高電壓氣體中沿固體絕緣表面的放電

1、高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)第四章第四章 氣體中沿固氣體中沿固體絕緣表面的放電體絕緣表面的放電任課教師：趙任課教師：趙 彤彤山東大學(xué)電氣工程學(xué)院山東大學(xué)電氣工程學(xué)院電力系統(tǒng)中絕緣子、套管等固體絕緣在機械上電力系統(tǒng)中絕緣子、套管等固體絕緣在機械上起固定作用，又在電氣上起絕緣作用。其絕緣狀況起固定作用，又在電氣上起絕緣作用。其絕緣狀況關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的可靠運行。關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的可靠運行。高電壓工程基礎(chǔ) 沿面放電：沿面放電：沿著氣體與固體沿著氣體與固體(液體液體)介質(zhì)表面發(fā)展的介質(zhì)表面發(fā)展的氣體放電現(xiàn)象。氣體放電現(xiàn)象。 沿面閃絡(luò)：沿面閃絡(luò)：當(dāng)沿面放電發(fā)展到對面電極時。當(dāng)沿面放電發(fā)展到對面電極時

2、。絕緣子的分類（結(jié)構(gòu)）：絕緣子的分類（結(jié)構(gòu)）：高電壓工程基礎(chǔ) 絕緣子：絕緣子：將處于不同電位的導(dǎo)體或?qū)w與接地構(gòu)將處于不同電位的導(dǎo)體或?qū)w與接地構(gòu)件之間在件之間在機械上固定機械上固定，在，在電氣上隔絕電氣上隔絕的一種高壓的一種高壓絕緣部件。絕緣部件。兩大作用兩大作用:電氣絕緣，機械支撐。電氣絕緣，機械支撐。(狹義狹義)絕緣子：絕緣子：用作帶電體與接地體間的絕緣和固定連接。用作帶電體與接地體間的絕緣和固定連接。用于架空線路的稱為線路絕緣子，如懸式絕緣子用于架空線路的稱為線路絕緣子，如懸式絕緣子(盤形和盤形和棒形棒形)。電站用于支持母線或隔離刀閘的稱為支柱絕緣子。電站用于支持母線或隔離刀閘的稱為支

3、柱絕緣子。套筒：套筒：用作電器內(nèi)絕緣的容器，使電氣設(shè)備內(nèi)部的帶電端用作電器內(nèi)絕緣的容器，使電氣設(shè)備內(nèi)部的帶電端子與外部系統(tǒng)相連。大多用電工陶瓷制成，如互感器瓷套，子與外部系統(tǒng)相連。大多用電工陶瓷制成，如互感器瓷套，避雷器瓷套，斷路器瓷套等。避雷器瓷套，斷路器瓷套等。套管：套管：用作導(dǎo)電體穿過接地隔板，電器外殼和墻壁的絕緣用作導(dǎo)電體穿過接地隔板，電器外殼和墻壁的絕緣件，使室內(nèi)的帶電端子和室外系統(tǒng)相連。如穿越墻壁的穿件，使室內(nèi)的帶電端子和室外系統(tǒng)相連。如穿越墻壁的穿墻套管，變壓器、電容器的出線套管等。墻套管，變壓器、電容器的出線套管等。高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ) 絕緣子從材料上分類：絕緣子從材料

4、上分類：電瓷絕緣子、鋼化玻璃絕電瓷絕緣子、鋼化玻璃絕緣子、有機合成絕緣子。緣子、有機合成絕緣子。 沿介質(zhì)表面發(fā)生閃絡(luò)沿介質(zhì)表面發(fā)生閃絡(luò)由于大多數(shù)絕緣子以電瓷、玻璃等硅酸鹽材料由于大多數(shù)絕緣子以電瓷、玻璃等硅酸鹽材料組成，所以沿著它們的表面發(fā)生放電或閃絡(luò)時，組成，所以沿著它們的表面發(fā)生放電或閃絡(luò)時，一般不會導(dǎo)致絕緣子的永久性損壞。電力系統(tǒng)一般不會導(dǎo)致絕緣子的永久性損壞。電力系統(tǒng)的外絕緣，一般均為的外絕緣，一般均為自恢復(fù)絕緣自恢復(fù)絕緣。絕緣功能的喪失可以分為以下兩種情況：絕緣功能的喪失可以分為以下兩種情況：高電壓工程基礎(chǔ) 固體介質(zhì)擊穿固體介質(zhì)擊穿固體介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的破壞性放電，通常會造成固體介質(zhì)內(nèi)部

5、發(fā)生的破壞性放電，通常會造成介質(zhì)絕緣性能的永久性損傷（不可逆轉(zhuǎn)）。介質(zhì)絕緣性能的永久性損傷（不可逆轉(zhuǎn)）。沿面閃絡(luò)電壓比氣體或固體介質(zhì)單獨存沿面閃絡(luò)電壓比氣體或固體介質(zhì)單獨存在時的擊穿電壓都低，可見絕緣的實際水平在時的擊穿電壓都低，可見絕緣的實際水平取決于它的沿面閃絡(luò)電壓。它與設(shè)備表面的取決于它的沿面閃絡(luò)電壓。它與設(shè)備表面的干燥、潮濕、清潔、污染有較大關(guān)系。干燥、潮濕、清潔、污染有較大關(guān)系。高電壓工程基礎(chǔ)一、界面電場分布的典型情況一、界面電場分布的典型情況二、均勻電場中的沿面放電二、均勻電場中的沿面放電三、極不均勻電場中的沿面放電三、極不均勻電場中的沿面放電四、受潮表面的沿面放電四、受潮表面的沿

