高電壓技術(shù)：第4章_氣體中沿固體絕緣表面的放電

1、電氣設(shè)備絕緣包括內(nèi)絕緣和外絕緣。內(nèi)絕緣指設(shè)備內(nèi)部的絕緣，外絕緣指設(shè)備外殼之外的絕緣和輸電線路的絕緣。330kV絕緣子柱 典型的外絕緣 沿面閃絡(luò)：指沿氣體介質(zhì)與固體介質(zhì)交界面上發(fā)展的放電現(xiàn)象。研究表明：在相同的放電距離條件下，沿面閃絡(luò)電壓比純氣體放電電壓低的多。一個絕緣裝置的實際耐壓能力取決于其沿面閃絡(luò)電壓；表面潮濕、污染情況下的沿面閃絡(luò)電壓要比干燥、清潔時的低很多（濕閃、污閃），甚至在工作電壓（110kV的絕緣子串長約1m）下發(fā)生，威脅電力系統(tǒng)的安全運行。4 氣體中固體絕緣表面的放電 用于支撐和懸掛高壓導(dǎo)體的固體絕緣稱為絕緣子或絕緣支撐。用于固定高壓導(dǎo)體的固體絕緣為套管。在電力系統(tǒng)中不可或缺，

2、空氣絕緣和氣體絕緣設(shè)備中存在沿面放電問題。 絕緣子串融冰期的沿面閃絡(luò)4.1 界面電場分布的典型情況4.2 均勻電場中的沿面放電4.3 極不均勻電場中的沿面放電4.4 受潮表面的沿面放電4.5 臟污絕緣表面的沿面放電4.1 界面電場分布的典型情況（1）均勻電場：固體介質(zhì)處于均勻電場中，且界面與電力線平行，如圖（a）。（2）強垂直分量電場：固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且電力線垂直于界面的分量比平行于表面的分量要大得多，如圖 (b)。套管（3）弱垂直分量電場：固體介質(zhì)處極不均勻電場中，電場強度平行于界面的分量要比垂直分量大，如（c）。支柱絕緣子4.2 均勻電場中的沿面放電沿面放電：均勻電場中，固體介

3、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)電壓比空氣間隙的擊穿電壓要低得多。說明電場畸變嚴重。特點：（1）沿面閃絡(luò)電壓與固體絕緣材料特性有關(guān)。界面吸潮而形成水膜（水有弱的導(dǎo)電性），其中的離子在電場的作用下沿界面移動，沿面電壓分布不均，閃絡(luò)電壓降低。憎水性的石蠟、硅橡膠等，親水性的瓷和玻璃等。（4）上述影響因素在高氣壓時表現(xiàn)得更為明顯。 （2）固體介質(zhì)與電極接觸緊密程度。若固體介質(zhì)與電極間存在小氣隙，空氣的相對介電常數(shù)比固體小，使得氣隙中的場強比固體大；另一方面氣體的擊穿場強比固體低的多。兩方面的作用，氣隙首先發(fā)生局部放電，使得沿面閃絡(luò)電壓降低。（3）介質(zhì)表面粗糙，也會使電場

4、分布畸變，從而使閃絡(luò)電壓降低.4.3 極不均勻電場中的沿面放電 具有強垂直分量時的沿面放電（d）套管表面電容沿套管表面放電的示意圖（a）電暈放電（b）細線狀輝光放電（c）滑閃放電直流下沒有明顯的滑閃放電。玻璃板上的沿面放電提高外加電壓 提高套管的電暈起始電壓和滑閃放電電壓的方法：（1）減小比電容C0，增大固體介質(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)。介質(zhì)表面的電壓分布 靠近法蘭處場強最大，易產(chǎn)生滑閃放電和閃絡(luò)。（2）減小絕緣表面電阻，即減小介質(zhì)表面電阻率。例如在套管靠近接地法蘭處涂半導(dǎo)體釉；在電機絕緣的出槽口部分涂半導(dǎo)體漆。比電容C0:

5、 界面與導(dǎo)電桿之間的電容F/cm2沿面放電電壓U0： 具有弱垂直分量時的沿面放電 具有弱垂直分量的極不均勻電場的沿面閃絡(luò)電壓，比空氣擊穿電壓降低的不多，沿面閃絡(luò)電壓沒有顯著的下降，也沒有明顯的滑閃放電。 垂直于放電發(fā)展方向的介質(zhì)厚度對放電電壓實際上沒有影響。在這種情況下，為提高沿面放電電壓，主要從改進電極形狀以改善電極附近的電場著手.。 330kV絕緣子柱 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30）RH超過60%閃絡(luò)電壓下降；原因：表面凝露0.35MPa的SF6中工頻沿面閃絡(luò)電壓1氣溫為-242氣溫為-29-2 3環(huán)氧樹脂絕緣子露（液態(tài)）霜（固態(tài)） 表面凝露對沿面放

