污穢絕緣沿面直流放電流注特性及電弧發(fā)展的能量平衡模型研究.pdf

1、污穢絕緣沿面放電涉及光、熱和電等多學(xué)科領(lǐng)域，長期以來受到試驗研究手段的制約，因此對于污穢沿面放電過程中局部電弧形成和發(fā)展的微觀機(jī)制研究進(jìn)展較為緩慢。與此同時，隨著我國大容量、遠(yuǎn)距離特高壓交直流輸變電技術(shù)的大力發(fā)展，對電網(wǎng)安全性的要求更高，進(jìn)一步從微觀角度深入研究污穢絕緣沿面放電過程，對揭示復(fù)雜界面的放電機(jī)理和預(yù)防事故的發(fā)生都具有十分重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價值。
　　然而對于污穢沿面放電的機(jī)理還存在較大爭議，至今仍沒有一個完善的理

2、論體系可以合理解釋試驗中觀察到的所有現(xiàn)象。由于沿面流注放電不容易被直觀察覺，電弧頭部流注的發(fā)展特性對局部電弧產(chǎn)生的影響并未引起足夠的重視。同時，電弧是高致密等離子體，通過熱傳導(dǎo)和輻射電磁波向周圍環(huán)境散發(fā)能量，電弧在發(fā)展過程中能量損失對于電弧發(fā)展的影響不可忽略。針對上述問題，結(jié)合不同的污穢絕緣沿面放電機(jī)理的觀點，本文重點對局部電弧的形成和發(fā)展微觀機(jī)制展開研究，為輸電線路絕緣配合設(shè)計和制定防污閃措施提供理論支持。
　　對局部電弧頭部流

3、注發(fā)展過程中的半徑、速度和長度與流注電流和電弧頭部熱電離區(qū)溫度的關(guān)系進(jìn)行了研究。從等離子體物理學(xué)角度，分析了流注等離子體受到自身體積力的約束作用以及在穩(wěn)定態(tài)上的受力平衡，并提出流注半徑隨流注中電流和壓強變化的數(shù)學(xué)模型。將得到的流注半徑帶入流注速度表達(dá)式，得到污穢沿面流注的速度。根據(jù)氣體放電理論，并考慮流注中的帶電粒子主要是由電弧頭部熱電離產(chǎn)生并均勻分布在流注內(nèi)，建立流注長度隨流注電流和電弧頭部熱電離區(qū)溫度變化的數(shù)學(xué)模型。
　　基于

4、鏡像法和電子碰撞電離理論，分析了電弧向前發(fā)展所需的最小電場強度與污穢度的關(guān)系。同時考慮到周圍氣流的作用，并對電弧進(jìn)行受力分析，提出一個電弧速度是電弧頭部電場函數(shù)的數(shù)學(xué)計算模型。通過對沿水平放置的玻璃板上面發(fā)展的電弧頭部切向電場進(jìn)行仿真計算，得到電弧速度隨電弧發(fā)展長度的關(guān)系。根據(jù)本文提出的電弧速度數(shù)學(xué)表達(dá)式，只需知道污穢度和絕緣板的長度，就能夠預(yù)測出沿染污玻璃板表面任意位置處的電弧速度。
　　基于電弧能量模型，提出了將電弧等效成為一

5、個可以產(chǎn)生輻射的流體電阻的方法，揭示熱輻射作用對電弧沿面發(fā)展的影響規(guī)律，從而建立了考慮輻射的電弧能量平衡模型。通過人工污穢試驗對該模型進(jìn)行驗證，該模型與早期的模型相比能更準(zhǔn)確的表征電弧的發(fā)展規(guī)律及其物理意義。與此同時，從能量平衡角度入手，提出了電弧輻射常數(shù)是輻射函數(shù)、灰體因數(shù)和溫度四次方乘積的概念，并闡述了試驗常數(shù)的選取依據(jù)。此外，基于氣體分子動力學(xué)，建立了表征高海拔對電弧熱傳導(dǎo)和輻射影響的數(shù)學(xué)表達(dá)式，提出了高海拔下污穢平板閃絡(luò)電壓的修