6、面放電五、臟污絕緣表面的沿面放電五、臟污絕緣表面的沿面放電六、提高沿面閃絡(luò)電壓的方法六、提高沿面閃絡(luò)電壓的方法高電壓工程基礎(chǔ)第四章第四章 氣體中沿固體絕緣表面的放電氣體中沿固體絕緣表面的放電高電壓工程基礎(chǔ)4.1 界面電場分布的典型情況界面電場分布的典型情況固體介質(zhì)處于均勻固體介質(zhì)處于均勻電場中，且界面與電場中，且界面與電力線平行。電力線平行。固體介質(zhì)處于極不固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且電均勻電場中，且電力線垂直于界面的力線垂直于界面的分量比平行于界面分量比平行于界面的分量要大得多，的分量要大得多，如套管。如套管。固體介質(zhì)處于極固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，不均勻電場中，電場強度平行于電場強度平

7、行于界面的分量要比界面的分量要比垂直分量大，如垂直分量大，如支柱絕緣子。支柱絕緣子。高電壓工程基礎(chǔ)4.2 均勻電場中的沿面放電均勻電場中的沿面放電均勻電場中，固體介質(zhì)的引入并不影響電極間均勻電場中，固體介質(zhì)的引入并不影響電極間的電場分布，但放電總是發(fā)生在界面，且閃絡(luò)電壓的電場分布，但放電總是發(fā)生在界面，且閃絡(luò)電壓比空氣間隙的擊穿電壓要低得多。比空氣間隙的擊穿電壓要低得多。不同介質(zhì)的沿面閃絡(luò)電壓不同介質(zhì)的沿面閃絡(luò)電壓空氣間隙石蠟瓷與電極接觸不緊密的瓷特點：特點：（1）沿面閃絡(luò)電壓與固體絕）沿面閃絡(luò)電壓與固體絕緣材料特性有關(guān)；緣材料特性有關(guān)；（2）固體介質(zhì)表面吸附水分）固體介質(zhì)表面吸附水分形成水膜

8、，電極表面集聚了形成水膜，電極表面集聚了電荷，降低了閃絡(luò)電壓；電荷，降低了閃絡(luò)電壓；（3）介質(zhì)表面粗糙，也會使）介質(zhì)表面粗糙，也會使電場分布畸變，從而使閃絡(luò)電場分布畸變，從而使閃絡(luò)電壓降低；電壓降低；高電壓工程基礎(chǔ)（4）上述影響因素在高氣壓時表現(xiàn)得更為明顯。）上述影響因素在高氣壓時表現(xiàn)得更為明顯。 氣壓對氮氣中沿面閃絡(luò)電壓的影響氣壓對氮氣中沿面閃絡(luò)電壓的影響 氮氣間隙膠布板 塑料瓷充充SF6氣體的同軸圓柱電極中支撐與電極氣體的同軸圓柱電極中支撐與電極接觸的好壞對沿面閃絡(luò)電壓的影響接觸的好壞對沿面閃絡(luò)電壓的影響 純純SF6接觸良好接觸良好接觸不良接觸不良（5）固體介質(zhì)是否與電極緊密接觸對閃絡(luò)電壓

9、有影響。氣隙）固體介質(zhì)是否與電極緊密接觸對閃絡(luò)電壓有影響。氣隙處場強大，極易發(fā)生電離，產(chǎn)生的帶電質(zhì)點到達介質(zhì)處場強大，極易發(fā)生電離，產(chǎn)生的帶電質(zhì)點到達介質(zhì)表面，會使原電場分布畸變，從而降低閃絡(luò)電壓。表面，會使原電場分布畸變，從而降低閃絡(luò)電壓。高電壓工程基礎(chǔ)4.3 極不均勻電場中的沿面放電極不均勻電場中的沿面放電1、具有強垂直分量時的沿面放電、具有強垂直分量時的沿面放電沿套管表面放電的示意圖沿套管表面放電的示意圖a.電暈放電電暈放電b.刷狀放電刷狀放電c. 滑閃放電滑閃放電a. 隨著外施電壓的增大，首隨著外施電壓的增大，首先在法蘭邊緣出現(xiàn)電暈放電先在法蘭邊緣出現(xiàn)電暈放電;b. 電壓進一步升高，出

10、現(xiàn)刷電壓進一步升高，出現(xiàn)刷狀放電，其放電長度隨著電狀放電，其放電長度隨著電壓升高而增長；壓升高而增長；c. 當(dāng)電壓增長到某臨界值時，當(dāng)電壓增長到某臨界值時，某些細線長度迅速增長轉(zhuǎn)變某些細線長度迅速增長轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲罨鸹?，這種放電很為樹枝狀火花，這種放電很不穩(wěn)定，迅速改變放電路徑不穩(wěn)定，迅速改變放電路徑,并有爆裂聲，稱為并有爆裂聲，稱為滑閃放電滑閃放電。出現(xiàn)滑閃后，電壓再增加一出現(xiàn)滑閃后，電壓再增加一點，放電火花就能延伸到另點，放電火花就能延伸到另一電極，形成閃絡(luò)。一電極，形成閃絡(luò)?；W放電是強垂直分量絕滑閃放電是強垂直分量絕緣結(jié)構(gòu)的特有放電形式緣結(jié)構(gòu)的特有放電形式1-導(dǎo)桿導(dǎo)桿 2-接地法蘭接地法