6、電的影響4.4 受潮表面的沿面放電 淋雨時的沿面放電濕閃絡(luò)路徑：（1）沿濕表面AB和干表面BCA發(fā)展,絕緣子濕閃電壓為干閃時的4050。（2）沿濕表面AB和空氣間隙BA發(fā)展，絕緣子濕閃電壓不會下降很多。 （3）沿濕表面AB和水流BB發(fā)展，濕閃電壓降低到很低的數(shù)值。高電壓工程基礎(chǔ) 表面淋雨對沿面放電的影響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（取雨水電導(dǎo)率為0.1S/m時的閃絡(luò)電壓為1）4.5 臟污絕緣表面的沿面放電污閃：戶外絕緣子常會受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等的污染，在天氣比較潮濕的情況下，其閃絡(luò)電壓比干燥、潔凈表面的閃絡(luò)電壓低得多。2009年2月廣州某220千伏線

7、路放電高壓試驗室內(nèi)的污閃試驗污閃： 絕緣子積污，干燥情況下，對閃絡(luò)電壓沒多大影響。但當(dāng)絕緣子表面污層被濕潤，其表面電導(dǎo)劇增使絕緣子泄漏電流急劇增加。絕緣子的閃絡(luò)電壓（污閃電壓）大大降低，甚至有可能在工作電壓下發(fā)生閃絡(luò)。 污閃的發(fā)展過程（施加恒定的工頻電壓，使污層受潮）（a）污層剛受潮時，介質(zhì)表面有明顯的泄漏電流流過，電壓分布是較均勻； （b）出現(xiàn)高電阻的“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； （c）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，放電具有電弧特性，這就是出現(xiàn)局部電弧的階段。(d) 局部電弧發(fā)展成為閃絡(luò)。（爬電）高電壓工程基礎(chǔ) 影響污閃的因素（1）

8、污穢的性質(zhì)和污染程度 污穢的導(dǎo)電率越高、介質(zhì)表面沉積的污穢量越多，則閃絡(luò)電壓越低。表面泄漏電流越大，閃絡(luò)電壓越低。在工程中常將污層表面電導(dǎo)率作為監(jiān)測絕緣子臟污嚴重程度的一個特征參數(shù)。（2）濕潤的方式 最易發(fā)生污閃氣象條件是霧、露、融雪和毛毛雨等，這些條件下污層易達到飽和濕潤但不被沖洗掉。（3）泄漏距離 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，污閃電壓越高。絕緣子的泄漏距離是影響污閃電壓的重要因素。 絕緣子做成傘形（4）外施電壓的形式 污閃是局部電弧不斷拉長的過程，也是污層烘干過程，發(fā)展需要較長時間。電壓作用時間短，不易閃絡(luò)。在雷電沖擊、操作沖擊、工頻、直流下，污閃電壓約為干閃

9、值的0.9、0.5、0.2、0.15倍。高電壓工程基礎(chǔ) 污穢等級的劃分等量的不同污穢，其污閃電壓不同；污穢嚴重程度不同，其污閃電壓也不同。用污穢等值鹽密來表征污穢的性質(zhì)和嚴重程度。污穢等值附鹽密度（mg/cm2） ：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}(NaCl)量。同時表征污穢性質(zhì)及污穢量，以描述的污穢嚴重程度。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

10、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較嚴重污穢地區(qū)0.100.250.100.25大氣特別嚴重污染地區(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、變電所污穢等級污穢等級爬電比距（cm/kV）線路發(fā)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

11、.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 單位泄漏距離（泄漏比距或爬電比距）：絕緣子每千伏額定線電壓的平均泄漏距離，cm/kV。“絕緣子串在工作電壓下不發(fā)生污閃”在電力系統(tǒng)外絕緣水平中的選擇起著重要的作用。電壓等級kV35110220330500絕緣子片數(shù) 27131928等值附灰密度mg/cm2 ：與絕緣子表面單位面積上污穢物中不容于水的惰性物質(zhì)的含量。高電壓工程基礎(chǔ)（1）定期或不定期的清掃: 在容易發(fā)生污閃的季節(jié)定期進行清掃。一般采用帶電水沖洗，注意水沖洗時不能相間閃絡(luò)。變電設(shè)備可