同直流电压分量下复合击穿电压 交流电压分量 交流电压分量 随着直流电压分量 变化的关系如图 所示图中虚线为 的线性函数 由图可知当 为.、且 为 时在直流电压分量为 至 范围内基本满足以下两个特点:复合击穿电压中 随着 的增大而线性减小在同一预加直流电压分量下随着 的减小而增大电气开关(.)图 不同电极结构下复合击穿电压图 交直流电压分量的关系 因此在已知、和 时可以在一定误差范围内通过线性计算预估此时的交流电压分量为高压交流试验设备电压等级选择提供参考 空气绝缘耐压性能的改善 令无隔板时交直流复合电压下空气绝缘间隙的击穿电压为标幺值分析隔板对复合击穿电压的影响如图 所示 隔板的引入改善了空气绝缘间隙的耐压特性不同电极系统下复合击穿电压都有不同程度的提升 越小复合击穿电压提升得越大当 为 时 为 复合击穿电压可以提升约 倍 为 复合击穿电压可以提升约 倍 当 为 时 为 复合击穿电压可以提升约 倍 为 复合击穿电压可以提升约 倍 当 为 时 为 复合击穿电压可以提升约 倍 为 复合击穿电压可以提升约 倍 此外在针电极和棒电极结构下当 为 和 为 时复合击穿电压的提升程度相近这表示当 和 较小时隔板对复合击穿电压的提升效果可能会存在饱和图 两种绝缘间隙的复合击穿电压 结论 当直流电压分量为 至 的大部分情况下复合击穿电压不受直流电压分量变化的影响随着 减小、增大复合击穿电压都增大 三种不同电极结构下交流电压分量与直流电压分量都为负线性相关 当已知电极结构与直流电压分量时可以在一定误差范围内计算交流电压分量用于高压交流试验设备电压等级的选择 当 板边长为、电极间距 为 时合理引入隔板可以有效的提升复合击穿电压 棒 板结构下作用效果最好当 为 时复合击穿电压最大提升 倍电气开关(.)参考文献 马喜平贾嵘梁琛等.高比例新能源接入下电力系统降损研究综述/.电网技术:.:/./.张忠华胡杰邵羽函.“双碳”目标下东北区域新能源高质量发展的相关思考.中外能源():.吕鹏飞.交直流混联电网下直流输电系统运行面临的挑战及对策.电网技术():.饶宏吴为周保荣等.云南电网与南网主网交直流系统相互影响及异步联网方案研究.中国电机工程学报():.():.郑跃胜任建华舒胜文等.空气湿度对非均匀交流电场下短间隙击穿特性的影响.高电压技术():.():.():.李熙宁汲胜昌崔彦捷等.交直流复合电压中直流分量对油纸绝缘针板缺陷局部放电特性的影响.高电压技术():.齐波魏振李成榕等.交直流复合电场中油纸绝缘沿面放电现象及特征.电工技术学报():.齐波魏振李成榕等.交直流叠加电压作用下油纸绝缘内部气隙放电发展过程.中国电机工程学报():.齐磊符瑜科李小萌等.气压和湿度对复合电压下换流阀高压电极起晕电压影响试验.高电压技术():.李伟.交直流复合电压下空气间隙击穿特性实验研究.北京:华北电力大学.张血琴唐昕宇郭裕钧等.高速气流对针板沿面直流放电特性的影响.中国电机工程学报():.():.:.():.:.收稿日期:作者简介:刘源敏()女硕士研究生主要从事高电压试验技术方面的研究工作李珊()女硕士研究生主要从事海底电缆载流量计算方面的研究工作郑跃胜()男博士教授博导主要从事高电压试验技术、气固复合绝缘技术方面的研究工作(上接第 页)结论 本文提出了基于三次样条插值曲线拟合的风电场功率评估方法采用样条法来构造曲线 样条法是用一平滑曲线来对各主干点进行拟合的方法 它是通过构造多项式(一个或一组不同阶多项式)来形成一条把所有主干点连接起来的平滑曲线 一般常常选择三次曲线(根据三次插值样条函数所得的曲线)进行拟合 从以上理论分析可知 三次活动曲线具有优良的数学特征而且用三次曲线去拟合时其结果要比线性插值估计更接近于工程实际情况参考文献 孙俊逸朱永松 计算方法.机械工业出版社.吴梅君付金鑫.基于三次样条插值的船舶外板型线设计.高师理科学刊():.喜超武美萍.三次样条插值在风机叶片外形设计中应用及应力分析.江南大学学报():.陈汉萍刘永平许贵桥.基于基样条插值的 算法.北京师范大学学报():.滕寰宇叶仁传田阿利等.基于平均条件超越率和插值法的风速极值预测.海岸工程():.马晓慧丁同光宋刚等.新版“两个细则”下风电场预测功率及理论功率的分析与优化.风能():.陈中慧王海云王维庆等.基于数据挖掘与小波去噪的短期风电功率预测.计算机仿真():.黎静华左俊军汪赛.大规模风电并网电力系统运行风险评估与分析.电网技术():.收稿日期:作者简介:邱军()女华中科技大学电力系统自动化专业硕士从事电力产品检验、认证工作孙力勇()男博士上海交通大学电力系统自动化专业樊庆东()男本科国家开放大学机械设计制造及其自动化专业电气开关(.)