11、蘭高電壓工程基礎(chǔ) 滑閃放電現(xiàn)象的物理解釋滑閃放電現(xiàn)象的物理解釋Rs 單位面積的介質(zhì)表面電阻單位面積的介質(zhì)表面電阻(1) 法蘭附近電流密度大，電法蘭附近電流密度大，電位梯度也大，促進電離，形位梯度也大，促進電離，形成初始放電。成初始放電。(2) 受電場垂直分量作用，帶受電場垂直分量作用，帶電質(zhì)點撞擊介質(zhì)表面，引起電質(zhì)點撞擊介質(zhì)表面，引起局部溫度升高，導(dǎo)致局部溫度升高，導(dǎo)致熱電離熱電離，帶電質(zhì)點數(shù)劇增，放電通道帶電質(zhì)點數(shù)劇增，放電通道頭部場強增加，通道迅速發(fā)頭部場強增加，通道迅速發(fā)展，形成展，形成“滑閃放電滑閃放電”。(3) 出現(xiàn)滑閃放電的條件：足出現(xiàn)滑閃放電的條件：足夠強的電場垂直分量和水平夠強

12、的電場垂直分量和水平分量；交變電壓（含沖擊電分量；交變電壓（含沖擊電壓）的作用。壓）的作用。C0 表示介質(zhì)表面單位面積對導(dǎo)桿表示介質(zhì)表面單位面積對導(dǎo)桿的電容（比電容）的電容（比電容）2011(/)49 10lnrCF cmRRr 高電壓工程基礎(chǔ)提高套管的電暈起始電壓和滑提高套管的電暈起始電壓和滑閃放電電壓的方法：閃放電電壓的方法：（1）減小比電容減小比電容，例如增大，例如增大固體介質(zhì)的厚度，特別是加大固體介質(zhì)的厚度，特別是加大法蘭處套管的外徑；也可采用法蘭處套管的外徑；也可采用介電常數(shù)較小的介質(zhì)，例如用介電常數(shù)較小的介質(zhì)，例如用瓷油組合絕緣代替純瓷介質(zhì)。瓷油組合絕緣代替純瓷介質(zhì)。（2）減小絕緣

13、表面電阻減小絕緣表面電阻，即，即減小介質(zhì)表面電阻率。例如在減小介質(zhì)表面電阻率。例如在套管靠近接地法蘭處涂半導(dǎo)體套管靠近接地法蘭處涂半導(dǎo)體釉；在電機絕緣的出槽口部分釉；在電機絕緣的出槽口部分涂半導(dǎo)體漆等。涂半導(dǎo)體漆等。介質(zhì)表面的電壓分布介質(zhì)表面的電壓分布 2011(/)49 10lnrCF cmRRr 當(dāng)當(dāng)Rs、C0一定時，外加電壓變一定時，外加電壓變化速度越快，流過化速度越快，流過C0的電流越的電流越大，分流作用越大，流過表面大，分流作用越大，流過表面的電流分布及表面電位分布越的電流分布及表面電位分布越不均勻，閃絡(luò)電壓也越低。不均勻，閃絡(luò)電壓也越低。高電壓工程基礎(chǔ)沿不同材料圓管表面的工頻閃絡(luò)電

14、壓峰值沿不同材料圓管表面的工頻閃絡(luò)電壓峰值電場本身已極不均勻，固體介質(zhì)表面電荷的積累對電場電場本身已極不均勻，固體介質(zhì)表面電荷的積累對電場分布影響不大。電場的垂直分量小，沿面電容電流小，放電分布影響不大。電場的垂直分量小，沿面電容電流小，放電過程中不會出現(xiàn)熱電離現(xiàn)象，故沒有明顯的滑閃放電。過程中不會出現(xiàn)熱電離現(xiàn)象，故沒有明顯的滑閃放電。1-空氣隙擊穿空氣隙擊穿 2-石蠟石蠟 3-膠紙膠紙 4-瓷和玻璃瓷和玻璃2、具有弱垂直分量時的沿面放電、具有弱垂直分量時的沿面放電沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓的差別比前述兩種電穿電壓的差別比前述兩種電場情況都要小得多。因此這場情況都要小得多。

15、因此這種情況下，為提高沿面放電種情況下，為提高沿面放電電壓，主要從電壓，主要從改進電極形狀改進電極形狀以改善電極附近的電場著手以改善電極附近的電場著手。高電壓工程基礎(chǔ)330kV絕緣子柱絕緣子柱 采用均壓環(huán)不但減弱了電極邊緣的場強，而且還由于采用均壓環(huán)不但減弱了電極邊緣的場強，而且還由于流流經(jīng)均壓環(huán)與介質(zhì)表面間的分布電容電流，部分地補償了介質(zhì)經(jīng)均壓環(huán)與介質(zhì)表面間的分布電容電流，部分地補償了介質(zhì)的對地電容電流的對地電容電流，改善了電壓分布，從而提高了閃絡(luò)電壓。，改善了電壓分布，從而提高了閃絡(luò)電壓。高電壓工程基礎(chǔ)330kV及更高電壓的懸式絕緣子及更高電壓的懸式絕緣子串一般也裝有均壓環(huán)，以改善沿串一般

16、也裝有均壓環(huán)，以改善沿絕緣子串的電壓分布。懸式絕緣絕緣子串的電壓分布。懸式絕緣子的一個突出優(yōu)點是可將多個絕子的一個突出優(yōu)點是可將多個絕緣子用簡單的機械方法組成絕緣緣子用簡單的機械方法組成絕緣子串，串中絕緣子數(shù)決定于線路子串，串中絕緣子數(shù)決定于線路所要求的絕緣水平。所要求的絕緣水平。高電壓工程基礎(chǔ)絕緣子串的等效電路及各絕緣子承受的電壓絕緣子串的等效電路及各絕緣子承受的電壓（a）只考慮對地電容）只考慮對地電容 CE （b）只考慮對導(dǎo)線電容）只考慮對導(dǎo)線電容 CL （c）同時考慮）同時考慮 CE 及及 CL長絕緣子串電壓分布很不均勻，長絕緣子串電壓分布很不均勻，是由于絕緣子的金屬部分與接地是由于絕緣

