正極性長(zhǎng)空氣間隙放電過(guò)程物理模型研究.pdf

1、空氣間隙的絕緣特性是特高壓輸變電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。目前我國(guó)特高壓輸電系統(tǒng)外絕緣設(shè)計(jì)中，通過(guò)試驗(yàn)方法獲得長(zhǎng)空氣間隙的絕緣特性，而試驗(yàn)受諸多因素影響，成本高且分散性大，無(wú)法為進(jìn)一步優(yōu)化超、特高壓輸變電系統(tǒng)的外絕緣設(shè)計(jì)提供參考；同時(shí)，針對(duì)特定對(duì)象的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅適用于改試品，難以推廣到其他試品，缺乏理論模型和分析方法的支撐。本文以正極性長(zhǎng)空氣間隙放電過(guò)程為研究對(duì)象，針對(duì)長(zhǎng)間隙放電物理模型的建立開(kāi)展了深入細(xì)致的研究。
　　利用正極性長(zhǎng)

2、間隙綜合同步觀測(cè)平臺(tái)，研究了雷電沖擊電壓作用下流注的起始和發(fā)展特性，獲得了流注起始時(shí)延與電極曲率半徑和電壓上升率的關(guān)系，驗(yàn)證了現(xiàn)有模型關(guān)于流注電場(chǎng)對(duì)稱分布的假設(shè)?；谂R界體積理論，推導(dǎo)了有效自由電子產(chǎn)生頻率的數(shù)學(xué)表達(dá)式，通過(guò)考慮電極曲率半徑和電壓上升率對(duì)初始自由電子出現(xiàn)概率的影響，建立了計(jì)及流注起始分散性的流注起始模型，并從理論上給出了流注起始時(shí)延滿足Rayleigh分布?；诹髯⒎€(wěn)定發(fā)展臨界電場(chǎng)的概念，提出了確定流注區(qū)域形狀的方法，并

3、采用模擬電荷法建立了能考慮流注區(qū)域的實(shí)際形狀和已有空間電荷對(duì)放電發(fā)展過(guò)程影響的流注空間電荷計(jì)算模型。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果和其他模型進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了模型的合理性。
　　借助觀測(cè)平臺(tái)，統(tǒng)計(jì)分析了操作沖擊電壓作用下先導(dǎo)起始的臨界電荷、暗區(qū)時(shí)間和起始電壓，獲得了流注向先導(dǎo)轉(zhuǎn)化所需的臨界電荷，以及暗區(qū)時(shí)間和電壓增量隨初始電暈空間電荷量變化的規(guī)律。基于流注根部先導(dǎo)轉(zhuǎn)化熱電離理論，考慮二次電暈起始過(guò)程和初始電暈電荷對(duì)轉(zhuǎn)化區(qū)附近電場(chǎng)的屏蔽作用，采用模擬

4、電荷法建立了更為完善的正極性先導(dǎo)起始模型，并用實(shí)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了模型的正確性。
　　借助觀測(cè)平臺(tái)，開(kāi)展了具有低電壓上升率操作沖擊電壓作用下正極性先導(dǎo)不連續(xù)發(fā)展的試驗(yàn)研究，獲得了兩種類型的Restrike。同時(shí)獲得了正極性先導(dǎo)不連續(xù)發(fā)展階段的先導(dǎo)通道單位長(zhǎng)度電荷量。提出了Restrike由三個(gè)物理過(guò)程組成的機(jī)理。引入先導(dǎo)通道去游離時(shí)間常數(shù)描述通道電場(chǎng)的演化，基于本文提出的Restrike過(guò)程的機(jī)理及數(shù)學(xué)描述，采用模擬電荷法建立了能考慮R

5、estrike過(guò)程的先導(dǎo)發(fā)展模型，并通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模型的合理性。
　　基于前面的研究成果采用模擬電荷法(Charge Simulation Method，CSM)建立了描述電暈起始、先導(dǎo)起始、流注-先導(dǎo)發(fā)展和最后躍變?nèi)^(guò)程的正極性長(zhǎng)間隙放電物理仿真模型，以及在全模型的基礎(chǔ)上，通對(duì)流注空間電荷計(jì)算進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，建立了考慮先導(dǎo)路徑隨機(jī)性的簡(jiǎn)化仿真模型，通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了模型的合理性和正確性。利用本文建立的模型研究了典型