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自从复合绝缘子诞生以来,就因其重量轻、机械强度高、耐污闪性能好、运行维护方便等优点在电力系统中得到了广泛应用。随着复合绝缘子长期挂网运行以及环境的逐步恶化,近年来国内外关于复合绝缘子发生外绝缘污秽闪络的事件日益增多。同时,我国即将建设的直流±800 kV、交流1000 kV的特高压输电线路有部分要经过高海拔地区,且将大量采用复合绝缘子。因此,开展高海拔、低气压条件不同伞形结构的复合绝缘子交流污闪特性及污闪机理、模型的研究具有重要的学术意义和工程应用价值。
本文在大型多功能人工气候室研究了低气压下不同伞形结构复合绝缘子交流污闪特性,分析了伞形结构对污闪特性的影响。同时,从理论上分析了污闪过程中电弧的发展路径及实时受力,并将理论结果与试验过程中采用高速摄像机记录的放电过程进行了对比。在电弧发展路径的基础上,提出了基于电弧发展路径的污闪放电模型。
不同伞形结构复合绝缘子污闪特性研究表明:污闪电压的气压特征指数n随着盐/灰密的增大减小。在伞形结构相同时,气压特征指数n、爬电距离有效利用率k的气压特征指数m,电弧中间隙电弧的比例k1气压特征指数m1均随着大伞边缘到相邻大伞的最短距离C、相邻伞裙之间的平均距离h1、大伞间距与大伞伸出之比S/P增大而减小；随伞裙边缘两点之间爬电距离与直接空气间隙距离之比中的最大值l/D、爬距与干弧距离之比L/h(或者称为CF系数)增大而增大。大小伞形的复合绝缘子在污秽、低气压下污闪梯度EL较高；在污秽地区,当海拔高度不高于2500 m时(或气压不低于74.5 kPa时),CF系数为3.55的大小伞形复合绝缘子的污闪梯度EL最高,耐污性能最好；当海拔高于2500 m时,CF系数为3.27的大小伞形复合绝缘子的污闪梯度EL最高,耐污性能最好；伞形结构不变时,较优的CF系数大小有随海拔高度升高、或气压降低减小的趋势。
污闪过程电弧路径理论分析表明:电弧在发展过程中除了受到一个沿发展方向的静电力,还存在一个垂直发展方向,指向绝缘子的静电力；电弧发展过程中存在桥络伞裙现象,电弧在发展过程中是否会飘离绝缘子表面与临界伞裙倾角θc及复合绝缘子伞裙倾角θ有关；基于临界伞裙倾角θc计算得到的电弧路径与高速摄像机记录的电弧路径基本吻合；电弧路径存在一个极限最短状态,污秽越严重、气压越低,越容易达到这个极限状态。
污闪过程电弧实时受力分析表明:染污较轻时,起始阶段驱动电弧的主要是沿发展方向的静电力,热浮力在这个阶段起次要作用,这时电弧速率较小；染污较重时,由于桥络现象严重,电弧起始阶段驱动其向前发展的主要是热浮力,这时电弧速率也较小；电弧发展的后期阶段,不管染污程度如何,驱动电弧向前发展、完成闪络的主要作用力是热浮力,这个阶段电弧速率较大。不同污秽度下,电弧的驱动力有较大差异,可从电弧发展速率上得到验证。
基于多电弧串联的有憎水性污闪模型的计算结果表明,污闪电压与表征憎水性等级的常数β呈负幂指数关系,指数与盐密影响特征指数相同,表明模型可以用来计算不同憎水性的复合绝缘子。有憎水性污闪模型的计算结果与有憎水性复合绝缘子试验结果吻合较好,误差为4.3％,验证了模型的有效性；表明模型可用来预测污秽、气压、不同憎水性等级等因素影响下的闪络电压。基于电弧路径的动态污闪模型研究表明:模型污闪电压的计算结果与试验结果的平均误差较小,为2.0％,表明模型预测结果与试验结果吻合较好。模型不仅可以预测污闪电压,还可以给出污闪的电弧路径及实时受力,对污闪机理给出合理的解释。