17、子的金屬部分與接地的鐵塔和高壓導(dǎo)線間有雜散電容的鐵塔和高壓導(dǎo)線間有雜散電容引起的。絕緣子串中間的絕緣子，引起的。絕緣子串中間的絕緣子，所承受的電壓比兩端的小?？拷惺艿碾妷罕葍啥说男??？拷鼘?dǎo)線的絕緣子承受的電壓最大。導(dǎo)線的絕緣子承受的電壓最大。電壓分布不均勻的情況，隨線路電壓分布不均勻的情況，隨線路電壓的升高而嚴(yán)重，在電壓的升高而嚴(yán)重，在330kV及及以上線路，靠近導(dǎo)線的絕緣子易以上線路，靠近導(dǎo)線的絕緣子易引起電暈和無線電干擾，為使絕引起電暈和無線電干擾，為使絕緣子串電壓分布較均勻，緣子串電壓分布較均勻，330kV及以上線路上應(yīng)在導(dǎo)線線夾處裝及以上線路上應(yīng)在導(dǎo)線線夾處裝設(shè)設(shè)均壓屏蔽環(huán)均壓屏蔽

18、環(huán)。高電壓工程基礎(chǔ)4.4 受潮表面的沿面放電受潮表面的沿面放電1、表面凝露對沿面放電的影響、表面凝露對沿面放電的影響不同放電距離時清潔的環(huán)氧樹脂支柱絕緣子不同放電距離時清潔的環(huán)氧樹脂支柱絕緣子的交流閃絡(luò)電壓（環(huán)境溫度為的交流閃絡(luò)電壓（環(huán)境溫度為30）RH - 相對濕度相對濕度RH超過60%閃絡(luò)電壓下降；原因：表面凝露在介質(zhì)表面未發(fā)生凝露的情況在介質(zhì)表面未發(fā)生凝露的情況下，空氣中絕對濕度增大時，下，空氣中絕對濕度增大時，絕緣子沿面閃絡(luò)電壓會略有提絕緣子沿面閃絡(luò)電壓會略有提高。高。但介質(zhì)表面發(fā)生凝露時，但介質(zhì)表面發(fā)生凝露時，則沿面閃絡(luò)電壓將明顯下降。則沿面閃絡(luò)電壓將明顯下降。因為是否發(fā)生凝露與大氣

19、的相因為是否發(fā)生凝露與大氣的相對濕度有關(guān)，所以它不僅取決對濕度有關(guān)，所以它不僅取決于于絕對濕度絕對濕度的大小，還與的大小，還與介質(zhì)介質(zhì)表面的溫度表面的溫度有很大的關(guān)系。有很大的關(guān)系。高電壓工程基礎(chǔ)SF6中工頻沿面閃絡(luò)電壓中工頻沿面閃絡(luò)電壓（氣壓（氣壓0.35MPa）1氣溫為氣溫為-2402氣溫為氣溫為-29-23環(huán)氧樹脂絕緣子環(huán)氧樹脂絕緣子露（液態(tài)）霜（固態(tài)）1、表面凝露對沿面放電的影響、表面凝露對沿面放電的影響SF6中絕緣子表面凝露會使閃絡(luò)中絕緣子表面凝露會使閃絡(luò)電壓大大下降。一般環(huán)境溫度下，電壓大大下降。一般環(huán)境溫度下，當(dāng)相對濕度為當(dāng)相對濕度為50%時，閃絡(luò)電壓時，閃絡(luò)電壓Uf可下降可下降

20、5% 17%，濕度更大，濕度更大時時Uf可下降可下降50%。但在低溫下，。但在低溫下， Uf的下降并不明顯，因為此時氣的下降并不明顯，因為此時氣體中水分將在固體介質(zhì)表面凝聚體中水分將在固體介質(zhì)表面凝聚成霜而不是液態(tài)的露。成霜而不是液態(tài)的露。高電壓工程基礎(chǔ)2、表面淋雨對沿面放電的影響、表面淋雨對沿面放電的影響光滑瓷柱的干閃和濕閃電壓光滑瓷柱的干閃和濕閃電壓 干閃濕閃雨中電導(dǎo)率對濕閃電壓的影響雨中電導(dǎo)率對濕閃電壓的影響（取雨水電導(dǎo)率為（取雨水電導(dǎo)率為0.1S/m時的閃絡(luò)電壓為時的閃絡(luò)電壓為1）電介質(zhì)表面如果被雨水完全淋濕，雨水會形成連續(xù)的導(dǎo)電介質(zhì)表面如果被雨水完全淋濕，雨水會形成連續(xù)的導(dǎo)電膜，泄漏

