絕緣子工頻疊加沖擊電壓下的放電特性

徐肖偉,李小建,孫偉忠,申元

(云南電網公司電力研究院,昆明 650217)

絕緣子工頻疊加沖擊電壓下的放電特性

徐肖偉,李小建,孫偉忠,申元

(云南電網公司電力研究院,昆明 650217)

提出了絕緣子工頻電壓下疊加沖擊電壓的合成試驗方法。通過對被試絕緣子在工頻不同相位點施加沖擊電壓,得出在工頻疊加沖擊電壓的合成試驗條件下,當沖擊電壓幅值大于工頻電壓峰值時,電壓疊加時絕緣子對地的電壓值只跟沖擊電壓的幅值有關,與工頻電壓幅值無關的結論。

絕緣子；工頻；沖擊；合成疊加試驗

1 前言

絕緣子閃絡是輸電線路跳閘的主要原因,排除污閃的因素之外,跳閘的主要導致因素就是雷擊線路導致的絕緣子閃絡放電。閃絡放電時,其作用在線路絕緣子上的電壓類型為工頻電壓疊加雷電沖擊電壓。

2 試驗原理及試驗方法

試驗電氣原理如圖1所示：絕緣子的一端接地,另一端持續施加工頻電壓,沖擊發生器使用相位跟蹤裝置來控制沖擊電壓的施加時間,可以在工頻的零值、正峰值、負峰值等不同的相角時刻施加沖擊。

試驗方法為：首先固定工頻電壓的幅值,試驗采用單片絕緣子工頻電壓有效值調整為20 kV,然后再調整沖擊電壓的觸發相位,分別在工頻的0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°觸發。標準雷電波的電壓波形為1.2/50 μs,其幅值為200 kV,如圖2所示：

圖1 試驗原理圖

圖2 標準沖擊電壓波形

3 試驗結果及分析

分壓器采用沖擊電壓分壓器,此分壓器可同時測量工頻和沖擊電壓,工頻疊加沖擊的試驗波形如圖3所示：波形1為工頻疊加的沖擊波形圖,波形2是相位跟蹤裝置的內部電源參考電壓,在本文試驗分析中不予考慮。

圖3 工頻疊加沖擊導致閃絡的波形圖 (負峰值)

調整沖擊電壓的峰值,在不施加工頻時,加壓端對地的電壓Up-0的幅值為200 kV,在疊加了20 kV的工頻電壓時,在工頻90°(正峰值)和270°(負峰值)施加,其Up-0的幅值仍然為200 kV,由此可以推斷：在雷電沖擊峰值高于工頻電壓的峰值時,絕緣子單端對地 (工頻疊加沖擊)的電壓值為沖擊電壓峰值。試驗結果如下表所示：

表1 不同相位觸發時加壓端對地電壓

沖擊電壓對工頻電壓的影響：在沖擊電壓遠遠高于工頻電壓的情況下,如果絕緣子沿面不閃絡,其工頻電壓的波形會出現疊加的脈沖,而沒有跌落為0,當沖擊電壓導致絕緣子閃絡時,工頻電壓持續一定時間的跌落見圖3。

圖4 270°時觸發的電壓波形 (工頻、沖擊)

圖5 315°時觸發的電壓波形 (工頻、沖擊)

工頻電壓對沖擊電壓的影響：以20 kV工頻疊加200 kV的沖擊為例：以0°、90°(正峰值觸發)、270°(負峰值觸發)比較有代表性的工況為例：在0度時施加沖擊,工頻電壓為0,沖擊電壓的波形不受工頻電壓的影響,其上升從零值基線開始,峰值為200 kV；當在90°觸發時,沖擊電壓的對零基線峰值仍然不變 (200 kV),但是電壓開始上升的基線為28 kV(工頻峰值)；當在270°觸發時,沖擊電壓的對零基線峰值仍然不變 (200 kV),但電壓開始上升的基線為-28 kV (工頻負峰值),如圖6～圖8所示。

圖6 0°時觸發的沖擊電壓波形

圖7 90°時觸發的沖擊電壓波形

圖8 270°時觸發的沖擊電壓波形

從試驗中得出結論：絕緣子在承受工頻疊加沖擊電壓時,其加壓端對地的電壓值由沖擊和工頻值電壓較大的決定。由此也可以將此概念推廣到線路絕緣子,當線路絕緣子遭受雷擊時,其雷擊跳閘的概率跟雷擊的時間無關,也就是說在正峰值或負峰值發生雷擊無關,其主要還是取決于雷電沖擊的幅值及極性。

4 結束語

文中通過試驗驗證了線路中帶電運行的絕緣子在遭受雷擊時所承受的電壓幅值跟雷電沖擊電壓值的關系,當雷電沖擊電壓低于工頻電壓峰值時,兩中電壓的疊加值不會高于工頻電壓的峰值,此種雷擊對線路絕緣不會有威脅；當雷擊電壓高于工頻電壓時,線路絕緣子承受的最高電壓為雷電電壓,雷電壓的峰值和極性決定了外絕緣的耐受特性,跟雷擊瞬態時工頻電壓的相位 (正負值)無關。

對超高壓、特高壓的電壓等級,由于電暈特性比較明顯,不可忽略的是工頻預電壓對外絕緣閃絡的影響,因此,在超高壓、特高壓的電壓等級下,工頻疊加雷電沖擊的外絕緣閃絡特性不僅由沖擊幅值決定,同時也會受到工頻相位的影響,工頻預電壓的作用會降低外絕緣閃絡的沖擊幅值。

[1]GB/T16927.1-2011.高電壓試驗技術 第一部分：一般試驗要求 [S].

[2]GB/T16927.2-2011.高電壓試驗技術 第二部分：測量系統[S].

[3]李小建.不同500 kV線路懸式絕緣子電氣特性對比試驗[J].高電壓技術,2004,12.

[4]王黎明,劉虹,關志成,等.直流預電壓作用下絕緣子沖擊擊穿特性 [J].高電壓技術,2000,10.

[5]黃文武,文習山,胡廣生,等.人工污穢絕緣子工頻下疊加雷電沖擊的閃絡特性研究 [J].高壓電器,2005,1.

[6]彭波,周衛華,湯美云.污穢絕緣子閃絡特性試驗研究 [J] .湖南電力,2012,5.

Research on Discharge Characteristic of Insulator with AC Power Superposed Impulse Voltage

XU Xiaowei,LI Xiaojian,SUN Weizhong,SHEN Yuan

(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217)

This paper proposed insulator’s test method of AC power superposed impulse voltage,applied the impulse voltage at different phase of AC power.Under the condition of above,when the amplitude of impulse voltage greater than AC amplitude,voltage amplitude that insulator afford is relevant with impulse voltage amplitude,and nothing to do with AC power amplitude.

Insulator；AC power；impulse voltage；superposed

TM85

B

1006-7345(2014)02-0022-03

2013-12-15

徐肖偉 (1983),男,碩士,云南電網公司電力研究院,主要從事高電壓試驗技術研究工作 (e-mail)40858480@qq.com。