21、電流就會大增，使沿面閃絡(luò)電壓降低；即使介質(zhì)電膜，泄漏電流就會大增，使沿面閃絡(luò)電壓降低；即使介質(zhì)表面部分被雨水淋濕，也會降低閃絡(luò)電壓。而且雨水會短路表面部分被雨水淋濕，也會降低閃絡(luò)電壓。而且雨水會短路部分沿面距離。因此，淋雨狀況下固體介質(zhì)的沿面閃絡(luò)電壓部分沿面距離。因此，淋雨狀況下固體介質(zhì)的沿面閃絡(luò)電壓會明顯降低，絕緣子濕閃電壓僅為干閃電壓的會明顯降低，絕緣子濕閃電壓僅為干閃電壓的40%50%。高電壓工程基礎(chǔ)（1）沿濕表面）沿濕表面AB和干表面和干表面BCA發(fā)展，絕發(fā)展，絕緣子濕閃電壓為干閃時的緣子濕閃電壓為干閃時的4050%；2、表面淋雨對沿面放電的影響、表面淋雨對沿面放電的影響（2）沿濕表面

22、）沿濕表面AB和空氣間隙干表面和空氣間隙干表面BA發(fā)發(fā)展，絕緣子濕閃電壓不會下降很多；展，絕緣子濕閃電壓不會下降很多；（3）沿濕表面）沿濕表面AB和水流和水流BB發(fā)展，濕閃電發(fā)展，濕閃電壓降低到很低的數(shù)值。壓降低到很低的數(shù)值。絕緣子傘裙突出于主干直徑的寬度與絕緣子傘裙突出于主干直徑的寬度與傘間距離之比，通常取為傘間距離之比，通常取為1:2。高電壓工程基礎(chǔ)4.5 臟污絕緣表面的沿面放電臟污絕緣表面的沿面放電(污閃污閃)絕緣子是外絕緣的最主要部件，運行在戶外的絕緣子必須絕緣子是外絕緣的最主要部件，運行在戶外的絕緣子必須長年面對大氣環(huán)境的侵襲：雨水導(dǎo)致長年面對大氣環(huán)境的侵襲：雨水導(dǎo)致濕閃濕閃、覆冰導(dǎo)

23、致、覆冰導(dǎo)致冰閃冰閃、雷、雷擊過電壓導(dǎo)致?lián)暨^電壓導(dǎo)致雷閃雷閃、操作過電壓導(dǎo)致、操作過電壓導(dǎo)致操作閃絡(luò)操作閃絡(luò)、絕緣子表面污、絕緣子表面污穢導(dǎo)致穢導(dǎo)致污閃污閃等。等。幾種閃絡(luò)中，對電力系統(tǒng)危害最大的是污閃，雷閃占外絕幾種閃絡(luò)中，對電力系統(tǒng)危害最大的是污閃，雷閃占外絕緣閃絡(luò)次數(shù)的第一位，但是污閃造成的損失是雷害的近緣閃絡(luò)次數(shù)的第一位，但是污閃造成的損失是雷害的近10倍。倍。絕緣事故的原因：絕緣事故的原因： 電壓升高：電壓升高：雷擊、操作過電壓、工頻電壓升高雷擊、操作過電壓、工頻電壓升高 絕緣下降：絕緣下降：污穢、雨、霧、露、冰、雪；異物、零值污穢、雨、霧、露、冰、雪；異物、零值(如如果某一片絕緣子

24、的電位差為果某一片絕緣子的電位差為0時時,則該片絕緣子為零值絕緣則該片絕緣子為零值絕緣子子)、大風(fēng)、老化等、大風(fēng)、老化等高電壓工程基礎(chǔ)污閃發(fā)生在工作電壓之下，屬于典型的絕緣下降問題。污閃發(fā)生在工作電壓之下，屬于典型的絕緣下降問題。我國污閃問題的特點：我國污閃問題的特點： 污穢重污穢重(鹽密、灰密比國外高得多鹽密、灰密比國外高得多) 積污時間長（積污降水不同時）積污時間長（積污降水不同時） 污區(qū)大（大面積污染，不是點污染）污區(qū)大（大面積污染，不是點污染） 工業(yè)污穢為主（國外是海洋為主）工業(yè)污穢為主（國外是海洋為主） 絕緣子零值率高絕緣子零值率高(擴大了污閃事故擴大了污閃事故) 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不夠堅強電

25、網(wǎng)結(jié)構(gòu)不夠堅強(擴大了污閃事故擴大了污閃事故)高電壓工程基礎(chǔ)我國主要的污閃事故：我國主要的污閃事故： 1974年年 沈陽、撫順地區(qū)大面積污閃，工業(yè)損失沈陽、撫順地區(qū)大面積污閃，工業(yè)損失3000多萬多萬 197681年年 華東電網(wǎng)多次大面積污閃，每年損失電量達華東電網(wǎng)多次大面積污閃，每年損失電量達400萬度萬度 1987.3 西北電網(wǎng)西北電網(wǎng)“3.16”大面積污閃大面積污閃 1989.1 華東電網(wǎng)大面積污閃，華東電網(wǎng)大面積污閃，500kV幾乎全部污閃幾乎全部污閃 1989.12 華東電網(wǎng)大面積污閃，華東電網(wǎng)大面積污閃，500kV幾乎全部污閃幾乎全部污閃 1990.2 華北電網(wǎng)大面積污閃，華北電網(wǎng)

26、大面積污閃，500kV全部污閃，損失電量全部污閃，損失電量1200萬度，損失萬度，損失6000多萬元多萬元 1992春春 四川電網(wǎng)大面積污閃四川電網(wǎng)大面積污閃 1996冬冬 華東華中及其他地區(qū)電網(wǎng)大面積污閃華東華中及其他地區(qū)電網(wǎng)大面積污閃 1999.3 華北山東及其他地區(qū)電網(wǎng)大面積污閃華北山東及其他地區(qū)電網(wǎng)大面積污閃 2001.2 東北、華北、河南等地電網(wǎng)大面積污閃東北、華北、河南等地電網(wǎng)大面積污閃高電壓工程基礎(chǔ)1971-1999 我國大面積污閃事故我國大面積污閃事故: 35kV500kV 輸電線路污閃輸電線路污閃 4000 余條次余條次35kV500kV 變電站污閃變電站污閃 2000 余站

27、次余站次大面積污閃容易造成電網(wǎng)多點同時跳閘，事故波及面大，大面積污閃容易造成電網(wǎng)多點同時跳閘，事故波及面大，是電網(wǎng)安全運行的主要威脅之一。直流電壓下污閃問題更嚴(yán)重，是電網(wǎng)安全運行的主要威脅之一。直流電壓下污閃問題更嚴(yán)重，成為直流輸電中的幾大難題之一。成為直流輸電中的幾大難題之一。污閃絕緣水平已成為超高壓，特高壓系統(tǒng)外絕緣水平的決污閃絕緣水平已成為超高壓，特高壓系統(tǒng)外絕緣水平的決定性因素。定性因素。污閃電壓過分低，擊穿機理特別。污閃電壓過分低，擊穿機理特別。高電壓工程基礎(chǔ)污閃：污閃：戶外絕緣子常會受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛戶外絕緣子常會受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等污染，在長年戶外運行中，逐

28、漸聚積一層污穢層，在潮塵等污染，在長年戶外運行中，逐漸聚積一層污穢層，在潮濕天氣下，污穢層受潮成為覆蓋在絕緣子表面的導(dǎo)電層，最濕天氣下，污穢層受潮成為覆蓋在絕緣子表面的導(dǎo)電層，最終引發(fā)局部電弧，并發(fā)展成沿面閃絡(luò)，稱為污閃。終引發(fā)局部電弧，并發(fā)展成沿面閃絡(luò)，稱為污閃。絕緣子閃絡(luò)電壓與污染程度（以單位面積的污量表示）的關(guān)系絕緣子閃絡(luò)電壓與污染程度（以單位面積的污量表示）的關(guān)系1-電站煙灰電站煙灰 2-煉鋁廠塵埃煉鋁廠塵埃絕緣子工作電壓絕緣子工作電壓1、污閃的發(fā)展過程、污閃的發(fā)展過程高電壓工程基礎(chǔ)（1）污層剛受潮時，介質(zhì)表面有明顯的泄漏電流流過，電壓）污層剛受潮時，介質(zhì)表面有明顯的泄漏電流流過，電壓

29、分布是較均勻的；分布是較均勻的； （2）污層表面電阻不均勻，電阻大的地方發(fā)熱多，污層干得）污層表面電阻不均勻，電阻大的地方發(fā)熱多，污層干得快，使該處電阻變得更大，污層表面形成高電阻的快，使該處電阻變得更大，污層表面形成高電阻的“干燥帶干燥帶”，使污層的泄漏電流減小，并在干燥帶形成很大的電壓降；使污層的泄漏電流減小，并在干燥帶形成很大的電壓降；（3）當(dāng)干燥帶的電位梯度超過沿面閃絡(luò)場強時，干燥帶發(fā)生）當(dāng)干燥帶的電位梯度超過沿面閃絡(luò)場強時，干燥帶發(fā)生放電，濕潤區(qū)不斷縮小，電流迅速增大以致引起熱電離，放放電，濕潤區(qū)不斷縮小，電流迅速增大以致引起熱電離，放電具有電弧特性，這就是出現(xiàn)局部電弧的階段。電具有

30、電弧特性，這就是出現(xiàn)局部電弧的階段。 外施電壓越高或剩余電阻外施電壓越高或剩余電阻R的阻值越小，越易發(fā)展成閃絡(luò)。的阻值越小，越易發(fā)展成閃絡(luò)。高電壓工程基礎(chǔ)（1）污穢的沉積污穢的沉積在風(fēng)力、重力、電場力等因素作用下，大氣中的飄塵、在風(fēng)力、重力、電場力等因素作用下，大氣中的飄塵、飛灰等污穢會接近并逐漸沉積在絕緣子表面；絕緣子外形通飛灰等污穢會接近并逐漸沉積在絕緣子表面；絕緣子外形通過影響周圍的氣流場，也對絕緣子的積污有明顯的影響。過影響周圍的氣流場，也對絕緣子的積污有明顯的影響。（2）污穢的受潮污穢的受潮干燥狀態(tài)下，絕緣子表面的積污層對沿面閃絡(luò)電壓沒有明干燥狀態(tài)下，絕緣子表面的積污層對沿面閃絡(luò)電壓

31、沒有明顯影響；但在潮濕的氣候條件下，絕緣子的污層會受潮，污物顯影響；但在潮濕的氣候條件下，絕緣子的污層會受潮，污物中的電解質(zhì)成分溶于水中，形成導(dǎo)電水膜。因此，有泄漏電流中的電解質(zhì)成分溶于水中，形成導(dǎo)電水膜。因此，有泄漏電流沿絕緣子表面流過。同時污物中的不導(dǎo)電部分吸收水分，保持沿絕緣子表面流過。同時污物中的不導(dǎo)電部分吸收水分，保持了絕緣子表面的含水量，對泄漏電流和污閃電壓有顯著影響。了絕緣子表面的含水量，對泄漏電流和污閃電壓有顯著影響。污閃發(fā)展的幾個階段污閃發(fā)展的幾個階段: 高電壓工程基礎(chǔ)（3）干區(qū)的形成和局部電弧的產(chǎn)生干區(qū)的形成和局部電弧的產(chǎn)生泄漏電流的熱效應(yīng)使水分蒸發(fā)，絕緣子表面局部電流密度

32、泄漏電流的熱效應(yīng)使水分蒸發(fā)，絕緣子表面局部電流密度大的區(qū)域熱效應(yīng)明顯，首先形成干區(qū)。導(dǎo)致絕緣子表面的電壓大的區(qū)域熱效應(yīng)明顯，首先形成干區(qū)。導(dǎo)致絕緣子表面的電壓分布發(fā)生變化。干區(qū)兩端承受較大的電壓，當(dāng)場強超過空氣放分布發(fā)生變化。干區(qū)兩端承受較大的電壓，當(dāng)場強超過空氣放電的臨界值時，該處發(fā)生沿面放電。電的臨界值時，該處發(fā)生沿面放電。放電形式可能是火花或線狀放電，或跨越干區(qū)的局部小電放電形式可能是火花或線狀放電，或跨越干區(qū)的局部小電弧。放電形式與絕緣子的污穢及受潮程度有關(guān)。放電不穩(wěn)定，弧。放電形式與絕緣子的污穢及受潮程度有關(guān)。放電不穩(wěn)定，間歇狀，放電出現(xiàn)的部位和時間都是隨機的。間歇放電現(xiàn)象持間歇狀，

33、放電出現(xiàn)的部位和時間都是隨機的。間歇放電現(xiàn)象持續(xù)時間較長。續(xù)時間較長。（4）局部電弧的發(fā)展和閃絡(luò)的完成局部電弧的發(fā)展和閃絡(luò)的完成隨著絕緣子的污穢和受潮程度不同，局部電弧的發(fā)展變隨著絕緣子的污穢和受潮程度不同，局部電弧的發(fā)展變化可能逐漸減弱，或者繼續(xù)發(fā)展成貫穿兩級的閃絡(luò)，從而造化可能逐漸減弱，或者繼續(xù)發(fā)展成貫穿兩級的閃絡(luò)，從而造成污閃事故。成污閃事故。高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)2、影響污閃的因素、影響污閃的因素（1）污穢的性質(zhì)和污染程度污穢的性質(zhì)和污染程度 污穢的導(dǎo)電率越高和介質(zhì)表面沉積的污穢量越多，則閃污穢的導(dǎo)電率越高和介質(zhì)表面沉積的污穢量越多，則閃絡(luò)電壓越低。說明表面泄漏電流越大，閃絡(luò)電壓

34、越低。所以絡(luò)電壓越低。說明表面泄漏電流越大，閃絡(luò)電壓越低。所以在工程中常將污層在工程中常將污層表面電導(dǎo)率表面電導(dǎo)率作為監(jiān)測絕緣子臟污嚴(yán)重程度作為監(jiān)測絕緣子臟污嚴(yán)重程度的一個特征參數(shù)，污閃電壓將隨表面電導(dǎo)率的增大而減小。的一個特征參數(shù)，污閃電壓將隨表面電導(dǎo)率的增大而減小。（2）濕潤的方式濕潤的方式 最容易發(fā)生污閃的氣象條件是霧、露、融雪和毛毛雨等，最容易發(fā)生污閃的氣象條件是霧、露、融雪和毛毛雨等，這些條件下污層易達到飽和濕潤的狀態(tài)但不被沖洗掉。下大這些條件下污層易達到飽和濕潤的狀態(tài)但不被沖洗掉。下大雨時絕緣子表面積聚的污穢，特別是水溶性導(dǎo)電物質(zhì)，很容雨時絕緣子表面積聚的污穢，特別是水溶性導(dǎo)電物質(zhì)

35、，很容易被雨水沖掉，因此不易發(fā)生污閃。易被雨水沖掉，因此不易發(fā)生污閃。高電壓工程基礎(chǔ)（3）泄漏距離泄漏距離 與局部電弧串聯(lián)的剩余電阻的阻值越大，則沿面閃絡(luò)越與局部電弧串聯(lián)的剩余電阻的阻值越大，則沿面閃絡(luò)越不容易發(fā)生。在污層表面電導(dǎo)率一定時，泄漏距離越長，剩不容易發(fā)生。在污層表面電導(dǎo)率一定時，泄漏距離越長，剩余電阻的阻值越大。絕緣子的泄漏距離是影響污閃電壓的重余電阻的阻值越大。絕緣子的泄漏距離是影響污閃電壓的重要因素。要因素。 （4）外施電壓的形式外施電壓的形式 由于污閃是局部電弧不斷拉長的過程，因此電壓作用時由于污閃是局部電弧不斷拉長的過程，因此電壓作用時間越短就越不容易導(dǎo)致閃絡(luò)。直流電壓下污

36、閃電壓最低，是間越短就越不容易導(dǎo)致閃絡(luò)。直流電壓下污閃電壓最低，是因為直流電弧不像交流電弧的電流每半周過零一次，因此局因為直流電弧不像交流電弧的電流每半周過零一次，因此局部電弧的熄滅比交流時要困難些。部電弧的熄滅比交流時要困難些。高電壓工程基礎(chǔ)3、污穢等級的劃分、污穢等級的劃分絕緣子越絕緣子越“臟臟”，污閃電壓越低，因此污穢度評定的，污閃電壓越低，因此污穢度評定的目的是進行定量地評價絕緣子目的是進行定量地評價絕緣子“臟臟”的程度。的程度。絕緣子表面污穢分為：濕潤后導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電部分。絕緣子表面污穢分為：濕潤后導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電部分。導(dǎo)電部分對泄漏電流和污閃電壓有直接影響；不導(dǎo)電部分導(dǎo)電部分對泄

37、漏電流和污閃電壓有直接影響；不導(dǎo)電部分由于吸收水分，保持絕緣子表面的含水性，因此對泄漏電由于吸收水分，保持絕緣子表面的含水性，因此對泄漏電流和污閃電壓也有顯著影響。流和污閃電壓也有顯著影響。高電壓工程基礎(chǔ)500kV套管及支柱絕緣子的污穢耐套管及支柱絕緣子的污穢耐受電壓和泄漏距離的關(guān)系受電壓和泄漏距離的關(guān)系附鹽密度：附鹽密度：10.03mg/cm2； 20.05mg/cm2；30.1mg/cm2污穢等值附鹽密度（污穢等值附鹽密度（mg/cm2） ：與絕緣子表面單位面積上污穢與絕緣子表面單位面積上污穢物導(dǎo)電性相當(dāng)?shù)牡戎蝶}物導(dǎo)電性相當(dāng)?shù)牡戎蝶}(NaCl)量。量。用一個參數(shù)同時表征污穢性質(zhì)及污用一個參

38、數(shù)同時表征污穢性質(zhì)及污穢量，以簡化對污穢嚴(yán)重程度的描穢量，以簡化對污穢嚴(yán)重程度的描述。述。方法：方法：用用300ml蒸餾水去洗下并蒸餾水去洗下并溶解一片絕緣子表面的污穢，在溶解一片絕緣子表面的污穢，在另一杯另一杯300ml蒸餾水中逐漸放入蒸餾水中逐漸放入NaCl，直至兩杯水的電導(dǎo)率相等，直至兩杯水的電導(dǎo)率相等，用放入的用放入的NaCl的量的量(mg)除以絕緣除以絕緣子表面積子表面積(cm2)。高電壓工程基礎(chǔ)污穢等級污濕特征鹽密(mg/cm2)線路發(fā)電廠變電所0大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場50km以上無明顯污染地區(qū)0.03大氣輕度污染地區(qū)，工業(yè)區(qū)和人口低密集區(qū)，離海岸鹽場10km50km地區(qū)，在污閃

39、季節(jié)中干燥少霧（含毛毛雨）或雨量較多時0.030.060.06大氣中等污染地區(qū)，輕鹽堿和爐煙污穢地區(qū)，離海岸鹽場3km10km地區(qū)，在污閃季節(jié)中潮濕多霧（含毛毛雨）但雨量較少時0.060.100.060.10大氣污染較嚴(yán)重地區(qū)，重霧和重鹽堿地區(qū)，近海岸鹽場13km地區(qū)，工業(yè)與人口密度較大地區(qū)，離化學(xué)污源和爐煙污穢300m1500m的較嚴(yán)重污穢地區(qū)0.100.250.100.25大氣特別嚴(yán)重污染地區(qū)，離海岸鹽場1km以內(nèi)，離化學(xué)污源和爐煙污穢300m以內(nèi)的地區(qū)0.250.350.250.35線路和發(fā)電廠、變電所污穢等級線路和發(fā)電廠、變電所污穢等級高電壓工程基礎(chǔ)污穢等級爬電比距（cm/kV）線路發(fā)

40、電廠、變電所220kV及以下330kV及以上220kV及以下330kV及以上01.39（1.60）1.45（1.60）1.391.74（1.602.00）1.451.82（1.602.00）1.60（1.84）1.60（1.76）1.742.17（2.002.50）1.822.27（2.002.50）2.00（2.30）2.00（2.20）2.172.78（2.503.20）2.272.91（2.503.20）2.50（2.88）2.50（2.75）2.783.30（3.203.80）2.913.45(3.203.80)3.10（3.57）3.10（3.41）各污穢等級下的爬電比距分級數(shù)值各污

41、穢等級下的爬電比距分級數(shù)值 單位爬電距離（爬電比距單位爬電距離（爬電比距)：絕緣子每：絕緣子每1kV額定線電壓的爬電距離，用以估計臟污額定線電壓的爬電距離，用以估計臟污條件下絕緣子的污閃性能。條件下絕緣子的污閃性能。高電壓工程基礎(chǔ)4.6 提高沿面閃絡(luò)電壓的方法提高沿面閃絡(luò)電壓的方法在固體介質(zhì)的表面沿電場等位面方向設(shè)置突出的棱緣在固體介質(zhì)的表面沿電場等位面方向設(shè)置突出的棱緣(屏屏障障)，則能顯著提高沿面閃絡(luò)電壓，則能顯著提高沿面閃絡(luò)電壓(如實際絕緣子的傘棱如實際絕緣子的傘棱)。1、屏障的應(yīng)用、屏障的應(yīng)用原因：原因： 電子或離子沿平行于等電位面的屏障表面運動時，不能從電子或離子沿平行于等電位面的屏障表面運動時，不能從電場吸取能量；電場吸取能量； 增大了兩電極間沿固體表面的泄漏距離。增大了兩電極間沿固體表面的泄漏距離。高電壓工程基礎(chǔ)通過改善電極形狀，使電極附近的電場分布趨于均勻，從通過改善電極形狀，使電極附近的電場分布趨于均勻，從而提高沿面閃絡(luò)電壓。而提高沿面閃絡(luò)電壓。2、屏蔽的應(yīng)用、屏蔽的應(yīng)用措施：措施：絕緣子串的等效電路及各絕緣子承受的電壓絕緣子串的等效電路及各絕緣子承受的電壓（a）只考慮對地電容）只考慮對地電容CE （b）只考慮對導(dǎo)線電容）只考慮對導(dǎo)線電容CL （c）同時考慮）同時考慮CE及及CL在導(dǎo)線側(cè)加裝屏蔽環(huán)